王氏定理又称为wangs定理,王氏定理由沈阳万思电力技术研究所总工程师王家强先生发现。王氏定理包括三项内容,因此又称为王氏三定理或为Wangs三定理。在这里wangs的意思可以理解为“王式”,也可以理解为“万思”。因此,Wangs定理可以解释成《王式定理》,也可以解释成《万思定理》。
定理1
下面结合图1进行说明。
图1在两相间跨接电阻可以在两相间转移无功
图1中的电阻R跨接在A相与B相之间,电阻R两端为线电压。从A相看,电阻的电流为Ira,Ira与线电压Uab同相位,超前A相电压Ua 30°,Ira可以分解成两部分,一部分为超前Ua 90°的容性电流Iac,一部分为与Ua方向相同的有功电流Iar。从B相看,电阻的电流为Irb,Irb与线电压Uba同相位,滞后B相电压Ub 30°,Irb可以分解成两部分,一部分为滞后Ub 90°的感性电流IbL,一部分为与Ub方向相同的有功电流Ibr。因而可以确定电阻R将A相的一部分无功转移到了B相,于是A相的无功减少变成容性,B相的无功增加变成感性。 因此我们可以说,在A相与B相之间跨接电阻,不但在A相与B相出现有功电流,而且可以将一部分无功电流从A相转移到B相。
定理2
在两相间跨接电感或者电容可以在两相间转移有功。
下面结合图2说明电容可以在两相间转移有功。
图2两相间跨接电容可以在两相间转移有功
图2中的电容C跨接在A相与B相之间,电容C两端为线电压。从A相看,电容C的电流Ica超前线电压Uab 90°,Ica可以分解成两部分,一部分为超前Ua 90°的容性电流Iac,一部分为与Ua方向相反的有功电流Iar,意味着A相的有功电流减少。从B相看,电容C的电流Icb超前线电压Uba 90°,Icb可以分解成两部分,一部分为超前Ub 90°的容性电流Ibc,一部分为与Ub方向相同的有功电流Ibr,意味着B相的有功电流增加。
因此我们可以说,在A相与B相之间跨接电容,不但在A相与B相出现容性无功电流,而且可以将一部分有功电流从A相转移到B相。
下面结合图3说明电感可以在两相间转移有功。
图3两相间跨接电感可以在两相间转移有功
图3中的电感L跨接在A相与B相之间,电感L两端为线电压。从A相看,电感L的电流ILa滞后线电压Uab 90°,ILa可以分解成两部分,一部分为滞后Ua 90°的感性电流IaL,一部分为与Ua方向相同的有功电流Iar,意味着A相的有功电流增加。从B相看,电感L的电流ILb滞后线电压Uba 90°,ILb可以分解成两部分,一部分为滞后Ub 90°的感性电流IbL,一部分为与Ub方向相反的有功电流Ibr,意味着B相的有功电流减少。
因此我们可以说,在A相与B相之间跨接电感,不但在A相与B相出现感性无功电流,而且可以将一部分有功电流从B相转移到A相。
定理3
在三相四线的系统中,恰当的选择两个元件的值(元件可以是电阻、电容、电感或他们的组合),并将这两个元件恰当的接在不同的相线对零线之间,即可以抵消零线电流。
证明这个定理首先要了解平面向量基本定理:
如果E1,E2是同一平面内的两个不共线向量,那么对于这一平面内的任一向量X,有且只有一对实数A1,A2使X= A1 E1+ A2 E2.
说的简化一点:可以选择同一平面内的任何两个不平行的向量作为基准向量,调节这两个基准向量的值,就可以合成这个平面内的任何一个向量。
平面向量基本定理中基准向量的A1,A2的值可正可负,如果规定向量的A1,A2的值只能为正,则可以导出以下平面向量局部定理:
局部定理1:如果A1,A2的值只能为正,则A1 E1+ A2 E2.只能合成在E1,E2之间小于180°夹角范围内的向量。
同样的方法,我们可以导出另外三个局部定理,分别是A1为正A2为负,A1为负A2为正,A1为负A2为负时的局部定理,这四个局部定理加在一起就组成了平面向量基本定理。
下面我们来证明Wangs定理3:
不论负荷是什么情况,零线电流就是角度为0—360度之间的一个向量,要抵消零线电流就需要一个与其大小相等方向相反的向量。
设A相电压向量为0度方向,B相电压向量为120度方向,C相电压向量为240度方向。
在使用两个电阻的情况下,如果将电阻1接在A相与零线之间电阻2接在B相与零线之间,由于电阻的电流与电压同相,因此电阻1产生0度方向的电流向量,电阻2产生120度方向的电流向量,根据平面向量局部定理1:选择这两个电阻的阻值,则可以合成0—120度方向的任何电流向量,因此可以用来抵消180—300度方向的零线电流。如果将电阻1接在B相与零线之间电阻2接在C相与零线之间,则选择这两个电阻的阻值可以合成120—240度方向的任何电流向量,因此可以用来抵消300—60度方向的零线电流。如果将电阻1接在C相与零线之间电阻2接在A相与零线之间,则选择这两个电阻的阻值可以合成240—0度方向的任何电流向量,因此可以用来抵消60—180度方向的零线电流。因此证明:恰当的选择两个电阻的值,并将这两个电阻恰当的接在不同的相线对零线之间,即可以抵消零线电流。
在使用两个电容的情况下,如果将电容1接在A相与零线之间电容2接在B相与零线之间,由于电容的电流超前电压90度,因此电容1产生270度方向的电流向量,电容2产生30度方向的电流向量,根据平面向量局部定理1:选择这两个电容的容量,则可以合成270—30度方向的任何电流向量,因此可以用来抵消90—210度方向的零线电流。如果将电容1接在B相与零线之间电容2接在C相与零线之间,则选择这两个电容的容量可以合成30—150度方向的任何电流向量,因此可以用来抵消210—330度方向的零线电流。如果将电容1接在C相与零线之间电容2接在A相与零线之间,则选择这两个电容的容量可以合成150—270度方向的任何电流向量,因此可以用来抵消330—90度方向的零线电流。因此证明:恰当的选择两个电容的容量,并将这两个电容恰当的接在不同的相线对零线之间,即可以抵消零线电流。
由于篇幅所限,使用两个电感以及不同元件组合的情况就不再继续证明,有兴趣的读者完全可以自己证明,
利用王氏定理就很容易理解
无功补偿装置可以调整不平衡有功电流的工作原理。利用王氏定理也可以简化调整不平衡电流无功补偿装置的设计。