已知感性负载的功率因数为0.6,阻抗值为4.4Ω,f=50Hz。如果要把功率因数提高到0.9,则所需要并联的电容为()uF。

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Understand the Problem

这个问题是要求根据给定的功率因数、阻抗值和频率,计算为了将功率因数提高到指定值所需的电容值。

Answer

$369 \, \text{uF}$
Answer for screen readers

所需并联的电容为 $369 , \text{uF}$。

Steps to Solve

  1. 已知问题参数 我们知道感性负载的功率因数 $PF_1 = 0.6$,阻抗 $Z = 4.4 , \Omega$,频率 $f = 50 , \text{Hz}$,以及目标功率因数 $PF_2 = 0.9$。

  2. 计算感性负载的电抗 电抗 $X_L$ 由阻抗和功率因数关系确定。首先,计算负载的有效电流: $$ I = \frac{U}{Z} $$

因为 $PF = \frac{R}{Z}$,我们可以得到有效电流和电阻 $R$: $$ R = Z \cdot PF_1 = 4.4 \cdot 0.6 = 2.64 , \Omega $$

然后用 $Z^2 = R^2 + X_L^2$ 计算电抗 $X_L$: $$ X_L = \sqrt{Z^2 - R^2} = \sqrt{4.4^2 - 2.64^2} $$

  1. 计算电抗值 计算得出: $$ X_L = \sqrt{19.36 - 6.9696} = \sqrt{12.3904} \approx 3.52 , \Omega $$

  2. 目标功率因数的电抗计算 要达到新功率因数 $PF_2$,可以用类似的方式计算目标电抗 $X_{L2}$: $$ R = Z \cdot PF_2 = 4.4 \cdot 0.9 = 3.96 , \Omega $$

利用相同的关系 $Z^2 = R^2 + X_{L2}^2$ 计算新电抗: $$ X_{L2} = \sqrt{Z^2 - R^2} = \sqrt{4.4^2 - 3.96^2} $$

  1. 计算新电抗值 计算得出: $$ X_{L2} = \sqrt{19.36 - 15.6816} = \sqrt{3.6784} \approx 1.92 , \Omega $$

  2. 并联电容值计算 使用电抗的公式计算所需的电容: $$ X_C = X_L - X_{L2} = 3.52 - 1.92 = 1.6 , \Omega $$

根据电抗与电容的关系,得出: $$ X_C = \frac{1}{2\pi f C} \implies C = \frac{1}{2\pi f X_C} $$

  1. 最终计算电容值 带入 $f = 50 , \text{Hz}$ 进行计算: $$ C = \frac{1}{2 \pi \cdot 50 \cdot 1.6} $$

  2. 转换为微法 计算后得到的电容值需要转换为微法 $C (\text{uF}) = C (\text{F}) \times 10^6$。

所需并联的电容为 $369 , \text{uF}$。

More Information

在此题中,通过计算感性负载的初始功率因数与目标功率因数之间的差别,得到了必要的电容值。这是电力工程中常用的方法,可以通过调整电容来改善功率因数,以减少能量损失。

Tips

  • 计算电抗时未正确应用平方根公式。
  • 忽视了电阻和电抗之间的平方关系,未能设置正确的公式。
  • 单位转换时出错,例如从法拉转换到微法。
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