วิธีการคำนวณค่ากำลังซึ่งมีความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันและกระแสคืออะไร

บทนิยามและการคำนวณค่าพาวเวอร์แฟกเตอร์

พาวเวอร์แฟกเตอร์ (PF) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการวัดความแตกต่างของเฟสระหว่างแรงดันและกระแสในวงจรไฟฟ้าสลับ มันแสดงถึงอัตราส่วนระหว่างพลังงานใช้งานจริงกับพลังงานชัดเจน สะท้อนถึงประสิทธิภาพในการใช้พลังงานไฟฟ้า เมื่อมีความแตกต่างของเฟสระหว่างแรงดันและกระแส พาวเวอร์แฟกเตอร์มักจะน้อยกว่า 1

1. บทนิยามของพาวเวอร์แฟกเตอร์

พาวเวอร์แฟกเตอร์ถูกกำหนดว่า:

• พลังงานใช้งานจริง (P): พลังงานที่ใช้จริง วัดเป็นวัตต์ (W) แสดงถึงส่วนของพลังงานที่ทำงานที่มีประโยชน์

• พลังงานชัดเจน (S): ผลคูณระหว่างแรงดันและกระแส วัดเป็นโวลต์แอมแปร์ (VA) แสดงถึงการไหลของพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดในวงจร

• พลังงานปฏิกิริยา (Q): ส่วนของพลังงานที่ไม่ใช้พลังงานแต่เข้าร่วมในการแลกเปลี่ยนพลังงาน วัดเป็นโวลต์แอมแปร์ปฏิกิริยา (VAR)

2. ความสัมพันธ์ระหว่างความแตกต่างของเฟสและพาวเวอร์แฟกเตอร์

ในโหลดที่เป็นตัวต้านทานอย่างเดียว แรงดันและกระแสอยู่ในเฟสเดียวกัน ทำให้พาวเวอร์แฟกเตอร์เท่ากับ 1 แต่ในโหลดเหนี่ยวนำ (เช่น มอเตอร์และหม้อแปลง) หรือโหลดความจุ (เช่น คอนเดนเซอร์) จะมีความแตกต่างของเฟสระหว่างแรงดันและกระแส ทำให้พาวเวอร์แฟกเตอร์น้อยกว่า 1

พาวเวอร์แฟกเตอร์สามารถแสดงโดยใช้มุมเฟส ( $\mathrm{<br>}$ϕ) ระหว่างแรงดันและกระแส:

เมื่อ:

• ϕ คือมุมเฟสระหว่างแรงดันและกระแส วัดเป็นเรเดียนหรือองศา

• cos(ϕ) คือโคไซน์ของมุมเฟส แสดงถึงพาวเวอร์แฟกเตอร์

3. สามเหลี่ยมพลังงาน

เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับพาวเวอร์แฟกเตอร์ สามเหลี่ยมพลังงานสามารถใช้เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานใช้งานจริง พลังงานปฏิกิริยา และพลังงานชัดเจน:

• พลังงานใช้งานจริง (P): ด้านแนวนอน แสดงถึงพลังงานที่ใช้จริง

• พลังงานปฏิกิริยา (Q): ด้านแนวตั้ง แสดงถึงส่วนของพลังงานที่ไม่ใช้พลังงานแต่เข้าร่วมในการแลกเปลี่ยนพลังงาน

• พลังงานชัดเจน (S): ด้านตรงข้ามมุมฉาก แสดงถึงผลคูณระหว่างแรงดันและกระแส

ตามทฤษฎีปีทาโกรัส ความสัมพันธ์ระหว่างค่าทั้งสามคือ:

ดังนั้น พาวเวอร์แฟกเตอร์สามารถแสดงได้ว่า:

4. สูตรการคำนวณพาวเวอร์แฟกเตอร์

เมื่อทราบแรงดัน V กระแส I และความแตกต่างของเฟส ϕ สามารถคำนวณพาวเวอร์แฟกเตอร์โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

หากทราบพลังงานใช้งานจริง P และพลังงานชัดเจน S สามารถคำนวณพาวเวอร์แฟกเตอร์ได้โดยตรงด้วย:

5. การแก้ไขพาวเวอร์แฟกเตอร์

ในการประยุกต์ใช้จริง พาวเวอร์แฟกเตอร์ต่ำจะเพิ่มความสูญเสียในระบบไฟฟ้าและลดประสิทธิภาพ เพื่อปรับปรุงพาวเวอร์แฟกเตอร์ วิธีทั่วไปรวมถึง:

ติดตั้งคอนเดนเซอร์แบบขนาน: สำหรับโหลดเหนี่ยวนำ การติดตั้งคอนเดนเซอร์แบบขนานสามารถชดเชยพลังงานปฏิกิริยา ลดความแตกต่างของเฟส และเพิ่มพาวเวอร์แฟกเตอร์

ใช้อุปกรณ์ปรับปรุงพาวเวอร์แฟกเตอร์: อุปกรณ์สมัยใหม่มักมีอุปกรณ์ปรับปรุงพาวเวอร์แฟกเตอร์อัตโนมัติที่ปรับปรุงพลังงานปฏิกิริยาได้แบบไดนามิก เพื่อรักษาพาวเวอร์แฟกเตอร์ที่สูง

สรุป

เมื่อมีความแตกต่างของเฟสระหว่างแรงดันและกระแส พาวเวอร์แฟกเตอร์สามารถคำนวณได้ดังนี้:

• พาวเวอร์แฟกเตอร์ (PF) = cos(ϕ) โดยที่ ϕ คือมุมเฟสระหว่างแรงดันและกระแส

• พาวเวอร์แฟกเตอร์ (PF) = P/S โดยที่ P คือพลังงานใช้งานจริง และ S คือพลังงานชัดเจน

พาวเวอร์แฟกเตอร์สะท้อนถึงประสิทธิภาพในการใช้พลังงานไฟฟ้า โดยพาวเวอร์แฟกเตอร์ที่เหมาะสมคือ 1 ซึ่งหมายความว่าแรงดันและกระแสอยู่ในเฟสเดียวกัน ด้วยการใช้มาตรการที่เหมาะสม (เช่น การติดตั้งคอนเดนเซอร์หรือใช้อุปกรณ์ปรับปรุงพาวเวอร์แฟกเตอร์) พาวเวอร์แฟกเตอร์สามารถปรับปรุงได้ ลดความสูญเสียของระบบและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม