Mikä on menetelmä voimakerroinnin laskemiseksi, kun jännite ja virta välittävät vaihe-ero?

Voiman tekijän määritelmä ja laskentamenetelmä

Voiman tekijä (PF) on keskeinen parametri, joka mitataan vaihtovirtapiirissä olevan jännite- ja virran välisen vaihe-ero. Se edustaa todellista kulutettua aktiivivoiman suhdetta näennäisvoimaan, heijastellen sähköenergian käytön tehokkuutta. Kun jännitteellä ja virralla on vaihe-ero, voiman tekijä on yleensä alle 1.

1. Voiman tekijän määritelmä

Voiman tekijä määritellään seuraavasti:

• Aktiivivoima (P): Todellinen kulutettu voima, mitattuna vattein (W), edustaa osaa voimasta, joka tekee hyödyllistä työtä.

• Näennäisvoima (S): Jännitteen ja virran tulo, mitattuna volt-ampeereina (VA), edustaa koko sähköenergian virtausta piirissä.

• Reaktiivivoima (Q): Voiman komponentti, joka ei kuluta energiaa, mutta osallistuu energiavaihtoon, mitattuna reaktiivisilla volt-ampeareilla (VAR).

2. Vaihe-eron ja voiman tekijän välinen suhde

Puhtaimmissa vastuspiireissä jännite ja virta ovat vaiheessa, mikä johtaa voiman tekijäksi 1. Kuitenkin induktiivisissa kuormissa (kuten moottoreissa ja muuntimissa) tai kapasitiivisissa kuormissa (kuten kondensaattoreissa) on jännite- ja virran välillä vaihe-ero, mikä johtaa voiman tekijäksi, joka on alle 1.

Voiman tekijä voidaan ilmaista jännite- ja virran välisellä vaihekulmalla ( $\mathrm{<br>}$ϕ):

Mikä tarkoittaa:

• ϕ on jännite- ja virran välinen vaihekulma, mitattuna radiaaneissa tai asteissa.

• cos(ϕ) on vaihekulman kosini, edustaa voiman tekijää.

3. Voimat kolmio

Voiman tekijän paremman ymmärtämiseksi voidaan käyttää voiman kolmiota, joka havainnollistaa aktiivivoiman, reaktiivivoiman ja näennäisvoiman suhdetta:

• Aktiivivoima (P): Vaakasuora sivu, edustaa todellista kulutettua voimaa.

• Reaktiivivoima (Q): Pystysuora sivu, edustaa ei-kuluttavaa, mutta energiavaihtoa tekevää komponenttia.

• Näennäisvoima (S): Hypotenuusa, edustaa jännitteen ja virran tulon.

Pythagoraan lauseen mukaan näiden kolmen suureen välinen suhde on:

Täten voiman tekijä voidaan ilmaista myös seuraavasti:

4. Voiman tekijän laskentakaava

Kun tiedetään jännite V, virta I ja niiden välinen vaihe-ero ϕ, voiman tekijä voidaan laskea seuraavan kaavan avulla:

Jos aktiivivoima P ja näennäisvoima S tunnetaan, voiman tekijä voidaan laskea suoraan seuraavalla kaavalla:

5. Voiman tekijän korjaus

Käytännössä alhainen voiman tekijä lisää sähköjärjestelmän häviöitä ja vähentää sen tehokkuutta. Voiman tekijän parantamiseksi yleisiä menetelmiä ovat:

Rinnakkaiskondensaattorien asentaminen: Induktiivisille kuormille rinnakkaiskondensaattorien asentaminen voi korvata reaktiivivoiman, vähentää vaihe-eroa ja siten lisätä voiman tekijää.

Voiman tekijän korjauslaitteiden käyttö: Nykyaikaisissa laitteissa on usein automaattisia voiman tekijän korjauslaitteita, jotka dynaamisesti säätävät reaktiivivoimaa ylläpitääkseen korkeaa voiman tekijää.

Yhteenveto

Kun jännitteellä ja virralla on vaihe-ero, voiman tekijä voidaan laskea seuraavasti:

• Voiman tekijä (PF) = cos(ϕ), missä ϕ on jännite- ja virran välinen vaihekulma.

• Voiman tekijä (PF) = P/S, missä P on aktiivivoima ja S on näennäisvoima.

Voiman tekijä heijastaa sähköenergian käytön tehokkuutta, ideaalinen voiman tekijä on 1, mikä tarkoittaa, että jännite ja virta ovat täydellisesti vaiheessa. Asiakkaan toteuttamalla sopivia toimenpiteitä (kuten kondensaattoreiden asentaminen tai voiman tekijän korjauslaitteiden käyttö) voiman tekijää voidaan parantaa, vähentää järjestelmän häviöitä ja parantaa kokonaistehokkuutta.