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功率因数

标准号:HB 7745-2004   标准名称:飞机电气系统特性       2004-09-01

基本信息

【名称】 功率因数
【英文名称】 power factor
【定义】 交流用电设备的有功功率 P(单位为瓦)与视在功率 S(单位为伏安)之比。表示为
功率因数的这种定义包括输入电流(和/或电压)波形畸变成分的影响。 当用电设备的电流基波滞后于电压基波(通常在感性负载条件下),认为该设备的功率因数是“滞后” 的。同样地,如果电流波形超前于电压波形(通常在容性负载条件下),则认为该设备的功率因数是“超 前”的。当用电设备仅有有功功率(没有无功功率),那么输入电流相位和供电电压相位完全一致,则认 为该功率因数是 1(PF=1)。(见 4.6)

同源术语

·电气系统非正常工作电气系统出现不正常或故障的一种状态。这时,在超出非正常工作极限之前,该系统保护装置动作, 将系统的不正常或故障部分与系统其余部分隔离。在这种状态下,飞机可以继续飞行,向用电设备提供 的供电品质可能超出了正常工作极限但未超过非正常工作极限。
·非正常供电品质极限在非正常工作期间用电设备电源输入端的供电品质极限。这些极限包括系统保护装置工作容差和系 统设计固有的限制特性(又见 4.30)。
·波峰系数稳态条件下测得的交流电压波形峰值与方均根值之比的绝对值。标准正弦波的波峰系数为 2。
·电流调制电流周期性或偶发性重复变化时的最大值与最小值之差。用电设备引起的可测量到的电流调制可能 影响供电品质和(或)电源稳定性。
·畸变(电压或电流)在交流系统中,畸变是指交流波形中除去基波分量的方均根值。它可能包括谐波分量和非谐波分量。 在直流系统中,畸变是指叠加在直流成分上的交流波形(脉动)的方均根值。 谐波是指频率为整数倍基波频率的正弦波畸变分量。非谐波是指频率为非整数倍基波频率的正弦波 畸变分量。这个畸变的通用定义中包括上述畸变和所有其他的波形畸变。(又见 4.23 和 4.25)
·相移系数对交流用电设备而言,相移系数是指输入电流(基波频率分量)与输入电压(基波频率分量)相位角之 差的余弦值。 相移系数不包含畸变电流波形(或电压波形)的影响,因此,为了便于更通用的功率因数的定义,这 个定义在本标准中并没有应用。(见 4.35)
·畸变系数(电压或电流)畸变系数是指波形中畸变与基波分量的方均根值之比,通常用百分值表示。在直流系统中,波形中 的直流成分即基波分量。(见 4.5,4.43)
·畸变频谱在每一个频率点上的交流畸变或直流畸变幅值的量化表示。畸变成分可能是基波的谐波分量或非谐 波分量,一些分量由波幅调制或频率调制引起。本标准仅提出了最大至 16kHz(400Hz 恒频设备)和 32kHz(变频设备)的畸变分量,以便将供电品质的相关要求与电磁兼容性(EMC)的要求明确地区别开 来。
·配电系统传统上,包括电源汇流条及其相关的保护器件、负载汇流条以及电源汇流条与负载汇流条之间的所 有交联和配电设备。本标准中,还包括到用电设备电源输入端(该处电源品质有要求)的所有联接、电路 保护装置和配电装置。(见图 1)
·漂移指被控参数(如恒频系统的频率)在规定的极限范围内随机和非常缓慢的变化 。这种变化由元器件 老化或自身温度变化之类的原因引起。
·漂移率指被控参数漂移的变化速度。按照被检查参数的不同,漂移率经常表述为 Hz/min 或 V/min。
·发动机起动是电气系统正常工作的一种特例,为了起动主发动机或辅助动力装置对电源提出了一种极端的要 求。在起动过程中,电源输出可能已超出正常瞬态电压极限,这时只要求选定的用电设备正常工作。典 型的发动机起动时间在 15s~90s 之间。
·发电系统由旋转式和静止式电源、为电源系统提供控制和保护的装置、以及电源至电源汇流条之间馈线组成 (不包括电源汇流条和配电保护装置)。
·电气系统(也简称“系统”)通过配电网络连接在一起的电源、变换装置、控制保护器件和用电设备的总称。
·系统应急工作在飞行过程中主电源不能提供足够或合适的电能时,需要容量有限的独立电源向已缩减的配电系统 和为保证飞机安全飞行和人员安全选定的用电设备供电的一种状态。
·应急电源在飞行应急工作状态下,为重要设备提供独立电源的发电机、变换装置(或其组合,不包括用电设 备内部电源)或蓄电池。
·外部(或地面)电源装置飞机不在飞行状态时,为满足供电要求由地面维护提供的旋转式或静止式电源(或组合)。其可能是 分散的或集中的地面电源,也可能是舰载电源。
·频率交流波形周期的倒数,单位为 Hz。稳态频率是指不超过 1s 时间间隔内所有瞬时频率对时间的平均 值。瞬时频率是指单个周波的频率。
·频率调制系统稳态条件下瞬时频率在平均频率周围的周期性和(或)随机性的变化。频率调制幅值等于超过一 分钟时间间隔内测量得最大频率和最小频率之差。
·频率调制率频率调制引起的频率变化率,单位为赫兹/秒(Hz/s)。
·基波频率发电系统产生的周期性波形基本成分的频率(在傅里叶变换式中,序列为“1”的波形频率)。
·作为交流电压和(或)直流电压参考零电位的导电结构或电缆上的任意点。
·谐波电压或电流周期波形的正弦波分量(畸变),该分量的频率为基波频率的整数倍。大多数非线性负载 产生奇次谐波,例如全波整流就会产生奇次谐波。具有二极管型输入整流的用电设备产生的“特性谐波” 的频率由下式确定:
半波整流产生偶次谐波。在交流电源系统中,偶次谐波会造成非常不利的影响(例如直流分量)。单 相用电设备的全波整流引起三次的奇数倍(triplen)谐波。倘若单相用电设备数量太多,这些谐波与配电 系统相互作用将增大在此频率下的正常阻抗(零序阻抗),这也是非常不希望有的结果。因此在用电设备 的畸变电流要求中特意提出了对偶次谐波和三次的奇数倍谐波(triplen)的限制。(又见 4.5,4.39)
·阻抗一个设备或设备组的稳态电压向量与稳态电流向量之比。它是一个由阻性成分(实部)和电抗性成分 (虚部)组成的复合参数。本标准中的阻抗可能是用电设备阻抗(负载阻抗)、配电网络阻抗或电源阻抗。
·单次畸变分量特定频率下畸变的方均根值与基波方均根值之比。(见 4.8) 电压单次畸变分量表示为:
·线性负载无论输入的电压如何变化,总阻抗在某一频率下总是一个常数的用电设备,其用电电流频谱和输入 电压频谱相匹配;相反地,非线性负载在输入电压不同时,它的总阻抗是变化的,输入电压频谱和电流 频谱也无法直接对应。
·负载不平衡三相交流用电设备的最大相功率与最小相功率之差(单位为伏安)。
·瞬时供电中断供电电源转换导致的用电设备短时供电中断。在此期间,供电电压根据汇流条和负载的特性而衰减。
·系统正常工作除主发动机电起动或辅助动力装置电起动外,飞机在空中或地面没有发生故障或功能降低时的所有 预期的工作状态。系统正常工作意味着所有设备按照规定的程序工作在规定的极限范围内。用电负载的 切换、发动机的转速变化、电源的正常转换和同步以及电源并联工作均属于正常工作。正常工作还包括 瞬时供电中断、瞬态和尖峰。(见 4.1)
·正常供电品质极限系统正常工作期间应该保持的供电品质极限。(见 4.2)
·标幺值以一种基准值来量化反映各种参数的标准方法。基准值通常为额定值。对于电源系统,典型的基准 值有功率、电压、电流或阻抗。标幺值等于参数的实际值除以基准值。例如,在一个 115/200V、三相、 120kVA 的系统中,1PU 的功率等于 120kVA,1PU 的电压等于 115V,1PU 的相电流等于 348A,1PU 的阻抗等于 0.33 。该系统中每相消耗 52A 电流的一个三相负载被认为具有 0.15PU 的功率。
·相电压本标准中的交流电压值是指向单相或三相用电设备供电的任意相的相电压值。除另有规定外,本 标准定义的所有交流电压值均指相电压的方均根值。
·电压相移稳态条件下, 三相交流系统中三相电压波形的任意两相波形过零点之间的最大相角差(标称值为 120 )。4.34电压不平衡 phase voltage unbalance稳态条件下三相电压中最大相电压与最小 相电压之差。
·主电源为飞机所有工作阶段提供电能的,通常由一台飞机主发动机驱动的发电机和电源调节装置(不属于 用电设备)。
·脉动脉动是指在直流系统稳态工作期间围绕平均直流电流或电压的交替性变化。由于其不总是对称量, 所以测量上峰值与下峰值之差,而不测量电压或电流的平均值。 方均根值(电压或电流) rms value (voltage or current) 电压和电流方均根值的意义在于方均根值和与其相等的直流值能够在直流电路中产生等效的功率 传递。电压的方均根值可以按照下式计算:
·序列阻抗(/谐波)通过一种称为“对称分量法”的数学分析方法将系统阻抗分解为正序、逆序和零序的阻抗。这种分 析方法将非常复杂的三相不平衡系统的分析分解为对两个平衡的三相电路和一个零相电路的研究。 这些特性阻抗可运用于更加复杂的供电系统分析,包括谐波电流对谐波电压的影响等。正序阻抗和 逆序阻抗由电源和配电网络的电阻和电抗决定,因此在交流系统中,这些阻抗随着电源频率的增加而增 加。对于配电馈线此类的无源器件,正序阻抗和逆序阻抗是相同的,但对于电动器件则完全不同。 零序阻抗与系统阻抗和流过电源中线的电流密切相关。因此电线回路或结构回路严重影响零序阻 抗,对于后者,是指三相线束构型以及三相线束构型到结构回路的长度。不平衡电流和故障电流流过零 序阻抗。 传统上,将正序、逆序和零序阻抗或电流与多次谐波联系在一起,三相电源系统中呈现的谐波也能 够表示为具有正序、逆序和零序分量。正序电流谐波由三个量值相等、相角差为 120 的向量组成,其 相序与代表基波电流相量的相序相同。逆序电流谐波也是由三个量值相等、相角差为 120 的向量组成, 其相序与代表基波电流相量的相序相反。正序谐波增加同步电动机的正向扭矩,而逆序谐波抵消同步电 动机的正向扭矩。 零序谐波由三个量值相同、相位相同的向量组成,因此也称为互相“同相”。而平衡的正序、逆序 谐波不会产生中线电流,由单相非线性负载引起的此类平衡零序谐波在中线上产生三倍于相线的谐波电 流。A、B、C 三相的三次谐波电流具有相同的相位角,因此在中线上的谐波向量是任意一相向量的三 倍。(见 4.25)
·尖峰发生在极短时间内(微秒级)偏离稳态或瞬态特性值的变化。通常产生一个电压波峰和/或一系列的 波动,其特性由相关的电源阻抗、线路阻抗以及用电设备输入阻抗决定,也取决于事件发生的方式。典 型的电压尖峰由通断感性负载或容性负载引起。
·稳态电气参数仅呈现微小变化的-种工作状态。
·系统稳定性在供电系统接口处定义的具有明确性能判据的一个系统动态相容特性。对飞机供电系统来说,主要 的接口是汇流条。因此,关键的性能判据是汇流条上不同点的电压和电流值及其频谱在内外因素的作用 下是否保持在本标准规定的范围内。
·总谐波含量(电流或电压)所有谐波方均根值与基波方均根之比。总谐波含量的计算公式定义如下。变量 X 代表电压或电流, X 可以表示为方均根值或峰值。(见 4.8、4.7)
·瞬变系统扰动引起的超出稳态极限又回到稳态极限之内的短时特性变化。例如发电系统跟随负载快速变 化和发动机转速变化的响应。正常电源切换或负载切换引起电压的短暂变化或中断称之为正常瞬变。由 非正常干扰引起的超出正常瞬变极限,最终又回到稳态极限范围之内的瞬变称之为非正常瞬变。
·不间断电源向重要设备或对电压瞬变敏感的用电设备供电的电源(典型如直流电源),它消除了正常供电中断, 或减轻了其导致的严重后果及降低了供电中断发生的概率。这些用电设备的供电品质参数至少应与本标 准规定的参数等效,并且还要符合飞机制造商或系统设计者所规定的任何专用要求。
·用电设备任何消耗飞机电能的设备或具有一定功能的设备组,又称之为“负载设备”。有些规范仅适用于耗 电量超过最小值的那种特定的设备或设备组。
·用电设备的额定值在用电设备的每个阶段,该设备此阶段的最大耗电量。设备最大耗电量是指在不小于 200ms 的时 间内的连续耗电量。在本标准中,其目的是为了满足计算的需要。
·电压调制在系统稳态工作期间交流峰值电压围绕一个平均电压作周期性或随机性的变化。电压调制量是系统 稳态工作期间发生在 1s 钟时间内最大的电压峰值与最小的电压峰值之差(见 4.32)。 电压调制的频率特性是指构成电压调制包络线的各频率分量。 直流电源系统的电压调制见脉动定义(4.37)。
·电压调节使电源输出电压保持在设备正常工作的电压范围之内的电压调节机构的工作。
·电压值除另有规定外,本标准提到的任何交流电压值都是指相线与中线之间测量得到的电压方均根值。同 样,任何直流电压为正端与地之间测量得到的电压平均值。稳态交流电压和直流电压都是在 0.2s~1s 时间内测量得到的各电压值对时间的平均值。峰值电压是指电压波形的瞬时最大值。(见 4.32)

相关术语

·短路功率因数在短路发生瞬间。整个短路电路中电阻与阻抗之比。
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