电阻性负载节电方法探讨！

电阻性负载节电方法探讨！

---串联电抗电容利用谐振节电---     

 

摘要：中国人通过对谐振现象的分析，利用科学杂交的方法研究：发现电路谐振产生新能量---谐振能。并总结出“视在功率守恒定律”和“谐振能定律”，推导出谐振能计算公式，做出电能增大的奇迹，创立节电新学说《电子力学》，2016年6月出版全世界发行。

因为发现新能量，所以发明《谐振节电器》，2013年获得国家实用新型专利。此发明解决利用谐振能的关键技术问题。具有一个特征，二个规律，二个效果，三个关键。

根据两个新定律和谐振节电技术，找到电阻性负载节电方法，其情况如下：

串联较大电抗与电阻比值增大电能。即：输入+谐振能=电能增大=节电效果。

关键词：内电动势、谐振能、视在功率守恒定律，谐振定律，谐振节电器。

。正文：在当代交流电路中，电感性负载推广无功补偿，已经获得显著的节电效果，有的单位发现负载做功增大一倍多的奇迹，节约电能50%左右。

电阻性负载是否能利用谐振节电呢？目前利用改变电磁加热法，如电磁炉，微波炉和电磁取暖等方法也取得一定的节电效果。但因没有新能量产生，节电效果是有限的。

因为发现谐振能和发明《谐振节电器》，所以找到阻性负载节电的方法，详细情况如下：

1.0 电路谐振产生新能量

在电源和负载不变的条件下，要想做出节电效果，必须有新能量产生，否则节电效果不存在。通过对无功补偿节电效果的分析：发现电路谐振产生新能量---谐振能。

谐振能的存在是一种物理现象，是两种相反事物相结合产生的。谐振现象是谐振能存在的表现，利用谐振现象就是应用谐振能。关于谐振能的产生原因说明如下：

1.1  电子（电荷）具有电能和磁能，是产生谐振能的内因。

（1）电路周围存在着磁埸，磁路周围存在着电埸。电路能传递磁能，磁路可传递电能。

（2）电流：是电埸力对导体中的电子做的功。作用力电压代表电能，反作用力电阻和感抗消耗电能。电子运动速度是不变的，电埸力增加只是改变电子运动数量。

电埸力对电子做功利用电流表示，电流越大电磁埸能越多，计算利用“欧姆定律”。

1.2  在物理方面：无功功率会做功，视在功率代表总电能。

（1）电阻负载：好比宏观摩擦力，转变为热能，利用热能做功，可称“电热功率”。

（2）感感负载：好比宏观的重力，转变电磁埸能，用电磁能做功，可称“电磁功率”。

（3）视在功率：是有效电流与有效电压的乘积，也是电热功率与电磁功率的矢量和。可称为“总电功率”。在电工学中讲：视在功率为有功功率与无功功率的矢量和。

1.3  感抗与容抗的电流与电压的相位相反，是产生谐振能的外因。

（1）电感负载中的电流滞后电压90度，电容器中的电流超前电压90度。

（2）在含有电感和电容器的电路中，当通电瞬间感抗最大，容抗最小，电源输出的电流向电容器充电。当充电结束开始放电，电容和电源输出的电流共同输送到电感。当放电结束电感向电容器充电，无限循环，好比单摆运动在，电工书中称为“电磁振荡”。

（3）对于电感负载相当于增加一个新电源，负载中的电压为：电源电压和电容器电压的矢量和，负载中的电流为：电源输出的电流与电容器输出的电流矢量和。

1.4  感抗=容抗，是产生谐振能的条件。

（1）谐振能是电感和电容器共同产生的，称为“内电动势”。因为电感是做功的，电容器不会做功，是为了增加电路中的能量安装的。所以谐振能利用电容器输出无功功率计算。

（2）电容器好比宏观力学中的配重，将原来的反作用力，转变为作用力。因内力+外力大于外力，所以在提升重物时利用配重，同理，电感与电容器合作电能会增大。

2.0 为什么利用谐振现象否认谐振能的存在？

人们对自然界的认识是由感性认识向理性认识发展，《电工学》书中的理论是在交流电刚开始应用时的观点，在那时电路谐振现象还没有应用。电工实践飞速向前发展，电工理论至今不变，所以产生利用谐振现象，否认谐振能的存在。现在发现书中有四个失误：

2.1  对无功功率物理意义认识失误，产生错误的科学体系。

2.1.1 无功功率起名的根据：《电工学》书中讲:在纯电感负载中瞬时平均功率为瞬时功率代数和的平均值计算，计算结果为“零”，零乘任何数都是“零”。就认为感抗不消耗电能，无功功率不会做功，电路谐振不产生能量 ，所以起名“为无功功率”。

2.1.2 错误的根据：因为在纯电感负载中，瞬时平均功率是瞬时功率绝对值和的平均值，计算结果不等于“零”。所以感抗消耗能量转变电能磁能，应当起名为“电磁功率”。

2.2  电路谐振总阻抗分析失误，没有说明无功电流的产生。

2.2.1 公认观点：在电路谐振时感抗与容抗互相抵消，只有纯电阻起作用，得出结论：

（1）串联谐振总阻抗最小，电流最大，电流增大是从电源输出的。

（2）并联谐振总阻抗最大，电流最小，没有说明无功电流的产生。

因为谐振总阻抗分析失误，所以谐振计算公式错误，计算不出电流和电压增大值。

2.2.2 错误的原因：感抗与容抗相位差是时间角度，不能互相抵消，可以合作。

（1）串联谐振总阻抗最大，电流最小，因为谐振产生“内电动势”，所以阻抗增大。

（2）并联谐振总阻抗最大，电流最小，因为谐振产生“内电动势”，所以阻抗增大。

因为并联和串联谐振产生“内电动势”，所以总阻抗增大，从电源只输出有功电流，无功电流由电容器输出，负载电流为电源电流与电容电流矢量和，大于谐振前电流值。

2.3 对无功补偿认识失误。无功补偿只输出无功功率，负载有功功率不变。

2.3.1《电工学》观点：因为无功功率不会做功，所以负载有功功率不会增大。

（1）无功补偿原理：电容器具有调相作用，电感负载安装适当的电容器，提高线路中的功率因数，减小从电源输出的电流，减少线路中的有功损耗，提高设备的利用率。

（2）在无功补偿时，有功电流从电源输出，无功电流从电容器输出。负载电能不变。

2.3.2 《电子力学》观点：因为无功功率会做功，所以电流增加有功功率会增大。

（1）无功补偿新原理：无功补偿属于广义的电路谐振，电感负载安装适当的电容器产生“内电动势”，与发电机产生的“电动势”作用相同，电埸力对电子做功输出电流。

负载中的电流是电源电流与电容器输出电流的矢量和，当电容器与电网隔离时，负载电流会增大，因为负载功率因数不变，所以负载做功会增大。节电为：负载节电+线路节电。

（2）“内电动势”输出什么功率，是由负载性质决定的，电流通过电阻产生有功损耗，计算公式：P=I²R，当电容电流是电源电流几倍时，负载做功就是原来功率几倍。

2.4 谐振试验电路有失误，是否认谐振能存在的最重要原因。

谐振能好比是天下雨，电网好比是大海，支路好比是小河。天下雨不会改变大海的水位，但可使小河涨水。因为无功补偿的条件不相同，所以节电效果不一样，其情况是：

2.4.1 电容器直接与电网相通，做不出电能增大正确结果。

（1）并联谐振试验：因为负载输入端电压不变，做不出电能增大结果。

（2）串联谐振试验：虽然能做出电能增大现象，但分不清楚能量是从哪来的。

2.4.2 电容器不直接与电网相通，就会做出电能增大效果。

（1）通过试验证明，并联电容器不直接与电网相通，都会做出电能增大现象。

（2）串联谐振试验：输入端安装变压器和串联适当纯电阻，就会得知谐振产生能量。

因为书中讲谐振不产生能量，试验做不出电能增的结果，所以否认谐振能的存在。

 3.0 两个新定律是研究电阻负载节电的根据                   

因为在当代人们不知道谐振产生能量，所以世界没有节电的书。首创《电子力学》是世界唯一的节电学说，有两个新定律和新的计算公式，此书理论与节电奇迹如下：

3.1  实践是检验真理的唯一标准，节电案例是谐振能存在的铁证。

3.1.1  无功补偿电能增大一倍案例：黄有银在混凝土搅拌站项目做无功补偿：

（1）节电前：负载做功功率28.8 千瓦，有功功率因数0.31；

（2） 节电后：负载做功功率63.2 千瓦，有功功率因数0.98（电源电压不变，输入的电流减小，输入的电能不会增大）；（3）电能增大计算：（63.2-28.8）÷28.8×100%=119.44%

3.1.2 治理有害谐波电费减少50%案例：在电工论坛中孙工发表的文章：他们安装电容器的目的是为了消除有害谐波，不曾想谐波达到国家标准，用户电费会减少50%左右。

（1）电费从每月22万下降到10万左右。（用电量不变，有电费收据为证）。

（2）节电率：（22-10）÷22×100%=54%，因为电能增大，负载做功不变。

电工理论与实践相矛盾，理论必然向前发展，产生新的学说。

3.2 视在功率守恒定律：虽然《电工学》书中没有讲，但实际计算中已经应用。

（1）在电网中电源（包括内电动势）输出的总视在功率，与负载消耗的总视在功率相同。（2） 电感负载中输出机械能或电能功率，等于输入的视在功率。如变压器；I₂U₂=I₁U₁

3.3 谐振定律：在《电工学》不承认谐振能存在，所以没有此定律。

（1） 在独立交流电路中，同时含有感抗和容抗时，因为它们的电流与电压相位相反是时间角度，不能互相抵消，可以互相合作。当感抗等于容抗时发生电路谐振产生“内电动势”，输出新的电能。此能量产生属于物理现象，称为“物理能或谐振能”。

（2） 电感负载谐振时的电流与谐振时感抗X₂成正比，与原来的纯电阻R成反比。

（3） 电感负载的有功功率为谐振电流的平方与纯电阻的乘积。计算公式：P₂=I₂²R，其它公式在《电子力学》书中[1]。

两个新定律+新计算公式+增大案例=谐振能存在。输入+谐振能=输出增大。

4.0 《谐振节电器》是各种节电器发明的基础

谐振能是节电器的“灵魂”，否认谐振能的存在，节电的效果就无法解答。因为发现谐振能的存在，所以发明《谐振节电器》，此发明是各种节电器发明的基础。

4.1 实用新型《谐振节电器》，发明专利号：ZL 2013 2 0408166.8。此发明与第一台蒸汽机和第一台发电机的发明一样，具有重大意义，可推动各种专用节电器的发展[2]。

（1） 一个特征：利用谐振能，负载中的电流和电压，必须比原来增大。

（2） 二个规律：一是节电效果与负载的功率因数成反比。二是节电的成本与电流频率成反比。对于纯电阻负载必须应用中高频率，必须全正弦波。

（3） 二个效果：负载节电+线路节电。

（4） 三个关键：电容器与电网隔离，电能表与电容器隔离，阻性负载变感性负载。

4.2  不同电工理论对节电发展作用不相同[3]。

4.2.1 《电工学》属于对电能的感性认识，利用谐振现象，否认谐振能存在。

（1）在无功补偿开始阶段，无功补偿原理讲：减少线路中有的功损耗，推动无功补偿的发展；当无功补偿推广全世界后，发现负载做功会增大与无功补偿原理相矛盾。

（2）因为没有谐振能的存在，负载做功增大无法解答，影响节电的发展。

4.2.2 《电子力学》属于对电能的理性认识，利用谐振现象，说明谐振能存在。

（1）在电阻性负载中，串联较大的电抗器，将阻性负载变成感性负载。

（2）从感性负载节电向阻性负载发展。又因为阻性负载不受频率限制，可应用中高频率集成电路，节电效果增大,应用范围广泛，也可在直流电路中应用。

5.0  电阻性负载节电方法探讨！                

《谐振节电器》属于原理发明，对电感和电阻负载都适用。在当代阻性负载节电还处在开始阶段，因为谐振能没有发现，找不到提高节电率的方法。

5.1  电阻负载应用谐振节电案例：

5.1.1 阻性负载节能灯节电主要原因：节能灯的节电效果是公认，是国家推广的产品，从节能灯电路中看：在输出端串联电抗器和电容器增大电压，电压提高就是电能增大。

5.1.2 变频器节电效果与谐振有联系：变频器就是通过二极管和三极管等元件，改变电流的频率。在电路中存在电感和电容两种不元件，产生谐振现象。

5.1.3  阻性负载节电案例：丁昌盛和何元宗二人在纯电阻负载中节电的案例：

（1）原来每天用160千瓦。（2）节电后减少到40千瓦，（3）计算结果电能增大3倍。

5.1.4 电阻串联电抗节电试验：（1） 安裝电容器前輸出：功率因数0.337，輸出有功21.4瓦。（2） 安裝电容器后輸出：串联40微法电容器功率因數0.903，輸出390瓦。

（3）安裝电容器前后对比：（390-21.4）÷21.4×100%=1722%，（按10倍左右计算）。

5.2 当代阻性负载节电存在的问题：没有正确理论指导，就没有方向。

5.2.1 应用低频率节电成本高，体积大。应用串联电抗器和电容器节电推广困难。

5.2.2 利用变频器输出的中高频率节电器，如：电磁炉、微波炉和电磁取暖炉等输出端联接负载，感抗与电阻比值小，利用提高电能转换率节电效果小，推广意义不大。

实践案例是研究节电的理论根据，正确的节电理论是节电研究计算的条件。

5.3 电阻性负载节电方法探讨：低频变为高频电流，利用增大电抗增大谐振能。

5.3.1 增大电抗理论根据：因为电路谐振产生能量，增大电抗就会增大电能。

（1）电路谐振定律：谐振能大小与谐振时感抗成正比，与电阻成反比。

（2）变压器工作原理：变压器输入什么功率和大小，是由输出功率和大小决定的。当输出端负载串联较大的电抗器后，负载功率明显减少，I₂U₂=I₁U₁ ，输出=输入不变。

 5.3.2 增大电抗计算结果：谐振能计算公式，是研究节电的设计的依据。

（1）谐振前后负载电阻是不变的。谐振电流计算公式：I₂=Q₂I,有功功率计算公式：P₂=I₂²R，式中电阻R是不变的，所以谐振时电流增加几倍，负载有功功率就增大几倍。

（2）根据计算和试验设计要求：感抗与电阻比为3比1，功率因数在0.3左右。电能增大3-5倍，当电磁炉、微波炉和电磁取暖的输出端电感与电阻比增大，节电率会提高。

5.4 电感负载增大感抗节电计算计算例题：独立5000伏安的单相变压器输入电压3300伏，输出电压220伏，输出功率因数0.8，线路总阻抗很小略，负载消耗有功功率为4000瓦，计算不同节电原理的节电效果？当感抗增大一倍时的节电效果？

1、 公认无功补偿原理：负载做功功率：5000×0.8=4000（瓦），就没有节电效果。

2、 新的无功补偿原理：因为是独立电路，无功补偿负载做功会增大，有节电效果。

（1）负载电流：5000÷220=22.72安。（2）负载总阻抗：220÷22.72=9.68欧姆。

（3）纯电阻：9.683×0.8=7.75。感抗：欧姆。

（4）自然品质因数:5.80÷7.75=0.75.（5）有功电流：22.72×0.8=18.18.

（6）谐振总阻抗：220÷18.18=12.10欧姆。（7）谐振品质因数：Q₂=12.10÷7.75=1.56。

（7）谐振电流：I₂=Q₂I_P =1.56×18.18=28.36。

（8）负载有功：P₂=28.36²×7.75= 6233（瓦）。谐振对比：6233÷4000=1.56  （倍）。

3、 增大感抗：有功功率因数0.3时，输出电能增大7倍左右。

因为原来总阻抗为9.68欧姆，纯电阻7.75欧姆不变，按3比1设计。总阻抗为7.75×3=23.25欧姆。（3）总电流：220÷23.25=9.46安。（4）功率因数：23.25÷7.75=0.33.（5）有功电流值：9.46×0.33=3.12安。

（6）谐振总阻抗：220÷3.12=70.51欧姆。（7）谐振感抗：X2=70欧姆。

（8）谐振品质因数：70÷7.75=9.03.（9）谐振电流：9.03×3.12=28.17安。（10）负载有功功率：28.17²×7.75=6150瓦，（11）谐振前有功功率：220×9.46×0.33=687（瓦）

（12）串联电抗器后电能增大值：（6150-687）÷687×100%=795%，经试验误差不大。

通过计算得出结论：电感负载利用增大电抗会增大节电效果，同理电阻负载应用增加电抗也会有节电效果。尤其是阻性负载不受频率限制，可利用中高频率集成电路。

6.0 总结：从感性认识发展到理性认识是必然的！

（1） 当代电工实践走在理论前面，理论阻碍节电的发展。

（2） 电路谐振能确实存在，已经为人类做出巨大的贡献。

（3） 电阻性负载增加感抗与纯电阻比值，可以节约电能。

（4） 发现谐振能和发明谐振节电器，能推动节电的发展！

两个新定律+谐振节电器专利+电能增大案例+试验电能增大=《电子力学》。

如果谐振能得到公认，应用《电子力学》做教课书，就会推动节电大发展！

 

参考文献：

 [1]作者： 曾凡昌、黄有银、丁昌盛、何元宗、曾海合写学术专著，2016年6月《中国国际文化出版社》出版的：世界节电新学说《电子力学》，第十章 电路谐振，154页。

 [2]作者：曾海，写的文章：《第一台“谐振扩电器”在中国诞生》，2009年在中国科学技术学会主办的《今日科苑》杂志，12期发表，53-54页。

[3]作者：曾凡昌、黄有银，【《电子力学》是《电工学》的新发展】，2016年12期发表在山东科学技术厅主办的《科技信息》杂志，“科教视野”栏目，第93页，下数23-42行。

 [4]作者：曾凡昌、黄有银写的文章《推广谐振节电器是解决能源环保的关键》，2014年发表在《电力科技三角洲》杂志第4期，“科技与探讨”栏目，第115-118页。

 

作者：曾凡昌， 男， 1941年2月出生，籍贯：辽宁省辽阳县河栏乡，1961年8月中专毕业，

单位：鞍钢弓长岭矿业公司，工程师，研究方向：电工基础理论，节电技术。《电子力学》主编辑。

通信地址：辽宁省辽阳市弓长岭区团山街头道沟委16-4-4，邮编111008，手机：[phone]。

作者：黄有银，男，1938年7月出生，1965年大学本科毕业，教授级高工，亿丰节能科技有限公司经理。获得中央宣传部、中央组织部，人民日报、中国百佳绿色财智人物和中国专利杂志“五项奖”。编入＜当代中国科学家与发明家大辞典＞、＜中国知名专家人才辞典＞、＜世界优秀专家人才名典＞等。

2018-03-14