Alacsony teljesítményfaktor forrásai és okai

Rossz hatásfok okai és forrásai

Egy elektromos energia rendszerben a hatásfokot definiálják a valós teljesítmény (kilowattban mérve, kW) és az általános teljesítmény (kilovolt - amperben mérve, kVA) arányaként. Alacsony hatásfok azt jelzi, hogy az elektromos terhelés nem használhatja hatékonyan fel a rendelkezésre álló elektromos energiát. Ez a hatékonyságtelenség számos következményhez vezethet, mint például a fogyasztók növekvő villamosenergia-költségei és a rendszer teljes hatékonyságának csökkenése. Ebben a cikkben részletesen megvizsgáljuk a rossz hatásfok elsődleges forrásait és okait egy elektromos rendszerben.

A rossz hatásfok legfontosabb hozzájárulója az induktív terhelések jelenléte. Tiszta induktív áramkörben az áram 90 fokkal lassul a feszülthető mögött. Ez jelentős fázis-szög különbség eredményez egy nulla hatásfokot, ami azt jelenti, hogy a terhelés nem használ fel hatékonyan a valós teljesítményt; helyette az energia csak tárolódik és szabadul a védőtekercs mágneses mezőjében, anélkül, hogy hasznos munkát végezne. Olyan áramkörökben, amelyekben kapacitív és induktív elemek is szerepelnek, a hatásfok nem nulla. Azonban, kivéve a rezonancia vagy finomított áramkörök esetén, ahol az induktív reaktanc XL egyenlő a kapacitív reaktanc XC-vel, ami azt eredményezi, hogy az áramkör tiszta ellenállásos módon viselkedik, a fázis-szög különbség θ az áram és a feszültség között fennmarad. Ez a fázis-szög különbség, ami a kapacitás és induktancia közötti interakcióból adódik, közvetlenül befolyásolja a hatásfok nagyságát, gyakran alacsony hatásfokú feltételeket eredményezve.

Rossz hatásfok okai és forrásai
Rossz hatásfok okai

Számos tényező hozzájárul a rossz hatásfokhoz az elektromos rendszerekben, amelyeket a következőkben részletezünk:

Induktív Terhelések

Az induktív terhelések, beleértve az elektromos motort és transzformátort, az elsődleges gyanúsítottak. Ezek a terhelések reaktív teljesítményt vesznek fel az elektromos rendszerből, ami utólagó hatásfokot eredményez. Induktív áramkörökben az áram lassul a feszülthető mögött, ami egy fázis-szög különbséget hoz létre, ami növeli a reaktív teljesítmény összetevőjét. Az induktív terhelés hatásfoka jelentősen változik attól függően, hogy milyen állapotban van:

• Teljes Terhelés: Általában a hatásfok (Pf) 0.8 és 0.9 között van.

• Kis Terhelés: Leesik 0.2 és 0.3 között.

• Nincs Terhelés: A hatásfok nullához közelíthet. Tiszta induktív terhelés esetén a hatásfok pontosan nulla, ami azt jelenti, hogy nincs valós munka, és az energia csak tárolódik és szabadul a mágneses mezőben.

Kapacitív Terhelések

A kapacitív terhelések, mint például a kondenzátorok, potenciálisan javíthatják a hatásfokot, reaktív teljesítményt generálva. Ha az oszcilláció túl nagy, ez vezethet további kompenzációhoz, ami előrébbi hatásfokot eredményez. Hasonlóan a tiszta induktív terhelésekhez, a tiszta kapacitív terhelés is nulla hatásfokkal rendelkezik, mivel az áram 90 fokkal elölzi a feszülthetőt, és nincs valós teljesítményátadás.

Harmonikusok

A harmonikusok nem lineáris torzításokat jelentenek az elektromos hullámforma számára, amelyek gyakran előfordulnak olyan rendszerekben, amelyekben elektronikus terhelések találhatók, mint például számítógépek, szerverek és más digitális eszközök. Ezek a torzítások növelik a reaktív teljesítményt, ami a hatásfokot csökkenti. A harmonikusok megszakítják az áram és a feszültség szinuszos természetét, ami hatékonysági problémákat okoz a teljesítmény felhasználásában.

Magnetizáló Áram

Az elektromos rendszer terhelése nem állandó. Alacsony terhelési időszakokban a szolgáltató feszültség gyakran növekszik. Ez a feszültség növekedése a magnetizáló áram növekedését okozza az induktív berendezések, mint például a transzformátorok és motorkörök esetén. Erre a hatásra a hatásfok csökken, mivel a reaktív teljesítmény aránya növekszik a valós teljesítményhez képest.

Túl kis vezeték

A túl kis vezeték, különösen a motor tekercseiben, jelentős feszültségcsökkenést okoz. Ezek a feszültség-csökkenések növelik a reaktív teljesítményt a rendszerben, ami csökkenti a hatásfokot. A kevésbé alkalmas vezeték mérete korlátozza az elektromos áram folyamát, ami ellenállási veszteségeket és növekedett impedanciát okoz, ami befolyásolja a hatásfok teljesítményét.

Hosszú Szolgáltatási Vonalak

A hosszú elektromos szolgáltatási vonalak egy másik tényező, ami hozzájárul a rossz hatásfokhoz. Ahogy az elektromosság messzebb távolságokon halad, az ellenállás és a reaktancia a vonalakban feszültség-csökkenéseket okoz. Ezek a feszültség-csökkenések növelik a reaktív teljesítményt, ami a rendszer teljes hatásfokát csökkenti. Minél hosszabb a vonal, annál nyilvánvalóbbak lesznek ezek az effektusok.

Nem egyensúlyban lévő Terhelések

A nem egyensúlyban lévő terhelések, ahol az elektromos terhelés egyenlőtlenül terjed ki egy három-fázis rendszer fázisaiban, növelhetik a reaktív teljesítmény összetevőjét. Ez az egyenlőtlen eloszlás hatékonysági problémákat okoz a teljesítmény átadásában, ami alacsonyabb hatásfokot eredményez. A nem egyensúlyban lévő terhelések további stresszt is okozhatnak az elektromos berendezéseknek, ami előidézhet korai kudarcot.

Rossz Hatásfok Forrásai

A következők az elektromos rendszerekben a rossz hatásfok fő forrásai:

Elektromos Berendezések

• Szolgáltatási Transzformátorok: A szolgáltatási transzformátor hatásfoka attól függ, hogyan van kialakítva, valamint a terhelés és a terhelés hiánya szintjétől. Általánosságban, egy üresen futó transzformátor nagyon alacsony hatásfokkal rendelkezik, mivel a magnetizáló áram igényei miatt.

• Fényrendszer

• Incandescens lámpák: Ezek általában 50% körüli hatásfokkal rendelkeznek.

• Hegyvirág-vapor lámpák: A hatásfokuk általában 40% és 60% között van.

• Motorok

• Indukciós Motorok: Az indukciós motorok hatásfoka széles körben változhat, 30%-tól könnyű terhelés esetén egészen 90%-ig teljes terhelés esetén.

• Szinkron Motorok: Alulindított állapotban a szinkron motorok nagyon alacsony hatásfokkal rendelkeznek.

• Speciális Berendezések

• Hegesztő Transzformátorok: Ezek általában 60% körüli hatásfokkal rendelkeznek.

• Ipari Fűtőkáromkák: Működésük gyakran relatíve alacsony hatásfokot eredményez, mivel az elektromos terhelések jellege miatt.

• Solenoidok és Choke-ok: Ezek az induktív elemek hozzájárulnak a rossz hatásfokhoz.

• Iv-tárcsák: Hasonlóan a többi elektromos világítási forráshoz, az iv-tárcsák is alacsony hatásfokkal rendelkezhetnek.

Rendszermegoldások

• Alulindított Szinkron Motorok: Terhelés mellett alulindított állapotban a szinkron motorok túl sok reaktív teljesítményt fogyasztanak, ami alacsony hatásfokot eredményez.

• Adekvát Vezetéki Praxis Hiánya: A motor tekercseiben nem használt megfelelő vezeték méret problémákat okozhat a hatásfokban, ahogyan korábban említettük.

• Motorok Mechanikai Problémái: A motorok sérült hajtóművei mechanikai stresszt okozhatnak, ami befolyásolja a motor elektromos jellemzőit, ami lehetséges, hogy a hatásfok csökken.

A rossz hatásfok kezelése kulcsfontosságú, mivel számos hátrányt jelent, beleértve a növekvő energiaveszteségeket, a magasabb villamosenergia-díjakat és a rendszer kapacitásának csökkenését. A hatásfok javítása érdekében különböző megoldások implementálhatók. Ezek közé tartozik a hatásfok-javító berendezések, mint például a kondenzátorok telepítése, az elektromos berendezések frissítése a veszteségek minimalizálása érdekében, és a rendszer tervezés optimalizálása a reaktív teljesítmény fogyasztásának csökkentése érdekében. A rossz hatásfok okainak és forrásainak alapos megértése létfontosságú a fejlesztési területek azonosításához, valamint az elektromos rendszerek hatékony és költséghatékony működtetésének biztosításához.