Який метод використовується для обчислення коефіцієнту ефективності при наявності фазового зсуву між напругою та струмом

Визначення та метод обчислення коефіцієнту ефективності

Коефіцієнт ефективності (PF) — це важливий параметр, який вимірює фазову різницю між напругою і струмом у колі змінного струму. Він представляє співвідношення фактично спожитої активної потужності до видимої потужності, відображаючи ефективність використання електричної енергії. Коли є фазова різниця між напругою і струмом, коефіцієнт ефективності зазвичай менше 1.

1. Визначення коефіцієнту ефективності

Коефіцієнт ефективності визначається як:

• Активна потужність (P): фактично спожата потужність, вимірювана в ватах (W), що представляє частину потужності, яка виконує корисну роботу.

• Видима потужність (S): добуток напруги і струму, вимірювана в вольт-амперах (VA), що представляє загальний потік електричної енергії у колі.

• Реактивна потужність (Q): компонент потужності, який не споживає енергію, але береться участь у обміні енергії, вимірювана в реактивних вольт-амперах (VAR).

2. Зв'язок між фазовою різницею та коефіцієнтом ефективності

У чисто резистивних навантаженнях напруга і струм знаходяться в фазі, що призводить до коефіцієнту ефективності 1. Однак, у індуктивних навантаженнях (наприклад, двигуни та трансформатори) або капацитивних навантаженнях (наприклад, конденсатори) існує фазова різниця між напругою і струмом, що призводить до коефіцієнту ефективності менше 1.

Коефіцієнт ефективності можна виразити за допомогою фазового кута ( $\mathrm{<br>}$ϕ) між напругою і струмом:

Де:

• ϕ — фазовий кут між напругою і струмом, вимірюваний у радіанах або градусах.

• cos(ϕ) — косинус фазового кута, що представляє коефіцієнт ефективності.

3. Трикутник потужностей

Для кращого розуміння коефіцієнту ефективності можна використати трикутник потужностей, щоб проілюструвати зв'язок між активною, реактивною та видимою потужностями:

• Активна потужність (P): горизонтальна сторона, що представляє фактично спожату потужність.

• Реактивна потужність (Q): вертикальна сторона, що представляє компонент, який не споживає, але береться участь у обміні енергії.

• Видима потужність (S): гіпотенуза, що представляє добуток напруги і струму.

Згідно з теоремою Піфагора, зв'язок між цими трьома величинами є наступним:

Тому коефіцієнт ефективності також можна виразити як:

4. Формула обчислення коефіцієнту ефективності

Коли відомі напруга V, струм I та їхня фазова різниця ϕ, коефіцієнт ефективності можна обчислити за наступною формулою:

Якщо відомі активна потужність P та видима потужність S, коефіцієнт ефективності можна прямо обчислити за формулою:

5. Корекція коефіцієнту ефективності

На практиці низький коефіцієнт ефективності збільшує втрати в електроенергетичній системі та зменшує її ефективність. Для покращення коефіцієнту ефективності найпоширеніші методи включають:

Встановлення паралельних конденсаторів: для індуктивних навантажень, встановлення паралельних конденсаторів може компенсувати реактивну потужність, зменшити фазову різницю, і таким чином збільшити коефіцієнт ефективності.

Використання пристроїв корекції коефіцієнту ефективності: сучасне обладнання часто включає автоматичні пристрої корекції коефіцієнту ефективності, які динамічно регулюють реактивну потужність для підтримки високого коефіцієнту ефективності.

Підсумок

Коли існує фазова різниця між напругою і струмом, коефіцієнт ефективності можна обчислити наступним чином:

• Коефіцієнт ефективності (PF) = cos(ϕ), де ϕ — фазовий кут між напругою і струмом.

• Коефіцієнт ефективності (PF) = P/S, де P — активна потужність, а S — видима потужність.

Коефіцієнт ефективності відображає ефективність використання електричної енергії, ідеальний коефіцієнт ефективності становить 1, що означає, що напруга і струм абсолютно в фазі. Реалізація відповідних заходів (наприклад, встановлення конденсаторів або використання пристроїв корекції коефіцієнту ефективності) може покращити коефіцієнт ефективності, зменшити втрати системи та підвищити загальну ефективність.