请大家审核这篇论文,文中提出无功功率的相关学说是对的吗?
美国《自然科学研究》杂志2006年第一期总第3期23-31页
电工学发展的第三个里程碑-----电路谐振能
择要：
在当代电路谐振现象虽然已经得到了广泛的应用，但人们并不真正了解它，至今人们还不承认电路谐振时产生能量。其原因是在电路谐振时只能增加无功功率，而无功功率书中认为不能做功，所以就认为电路谐振时不产生能量。
一个没有能量的事物，为什么会有很大用处呢？为什么电路谐振时电流或电压会增大呢？许许多多的问题无法解答。如果利用反思的方法探讨电路谐振，就会得知电路谐振现象有用处，就一定会与能量有联系；电路谐振时输出的无功功率是客观存在的事物，必然有它存在的意义。
中国人经过30多年的探索，找到了无功功率能做功的证据，电路谐振现象有应用价值的原因是：电路谐振时产生能量。
从实践中得知：电流或电压变化是产生能量的表现，谐振能的产生是电流或电压变化的原因。
因对无功功率认识不同，就形成不同的学说。在当代因对无功功率物理意义认识失误，误认为无功功率不能做功，就形成一个《有功功率中心说》。
此学说是以局部代替整体，所以产生很多理论与实践的矛盾，特别是对利用电容器节电现象无法解答，严重地影响了利用电容器节电的工作。
中国人通过对电流表指针走动现象的研究，发现无功功率能做功的许多事实：异步电动机产生的机械转矩不是与有功功率成正比，而是与视在功率成正比，因此视在功率代表总电能，就形成一个《视在功率中心说》。
新学说可以说明电工实践中一切现象，能达到理论与实践相一致，宏观与微观相统一，能推动实践的发展。它能说明利用电容器节电的原因，是利用了电路谐振现象，在电路中增加“内电动势”的结果。
因为当代电路谐振现象对人类贡献太大了，所以电路谐振能称为电工学史上的第三里程碑（第一个是直流电，第二个是交流电，第三个是电路谐振能）。
关键词：电路谐振能、无功功率、有功功率、视在功率。
正文：
在当代世界上，人们对电路谐振现象做出的巨大贡献是不了解的，人们只知道电力系统中的有功功率是能量，是能做工的电功率。误认为无功功率是没有物理意义的，甚至有的还认为是有害的电功率。
从当代生产实践中分析：电路谐振时输出的无功功率，对人类的贡献并不比有功功率小，其表现在：
1、 高频电路中利用调谐电路选择信号：
调谐电路与无功功率有什么关系呢？调谐电路也就是在高频电路中的谐振电路，在电路谐振时只能改变无功功率的大小，有功功率不发生变化。因为电路谐振与不谐振时电路中的电流或电压增大几十倍甚至上百倍，也就是无功功率增大几十倍或上百倍。谐振时的频率就是所选择的信号，无功功率的这种功能是其它能量不能代替的，是无功功率独有的。如果没有或不利用电路谐振现象，就没有收音机、电视机、电话和手机等，更不会有今天的自动化和现代化，社会就会倒退几百年。
2、 在电力系统中，利用电容器输出的电能占一半左右：
从实践中得知，在电力系统中无功功率需要量不比有功功率少，不算不知道，一算吓一跳，一台电容器补偿的无功功率并不多，可是成千上万台电容器的容量加起来，输出的总无功功率就是电网中的视在功率一半左右。如果不利用电力电容器或调相机补偿无功功率，就会缺少1/3以上的电能。
当代的内行人对此问题研究的人很多，发表的论文也不少，并且已承认在电感负载中安装电容器，不仅能补偿无功功率的损失，还能节约有功功率。无数实践证明无功功率是不可缺少的功率。一个不能做功的事物，为什么会有那么大的作用？从当代的电工书中是无法找到答案的。至今为止，任何人也没有提出无功功率能做功问题。
如果再用能量守恒定律进行研究，就会发现矛盾：补偿一个不能做功的无功功率，能使电网电压稳定，还能节约很多的有功功率，这更是无法解答的怪事。在当代能源紧张的情况下，研究利用电容器节电的理论问题，是当代科学家的头等大事。
另外共振、共鸣、谐振是三大物理现象，科学家已承认共振、共鸣时产生巨大的能量，为什么不承认谐振产生能量呢？。
从当代生产实践中看，说明理论与实践相矛盾。矛盾是事物发展的真正动力，其情况有两个可能：
一个是无功功率没有用处，就与无功功率不能做功的理论相符合。其证明方法是：
第一方法：把电视机中的调谐电路中的电容器去掉，看能不能选择信号？第二个方法：把电网中的电力电容器线路断开，看电网中能否正常运行？
这个两个事情，任何一个懂得电工学知识的人，都会了解到，调谐电路没有电容器不行，在电网中没有电力电容器更不行。无功功率有用处的实践，是客观存在的，是无法改变的。在电工学中讲：是否有用，含义就是能否做功。承认无功功率有用，就应当承认无功功率能做功。
另一个就是改变原来的观点，承认无功功率能做功，就与实践相一致，达到理论与实践相统一。为什么在实践中利用无功功率，在理论中还否认它能做功呢？这里面一定有人们还不了解的秘密。
现在的情况是：已知书中理论不符合实践，但不知理论错在何处？
研究自然科学理论，和医生给病人看病一样，需要了解病因。对于无功功率来说，就是要知道，前辈科学家否认它能做功的原因，为什么说无功功率没有功率量纲？为什么它不能做功？
中国人对此问题进行了30多年的探讨，探讨结果如下：
一、书中否认无功功率做功的原因：
1、书中认为没有无功功率量纲的根据是：
在纯电感负载中，瞬时平均功率，书中认为瞬时平均功率是代数和的平均值，计算结果为“零”，零乘任何数都是“零”。
书中观点是否正确呢？必须通过实践证明：
（1）书中讲在纯电感负载中有功功率为“零”，因纯电阻为“零”，瞬时功率也是“零”，所以平均功率是“零”是正确的。但在纯电感负载中研究的不是有功功率问题，而是无功功率怎样计算问题，书中讲有功功率为“零”是所问非所答。
（2）如果无功功率瞬时平均功率为“零”，那么，在电感负载中就没有电流通过，就测不出它的大小，无功功率的计算公式就推导不出来。从实践中得知，电感负载中有电流通过，并能测出它的大小，证明有无功功率量纲存在。此事实说明：电感负载中瞬时平均功率不是“零”，书中观点有失误。
（3）在瞬时功率中讲的是无功功率瞬时值，瞬时平均功率也应当是无功功率的平均值。计算方法是：瞬时功率绝对值和的平均值，它不等于“零”，符合实践。因为瞬时平均功率不是“零”，所以才有无功功率的计算公式：Q=IU
2、书中认为无功功率不能做功的根据是：
在电阻与电感串联电路中，书中认为电流与电压相位差90度力不做功，电功率公式为：Ｐ＝IUCOS∮。
书中的计算公式是否符合实践结果呢？也必须要利用事实说明：
（1）在交流电路中存在两种阻抗（电阻和电感），必然消耗两种能量。根据能量守恒定律，只有消耗能量，才能转变其它的能量做功。感抗如果不消耗能量，就不会产生电压降。实践得知，感抗能产生电压降，就是消耗能量的铁证。
（2）从整个电路方面看，任何瞬间电源没有增大，负载也没有减小，只是电源与负载互相转变。因电压降是由于有负载产生的，所以就应当把电源消耗的能量当成负载消耗的能量，再把负载输出的能量当成电源输出的能量，因为做正功与做负功时间不同，不能互相抵消，在一个周期中的平均瞬时功率不等于零。从实践中证明，无功功率有量纲存在，电源有电压降产生，电路中有自由电子流动形成电流。电压降是消耗能量的表现，无功功率量纲的存在是消耗能量的根据。
（3）在电阻与电感串联电路中，电流与电压的相位差是时间角度，因时间角度与空间角度作用不同。
在宏观力学中，当力与运动方向之间的夹角为90度时，力不做功，也不消耗能量，物体运动矩离为“零”，没有功率量纲。在电工学中，电感与自由电子运动方向夹角90度，不是空间角度，空间角度是0度或180度，所以对电子运动大小产生影响。书中把时间角度当成空间角度应用，产生重大失误。
（4）不同负载，转变的能量不同：消耗在纯电阻中的能量，转变为热能，可称《电热功率》，消耗在电感中的能量转变为磁场能，可称《电磁功率》。在电阻与电感串联的电路中，阻抗和感抗好比宏观中相差90度的两个分力，它们合力的功等于分力功的矢量合，视在功率代表总功率。
视在功率转变和守恒定律：
（1）在交流电路中，任一瞬间沿任意回路循行一周，回路中各电源输出的视在功率的矢量和，必等于各负载消耗的视在功率的矢量和；（2）在交流电路中负载做功的大小与电源中的电压平方成正比，与负载中的总阻抗成反比。
二、发现无功功率能做的证据
当代人们可以不承认无功功做功的事实，但不能不利用它来做功。最早使用直流电时，是利用热能做功。
当发明交流电以后，人们又利用电磁能做功，如变压器和电动机。这时人们把无功功率做的功，当成是有功功率做的功。就使人们在错误的道路上越走越远，出现了许多人们无法解答的怪现象。无功功率能做功的表现如下：
1、无功功率在电流表中能产生转矩，指针转动就是有效电流做的功
实践得知：电流指针走动大小与有效电流大小成正比，有效电流是有功功率电流和无功功率电流的矢量和。证明无功功率在电流表中能产生转矩。电流表虽小，说明问题很大，电表与电动机性质相同，都是利用电磁能做的功，转矩大小都与电流大小成正比，推理无功功率在交流电动机中一定会做功。
2、无功功率在变压器中能进行转换，证明无功功率做了功
书中承认变压器的空载电动势是由无功功率电流产生的，并且承认输入电流的相位，是输出电流的相位决定的，两个电流相位差180度。当输出有功功率时，输入就是有功功率；输出无功功率时，输入也是无功功率。
如果无功功率不能做功，那么，原边电流的相位，就不会由负边的电流相位和大小而改变。变压器能进行能量转换，证明无功功率能做功。
3、无功功率在异步电动机中能产生转矩，说明无功功率能做功
实践得知：在异步电动机中，定子电流的相位和变压器一样，是由转子电流的相位决定的，两个电流相位差180度。如果有功功率能做功，那么无功功率也能做功，因为它们的两个磁场的相对位置是一样的。
书中认为异步电动机转动原理与直流电机原理相同是不对的，它不是通电导体在磁场中受力作用产生的，而是定子旋转磁场拖动转子产生的。因定子磁场大小与视在功率成正比，所以无功功率能做功。从实践中分析，直流电动机转动，也是两个磁埸互相作用产生的。
4、电感负载做功大小与视在功率成正比，说明无功功率能做功
在电感性负载并联电容器后，电路中增加一个内电动势，输入了新的能量，在负载大小不变时，从电网中输入的电流减少，所以节约了有功功率（在电网中的实际情况不同，试验结果也不一样，在电力不足和电压低的电路中最适合）。
如果无功功率不能做功，那么，负载大小不变，消耗有功功率也不能发生变化，但实践证明消耗有功功率减少，就证明无功功率做了功。
5、无功功率在有功功率电表中不产生转矩，不能做为证据？
书中认为无功功率不能在测有功功率时产生转矩，就认为无功功率不能做功。此种说法是不对的，有功功率在测量无功功率大小时也不产生转矩，两种情况都是人为造成的，有功功率电表不能做为否认无功功率能做功的证据。
通过对以上各种问题的探讨：发现无功功率能做功，视在功率代表总电能。
6、在电视机、收音机、电话、手机和一切自动化控制的电路中，利用调谐电路选择信号。这是电路谐振时产生能量，最好地说明。
三、新理论
是否承认电路谐振时产生能量，不是几句话的问题，因为任何事物都不是孤立存在的，由于对无功功率认识不同，就形成不同的学说。
1、有功功率中心说：
当代的电工书只承认有功功率能做功，无功功率和视在功率都不代表电能，就形成一个《有功功率中心说》。
①纯电感负载瞬时平均功率为零，没有功率量纲，故起名无功功率。
②无功功率的电流与电压相位差90度，它不能做功。电功率公式P=IUcos∮
③无功功率在电动机和有功功率电表中不能产生转矩。
④有效电流和有效电压没有实际意义，视在功率不代表总电能。
⑤电路谐振不产生能量，不承认《内电动势》是能源。
⑥在电能收费方面，不收无功功率电费。
通过以上几个问题可以看出，当代的电工理论实际就是一个“有功功率中心说”（暂时虽然还没有这个提法，实际是这样的）。
2、视在功率中心说
电工学必须要讲真理，要实事求是，书中讲的与实践中做的要保持一致。凡是真理就能说明实践中的一切现象和本质，能指导实践的发展。对于书中错误的观点必须进行修改。
电路谐振现象有用处，是因为谐振时有能量产生，在电路谐振时电流或电压增大；又因为负载做功大小与视在功率成正比，视在功率代表总电能，所以总结出符合实践的“视在功率中心说”。
①瞬时平均功率不为“零”，有无功功率量纲，因为感抗属于保守力，所以可以改名为“保守功率”。
②无功功的电流与电压相位差90度，是时间角度，不是空间角度。它好比是宏观两个相差90度的分力，它们合力的功，等于分力功的矢量和。电功率公式S=IU
③无功功率在电动机和无功功率电表中能产生转矩，可以转变为机械能做功。
④有效电流和有效电压有实际意义，视在功率代表总电能。
⑤新理论能达到理论与实践相一致，宏观与微观相统一。感抗和宏观中的重力相同，都是一个保守力，在宏观消耗在保守力方面的能量称为“保守功率”。同理在微观消耗在感抗或电抗中的电功率也可称为：“保守电功率”。在宏观消耗磨擦力方面的功称为“耗散功率”。同理在电工学中，消耗在纯电中的电功率也可称为“耗散功率”。
四、新能源
1、谐振现象是怎样产生的？
许多人认为电路谐振时产生能量是无中生有，永动机不存在，不符合能量守恒定律。对此问题可用力学理论进行分析：
（1）在宏观利用保守力---水的重力可以做功
在宏观人们利用水力发电，就是水的重力做的功。从力学中得知水的重力是保守力，保守力的性质是：它能做正功，也能做负功。水从高处往下流就做正功，如果人们把水从低处送到高处，水的重力就做负功。河里的水为什么从高处不断地往下流呢？是太阳能做的功，水在太阳能的做用下，变成水蒸汽上升到高空，温度下降后变成小水珠降落到地面，形成河，人们利用河水的重力来发电。
（2）在微观电感和电容电路中，谐振能是利用电子动能做的功：
在微观自由电子运动和宏观物体运动一样，存在着惯性，改变物体运动状态必须有外力作用，感抗是一种反作用力。当电子静止时具有势能，当电子运动时具有动能。
在电感和电容的电路中，感抗与容抗性质相反，二者相差180度，感抗好比是水的重力，容抗好比是太阳能，当电感负载做负功时，电容负载却做了正功，电容负载做负功时，电感负载又做了正功，在任何瞬间感抗与容抗都互相抵消，电路中只有纯电阻消耗电能，电路谐振也是两种相反事物相结合的结果。
在具有电感和电容的电路中，当感抗等于容抗时，电子的动能得到了充分利用，所以产生《内电动势》。动能属于能量《内电动势》也具有能量。
（3）电路谐振时为什么电流或电压变化那么大？
人们都认为电容器是一种储能元件，不会增加能量，输出不能大于输入。在电路谐振时为什么电流或电压变化那么大呢？
从力学理论中分析：能量变化有两种：一种是增大作用力，另一种是减小反作用力。串联电路谐振时就是减少反作用力。谐振现象就是两个相反事物相结合的产物，电感与电容性质相反，这是公认的，当感抗等于容抗时，它们互相抵消。因为感抗大于纯电阻很多，当感抗被抵消后，电路中的阻抗只有纯电阻起作用，又因纯电阻很小，相当于电路短路，因作用力大小不变，反作用力减小，必然产生加速度（电流增大），此时计算公式为：I振=U/R ， 因Z大于R许多倍，所以谐振后电流I振大于原来的I原许多倍，谐振电路中的负载电流等于输入总电流。因为电压降计算公式：U振=I振Z 串联电路称为“电压谐振”。
当电感与电容器并联时，因二者性质相反，所以能改变输入的电流方向，当电感接通电源的瞬间自感电动势最大，电感负载和电源输出的电流共同流向电容支路（充电），当电容器放电时，电容支路和电源输出的电流共同流向电感负载，此时电容器的作用是将反作用力，转变为作用力。对于电感负载来说，就相当于增加一个电源。又因为感抗大于阻抗，因此电容支路中的电流大于从电源输入的电流。此电路称为“电流谐振”。
2、谐振现象种类：
（1）根据线路不同分为两种：
①串联谐振：在交流电路中，当电感负载与电容负载串联时发生的电路谐振，谐振时电流增大，在电力系统中要防止发生串联电路谐振，此电路称为“电压谐振”。
②并联谐振：在交流电路中，当电感负载与电容负载并联时发生的电路谐振，谐振时阻抗增大，有高阻抗的特性，此电路称“电流谐振”。在电力系统中节电，应用的就是并联电路谐振，支路电流大于输入的总电流。
（2）根据电路谐振时的情况不同，也可分两种：
① 广义的电路谐振：在含有电感和电容的电路中，只要电流或电压比原来没有电容器时增大，都可称《电路谐振》。在电力系统中，电网中安装电力电容器，补偿无功功率的就是广义的电路谐振，补偿的无功功率就是谐振能量。广义的电路谐振，也可称为部分谐振。
② 狭义的电路谐振：在高频电路中，当感抗等于容抗时发生的电路谐振。在收音机和电视机中的调谐电路，发生的谐振就称为狭义的电路谐振。狭义的电路谐振也可称为完全谐振，简称“谐振”。
3、谐振定律：在电工学中虽然对电路谐振现象讲的清楚计算的正确，但因不承认谐振能的存在，也就不可能称为定律。新观点认为无功功率能做功，电路谐振时产生能量，承认《内电动势》为能源。那么，能反映谐振现象本质的理论，就可称为“定律”：
（1）电子运动同宏观物体运动一样，具有惯性。
（2）在具有电感和电容的电路中，因感抗和容抗的相位相反，当感抗等于容抗时，电子的惯性可以得到充分利用，将消极的反作用力，转变为积极的作用力，发生电路谐振产生物理能，即《内电动势》，可称为《谐振能》也可称《惯性能》。
（3）谐振能量的大小与电路中的感抗成正比，与电路中的电阻成反比。计算公式：Q=X/R，Q书称品质因数，实际代表增大的倍数，Q值可达几十甚至几百，X代表感抗，R代表纯电阻。
五、新理论是否可行？
任何真理都比谬论有用，无法应用的理论再好也不是真理。书中理论虽然是世界公认的，但因有失误，有许多地方不能利用。在当代的实践中应用的，多数是用“视在功率”表示，其情况如下：
１、发电机和电动机的容量虽然是用有功功率表示的，但只做为选择容量大小时用，不用它利用视在功率表示更好(选择时容量应比原来大10％左右)。
２、发电机和电动机在运行中，有功功率大小不用测量，只需测量电流和电压的多少，即用视在功率指导运行。
３、在配电盘上很少装有功功率表，其原因是没有实际意义。
４、变压器的容量是用视在功率表示的。
５、在选择电感负载导线材料时，更是按照视在功率；如果按照有功功率就应当用电阻大的材料，与实践相矛盾。
６、在当代按消耗有功功率多少收电费，此方法是有害无利的；按视在功率收电费有利无害，最好是按成本不同分别收费。实行新的收费时，必须降低原来的电费单位价格。
７、“视在功率电度表”可以制造，按视在功率收电费没有困难。
８、在利用电路谐振方面，利用新理论，可以反映出电路谐振现象的本质，总结出谐振的新理论-谐振定律，指导实践发展。
当代人利用电路谐振，不是根据书中理论，而是按照实践现象；在电路谐振时视在功率增大，负载做功增加，应用的是视在功率。
因视在功率中包括有功功率和无功功率，在有的地方用有功功率表示，与新观点并不矛盾。
通过以上分析可以得知，新理论是可行的。
六、新理论有什么价值？
１、纠正世界自然科学中的最大失误：
在当代世界上，人们只知道利用电路谐振现象，不了解电路谐振的本质和贡献，从实践中看电路谐振对人类贡献太大了，人们利用它选择信号；利用电力电容器节电。假如，人们不利用无功功率和电路谐振，那么，全世界就不会有今天的电器气化和自动化，就会有很多的企业因缺电而停产。人们否认谐振能的存在，是世界自然科学中的最大失误，新学说纠正此失误，具有重大意义。
２、新理论有巨大的经济意义：
(1)书中理论阻碍利用电容器节电：现在电力部门虽然把利用电容器节电列为重点推广项目，但因节电原因说不清，又因不收无功功率电费，使用电单位安装电容器得不到明显的经济效益，人们就不愿意安装电容器。
(2)新理论能推动利用电容器节电：理论决定政策，理论是行动的指南，没有革命的理论就没有革命的胜利；同理，没有节电的理论，节电工作也无法进行。新理论虽然不是“锦上添花”，也是“雪中送炭”，其情况是：
书中节电计算公式为：ＷP＝（Ｉ12－Ｉ22）ＲＴ；
新观点节电计算公式为：ＷS＝（Ｉ1－Ｉ2）ＵＴ；
式中Ｒ为线路中的纯电阻，Ｔ为时间。 如按书中公式计算，因为低压线路距离近，电阻很小节电计算值就很少。
如按新公式计算，因电流减少1/4左右，节电也是1/4左右。从以上两种方法计算中，不难看出计算结果差别很大，特别是对缺电单位节电效果更明显。如果按视在功率收电费，就可以节约1/4左右的电费。
通过计算和分析，使人们认识道收不收无功功率电费，不是一件小事，而是关系到是否推广利用电容器节电的大问题。 假如按新观点去做，每年交电费1,5亿元的企业， 节电按10％计算，每年可节约电费1,500万元；全国每年节约电费就会超过100亿元；在10年后，就节约1,000亿元；100年后，就节约10,000亿元。不算不知道，一算吓一跳，理论的价值是不可估量的。
3、新理论有巨大的科研意义：
（1）当代电力系统中电流的频率为50赫芝，如果提高对利用电容器节电效果，就可以增大电流的频率，因Q=X/R，当频率增加一倍，节电也增大一倍。
（2）为了提高负载中的有功功率因数，当代的异步电动机转子多数是导体短路（鼠龙式的），如果改成绕线式，就能提高节电效果。
（3）因受有功功率因数影响，当代电动机普遍运行时温度高，如果承认无功功率能做功，就可以用减小导体电阻，提高转子和定子的电感方法降低电机的温度，延长电机的使用时间，减少电机的损坏。
（4）有的电感负载消耗的无功功率对电网产生坏的谐波等，如果安装电容器，无功功率自给，就会减少无功功率对电网中的坏作用。
说明：
1、因为在各种负载中电流电压计算公式与书中相同，在**中省略。
2、此论文只是简要说明，详情在1995年10月内部出版的《电子力学》。谁能首先出版此书，谁就会对社会做出新贡献。
3、新理论是否正确？不是由科学家决定的，而是由实践结果决定的。因当代人已经利用了电路谐振现象，承认它产生能量的观点，总比否认它产生能量的观点好。
4、新理论虽然符合实践，有重大的经济意义。但因是新事物，受习惯思维的影响内行人很难接受；如果没有“伯乐”的支持，精神成果很难变成物质成果。
5、新理论产生是时代发展的产物，是当代人实践和智慧的结晶。此理论不是超前的而是逆后的，在实践中有无数证据（略）。
6、用电单位没有电力电容器虽然同样能够运行，但会浪费电能。如果电网中都把电容器去掉，就要有1/3用电单位因缺电停产。
7、中国南京市有一个单位，有的电感负载运行时有功功率因数0.3左右。看到新观点安装电容器后，有功功率因数提高到0.95左右，电流减少一倍多，能不节电能吗！
作 者：曾 凡 昌；单位：中国鞍钢弓长岭矿业公司； 职称：工程师（退休）
联系电话：0419-5110872；邮 箱 :gclzfc@163.com 邮 编：111007
通信地址：中国辽宁省辽阳市弓长岭区团山街头道沟委6组16-4-4
作 者：何建源；单位：中国上海新海腾电缆有限公司 职称：高级总工程师
联系电话：021-56632311 邮箱：oijanry@hotmail.com 邮编：200081
|
楼主
标题置顶
标题高亮
