Koreksyon sa Factor sa Poder: Ano ito? (Formula, Sirkwito ug Capacitor Banks)

Larangan: Basic Electrical Basikong Elektikal

China

ano ang power factor correction

Ano ang Power Factor Correction?

Ang power factor correction (tinatawag din bilang PFC o Power Factor Improvement) ay isang teknik na ginagamit upang mapabuti ang power factor ng mga circuit na AC sa pamamagitan ng pagbabawas ng reactive power na naroon sa circuit. Ang layunin ng mga teknik ng power factor correction ay mapataas ang epekibilidad ng circuit at bawasan ang current na inilalapat ng load.

Kadalasang ginagamit ang capacitors at synchronous motors sa mga circuit upang mabawasan ang mga inductive elements (at kaya rin ang reactive power). Ang mga teknik na ito ay hindi ginagamit upang mapataas ang halaga ng true power, kundi upang mabawasan ang apparent power.

Sa ibang salita, ito ay nagbabawas ng phase shift sa pagitan ng voltage at current. Kaya, ito ay sinusubukan na panatilihin ang power factor malapit sa unity. Ang pinakaeconomical na halaga ng power factor ay nasa pagitan ng 0.9 hanggang 0.95.

Ngayon, ang tanong, bakit ang economical value ng power factor ay 0.95 hindi unity power factor? Mayroon bang disadvantage ang unity power factor?

HINDI. Wala ring single disadvantage ang unity power factor. Pero mahirap at mahal ang pag-install ng unity PFC equipment.

Kaya, ang mga utility at power supply companies ay sinusubukan na gawing power factor sa range ng 0.9 hanggang 0.95 upang makabuo ng economic system. At ang range na ito ay sapat na para sa power system.

Kung ang AC circuit ay may mataas na inductive load, maaaring bumaba ang power factor sa ibaba ng 0.8. At ito ay humahatak ng mas maraming current mula sa source.

Ang power factor correction equipment ay nagbabawas ng inductive elements at current na inilalapat mula sa source. Ito ay nagreresulta sa isang epektibong sistema at nakakaiwas sa pagkawala ng electrical energy.

Bakit Kailangan ang Power Factor Correction?

Sa mga DC circuits, ang power nga gi-disipar sa load simpleng gicalculation pinaagi sa pag-multiply sa voltage ug current. Ug ang current proportional sa gi-apliyar nga voltage. Taliha, ang power dissipation sa resistive load linear.

Sa mga AC circuits, ang voltage ug current mao ang sinusoidal waves. Taliha, ang magnitude ug direction nag-usab-usab kasagaran. Sa partikular nga instant of time, ang power nga gi-disipar mao ang multiplication sa voltage ug current sa naa nga instant.

Kon may AC circuit nga adunay inductive loads sama sa winding, chowk coils, solenoid, transformer; ang current wala sa phase sa voltage. Sa kini nga kondisyon, ang aktwal nga power nga gi-disipar gamay pa kay sa product sa voltage ug current.

Tungod sa non-linear elements sa AC circuits, adunay parehas resistance ug reactance. Taliha, sa kini nga kondisyon, ang phase difference sa current ug voltage importante sa pag-calculate sa power.

Para sa pure resistive load, ang voltage ug currents sama sa phase. Apan para sa inductive load, ang current lag behind sa voltage. Ug it creates inductive reactance.

Sa kini nga kondisyon, ang power factor correction labi nga kinahanglan aron mapauli ang epekto sa inductive element ug improve ang power factor aron mapataas ang efficiency sa system.

Power Factor Correction Formula

Consider an inductive load is connected with the system and operates at power factor cosф1. Aron mapataas ang power factor, kinahanglan nato mag-connect og power factor correction equipment sa parallel sa load.

Ang circuit diagram sa kini nga arrangement gitakda sa ubos nga figure.

power factor correction example

Ang capacitor naghatag og leading reactive component ug nangabaw sa epekto sa lagging reactive component. Bago i-attach ang capacitor, ang load current mao ang IL.

Ang capacitor nagkuha og IC current nga leading sa voltage ngadto sa 90˚. Ug ang resultante nga current sa sistema mao ang Ir. Ang anggulo tali sa voltage V ug IR mao ang gilapos kumpara sa anggulo tali sa V ug IL. Busa, ang power factor cosф2 gi-improve.

power factor correction phasor diagram

Power Factor Correction Phasor Diagram

Gikan sa uban nga phaser diagram, ang lagging component sa sistema mao ang gilapos. Busa, aron bag-ohi ang power factor tikang sa ф1 hangtod sa ф2, ang load current mao ang gilapos pinaagi sa IRsinф2.

$I_R sin \phi_2 = I_L sin \phi_1 - I_C$

$I_C = I_L sin \phi_1 - I_R sin \phi_2$

Ang kapasidad sa capacitor aron mapadako ang power factor mao kini;

$C = \frac{I_C}{\omega V}$

Sirkwitong Paghulagway sa Power Factor

Ang teknik sa paghulagway sa power factor gamiton ang capacitor o capacitor bank ug synchronous condenser. Batasan sa gamit nga ekipamento aron mahulagway ang power factor, adunay tulo ka mga paraan;

Capacitor Bank
Synchronous Condenser
Phase Advancer

Paghulagway sa Power Factor gamit ang Capacitor Bank

Ang capacitor o capacitor bank mahimong ikonekta isip fixed o variable value capacitance. Ikonekta kini sa induction motor, distribution panel, o main supply.

Ang capacitor nga may fix nga value gitugotan sa sistema. Ang variable value capacitance moguba ang kantidad sa KVAR batas sa panginahanglan sa sistema.

Alang sa pagkorekta sa power factor, gigamit ang capacitor bank aron itugot sa load. Kon ang load mao ang three-phase load, ang capacitor bank mahimong itugot isip star ug delta connection.

Delta Connected Capacitor Bank

Ang circuit diagram sa ubos nagpakita og delta connected capacitor bank sama sa three-phase load.

delta connected capacitor bank

Delta Connected Capacitor Bank

Pasensya na atong pagsabot sa equation sa capacitor per phase kon it tugotan sa delta connection. Sa delta connection, ang phase voltage (VP) ug line voltage (VL) magkatunay.

$V_P = V_L$

Ang capacitance per phase (C∆) gihatag ingon;

$C_\Delta = \frac{Q_C}{\omega V_P^2} = \frac{Q_C}{\omega V_L^2}$

Bank sa Capacitor nga Giconnect sa Star

Ang diagram sa sirkwito sa ubos nagpakita sa bank sa capacitor nga giconnect sa star pinaagi sa tulo ka phase load.

Bank sa Capacitor nga Giconnect sa Star

Sa koneksyon sa star, ang relasyon tali sa voltage sa phase (VP) ug voltage sa line (VL) mao kini;

$V_P = \frac{1}{\sqrt{3}} V_L$

Ang kapasidad sa bawat phase (CY) gihatag as;

$C_Y = \frac{Q_C}{\omega V_P^2} = \frac{Q_C}{\omega (\frac{V_L}{\sqrt{3}})^2} = \frac{3Q_C}{\omega V_L^2}$

Gikan sa ubang equations;

$C_Y = 3 C_\Delta$

Nahimong ang kapasidad nga gikinahanglan sa star connection mao ang tulo ka beses sa kapasidad nga gikinahanglan sa delta connection. Ug usab, ang operating phase voltage mao ang 1/√3 ka beses sa line voltage.

Busa, ang delta-connected capacitor bank mao ang maayo nga diseno ug kini ang rason, sa usa ka three-phase connection, ang delta-connected capacitor bank adunay daghan nga gigamit sa network.

Power Factor Correction using Synchronous Condenser

Kung ang synchronous motor mobati og overexcited, gitangtang niini ang leading current ug nagpakita isip kapasador. Ang over-excited synchronous motor nga nag-operate sa no-load condition gitawag isip synchronous condenser.

Kini nga tipo sa makina kon gitugotan nga magpadulong sa supply, gi-dawaton nia ang leading current. Ug gibutangan nia sa maayo ang power factor sa sistema. Ang diagrama sa koneksyon sa synchronous condenser sa supply sama sa mosunod nga figura.

power factor correction using synchronous condenser

Pagbutang sa Maayo sa Power Factor Gamit ang Synchronous Condenser

Kon ang load adunay reactive component, gi-dawaton nia ang lagging current gikan sa sistema. Aron mobati ang current, gigamit kining device aron madawaton ang leading current.

synchronous condenser phasor diagram

Phasor Diagram sa Synchronous Condenser

Bago matugotan ang synchronous condenser, ang current nga gi-dawaton gikan sa load mao ang IL ug ang power factor mao ang фL.

Kon matugotan na ang synchronous condenser, gi-dawaton nia ang current Im. Sa kini nga kondisyon, ang resulta nga current mao ang I ug ang power factor mao ang фm.

Gikan sa phasor diagram, mahimo nimong pagkumparan ang duha ka power factor angles (фL ug фm). Ug фm mas gamay kay sa фL. Taliha, ang cosфm mas dako kay sa cosфL.

Kini nga tipo sa pamaagi sa pagbutang sa maayo sa power factor gigamit sa mga bulk supply stations tungod sa sumala nga mga advantage.

Ang kadak-an sa kuryente nga gipangutana sa motor mahimong mag-usab pinaagi sa pagbag-o sa field excitation.
Dali ra ang pagkuha sa mga sayop nga mogamit sa sistema.
Ang termal nga estabilidad sa winding sa motor maoy taas. Kini mao ang iskedyul nga sistema alang sa short circuit currents.

Phase Advancer

Ang induction motor nagpangutana og reactive current tungod sa excitation current. Kon adunay usa ka lahi nga pinabilin aron mopuyo sa excitation current, ang stator winding walay excitation current. Ug ang power factor sa motor mahimo molambo.

Kini nga arrangement mahimo pinaagi sa paggamit sa phase advancer. Ang phase advancer mao ang simple nga AC exciter nga gi-install sa sama nga shaft sa motor ug gigikonekta sa rotor circuit sa motor.

Ipaghatag kini og excitation current sa rotor circuit sa slip frequency. Kon mobag-o ka og daghan pa sa kinahanglan, ang induction motor mahimo molambo sa leading power factor.

Ang unang disadvantage sa phase advancer mao ang dili ekonomiko para sa small size motor, lalo na sa duol sa 200 HP.

Active Power Factor Correction

Ang active power factor correction naghatag og mas efektibo nga control sa power factor. Kasagaran, gigamit kini sa design sa power supply para sa higayon sa 100W.

Kini nga tipo sa power factor correction circuit nagsangpot sa high-frequency switching elements sama sa diode, SCR (power electronics switches). Kini nga mga elements mao ang active elements. Tungod niini, ang metodo mao ang gitawagon nga Active power factor correction method.

Sa passive power factor correction, ang mga reactive elements sama sa capacitor ug inductor nga gigamit sa circuit wala mogamit og control. Tungod kay ang passive power factor correction circuit wala mogamit og control unit ug switching elements.

Tungod sa high switching elements ug control unit nga gigamit sa circuit, ang cost ug complexity sa circuit mahimong madugdugan kon ikumpara sa passive power factor correction circuit.

Ang sumala nga circuit diagram nagpakita sa basic elements sa active power factor correction circuit.

aktibo nga pagkorek sa faktor sa kapangyarihan

Aktibo nga Pagkorek sa Faktor sa Kapangyarihan

Arin ang kontrolon ang mga parametro sa sirkito, gigamit ang yunit sa kontrol sa sirkito. Iya kini nagasurol sa input voltage ug current. Ug iya kini nagadjust sa switching time ug duty cycle sa phase voltage ug current.

Ang inductor L gikontrol pinaagi sa solid-state switch Q. Ang yunit sa kontrol gigamit aron kontrolon (ON ug OFF) ang solid-state switch Q.

Kon ang switch adunay ON, ang current sa inductor madaghan pinaagi sa ∆I+. Ang voltage sa inductor magbaliktad og polarity ug irelease aron makapuyo og energy pinaagi sa diode D1 sa load.

Kon ang switch adunay OFF, ang current sa inductor mobag-o pinaagi sa ∆I–. Ang total na pagbag-o sa usa ka cycle mao ang ∆I = ∆I+ – ∆I–. Ang ON ug OFF time sa switch gikontrol pinaagi sa yunit sa kontrol pinaagi sa pagbag-o sa duty cycle.

Pinaagi sa maayo nga pagpili sa duty cycle, mahimo nato makakuha sa gipasabot nga hugpong sa current sa load.

Kamuno sa Pagkorek sa Faktor sa Kapangyarihan?

Arin ang kamuno sa pagkorek sa faktor sa kapangyarihan, kinahanglan nato mogamit sa requirement sa reactive power (KVAR). Ug ikonekta nato ang sukdanan sa capacitance sa sistema aron mapasabot ang demand sa reactive power.

Adunay duha ka paagi sa pagkuha sa requirement sa KVAR.

Table Multiplier Method
Calculation Method

Bisan asa ang ngalan, sa table multiplier method, mahimo nato direkta nga makita ang multiplier constant gikan sa table. Mahimo nato direkta nga makita ang required KVAR pinaagi sa pagmultiply sa constant sa input power.

table multiplier method

Pamala-an sa Pagsulay sa Multiplier

Sa paraan sa pagkalkula, kinahanglan nato mokalkula ang multiplier sama sa mosunod nga ehempiyo.

Ehempiyo:

Ang 10-kW na induction motor adunay power factor nga 0.71 lagging. Kon kini nga motor gigikanonon nga mogana sa power factor nga 0.92, asa ang laki sa capacitor?

Input Power = 10kW
Actual Power Factor (cos фA) = 0.71
Required Power Factor (cos фR) = 0.92

$\cos \phi_1 = 0.71 \Rightarrow \phi_1 = \cos^{-1} 0.71$

$\phi_1 = 44.765^\circ$

$\cos \phi_2 = 0.92 \Rightarrow \phi_1 = \cos^{-1} 0.9$

$\phi_2 = 23.073^\circ$

$\tan \phi_1 = \tan (44.765^\circ) = 0.9918$

$\tan \phi_2 = \tan (23.073^\circ) = 0.4259$

$Multiplier \, Constant = 0.9918-0.4259 = 0.5658$

Gikinahanglan nga KVAR = Input Power x Multiplier Constant

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Bisaning gitana, ang 5.658 KVAR reaktibo nga kapangyarihan ang gikinahanglan aron mapabulag ang power factor tikang sa 0.71 hangtod sa 0.92. Ug ang capacitor nga gisulod sa sistema adunay capacitance nga 5.658 KVAR.

Paggamit sa Power Factor Correction

Sa usa ka network sa power system, ang power factor ang naglakip sa pinaka importante nga papel sa kalidad ug pagbuhat sa sistema. Ito ang magtumong sa epektibidad sa power supply.

Tungod kay wala'y power factor correction, ang load adunay mataas nga magnitud nga kuryente gikan sa source. Ito ang mag-inusara sa mga sayop ug cost sa electric energy. Ang PFC equipment naghunahuna nga mopareha ang current ug voltage waveform. Ito ang magpadako sa epektibidad sa sistema.
Sa transmission network, mahimong kinahanglan ang taas nga power factor. Tungod kay taas nga power factor, ang mga sayop sa transmission line mabawasan ug maayo ang voltage regulation.
Ang induction motor usa ka gamiton nga makita sa industriya. Aron malihok ang sobrang init ug mapadako ang epektibidad sa motor, ang capacitors gigamit aron mapabag-o ang epekto sa reaktibo nga kapangyarihan.
Ang PFC equipment nagbawas sa heat generation sa cables, switchgear, alternator, transformers, ug uban pa.
Tungod kay taas nga epektibidad sa network, lisud ang pag-generate og mas daghan nga energy. Ito ang magbawas sa carbon emission sa atmospera.
Ang voltage drop mabawasan pinaagi sa paggamit sa PFC equipment sa sistema.

Pahayag: Respetar ang orihinal, ang mga maayo nga artikulo ang nagpapahayag, kon may infraccion mangyari kontakto para iburon.

Maghatag og tip ug pagsalig sa author

Mga Paksa:

Sistema sa Pwerha

Transmision

Mahitungod sa mga eksperto

Electrical4u

China

Larangan nga Eskperto

Basic Electrical

Artikulo nga Profesyonale

607