Koreksyon ng Power Factor: Ano ito? (Pormula, Sirkwito at Bangko ng Kapasitor)

Larangan: Pangunahing Elektrikal

China

ano ang power factor correction

Ano ang Power Factor Correction?

Ang koreksyon ng power factor (kilala rin bilang PFC o Pagpapabuti ng Power Factor) ay isang teknik na ginagamit upang mapabuti ang power factor ng mga circuit na AC sa pamamagitan ng pagbabawas ng reactive power na naroroon sa circuit. Ang layunin ng mga teknik ng koreksyon ng power factor ay mapataas ang epektibidad ng circuit at bawasan ang current na inilolok ng load.

Kadalasang ginagamit ang mga kapasitor at synchronous motors sa mga circuit upang mabawasan ang mga inductive elements (at kaya naman ang reactive power). Ang mga teknik na ito ay hindi ginagamit upang mapalaki ang halaga ng tunay na power, kundi upang mabawasan lamang 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 pinakaepektibong halaga ng power factor ay nasa pagitan ng 0.9 hanggang 0.95.

Ngayon, ang tanong ay, bakit ang epektibong halaga ng power factor ay 0.95 hindi ang unity power factor? Mayroon ba itong anumang disadvantage ang unity power factor?

HINDI. Walang anumang disadvantage ang unity power factor. Ngunit mahirap at mahal ang pagsasagawa ng unity PFC equipment.

Kaya, ang mga utility at power supply companies ay sinusubukan na gawing nasa range ng 0.9 hanggang 0.95 ang power factor upang makabuo ng isang 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 mas mababa pa ang power factor sa 0.8. At ito ay naglologo ng mas maraming current mula sa source.

Ang kagamitang pang-koreksyon ng power factor ay nagbabawas ng mga inductive elements at current na inilolok mula sa source. Ito ay nagresulta sa isang epektibong sistema at nagpapahintulot na maiwasan ang pagkawala ng electrical energy.

Bakit Kailangan ang Power Factor Correction?

Sa mga DC circuit, ang power na dissipated ng load ay simpleng nakalkula sa pamamagitan ng pagpaparami ng voltage at current. At ang current ay proporsyonal sa isinagawang voltage. Kaya, ang power dissipation ng resistive load ay linear.

Sa mga AC circuit, ang voltage at current ay sinusoidal waves. Kaya, ang magnitude at direksyon ay patuloy na nagbabago. Sa partikular na instant ng oras, ang power na dissipated ay isang multiplication ng voltage at current sa iyon.

Kung mayroong AC circuit na may inductive loads tulad ng; winding, chowk coils, solenoid, transformer; ang current ay out of phase sa voltage. Sa kondisyon na ito, ang aktwal na power na dissipated ay mas mababa kaysa sa product ng voltage at current.

Dahil sa non-linear elements sa AC circuits, ito ay naglalaman ng parehong resistance at reactance. Kaya, sa kondisyong ito, ang phase difference ng current at voltage ay mahalaga habang nakakalkula ng power.

Para sa pure resistive load, ang voltage at currents ay nasa phase. Ngunit para sa inductive load, ang current ay lagging behind sa voltage. At ito ay lumilikha ng inductive reactance.

Sa kondisyong ito, ang power factor correction ay pinakamahalaga upang bawasan ang epekto ng inductive element at mapabuti ang power factor upang tumaas ang efficiency ng sistema.

Power Factor Correction Formula

Isaalang-alang ang isang inductive load na konektado sa sistema at gumagana sa power factor cosф1. Upang mapabuti ang power factor, kailangan nating ikonekta ang power factor correction equipment sa parallel sa load.

Ang circuit diagram ng arrangement na ito ay ipinapakita sa ibaba.

power factor correction example

Ang capacitor ay nagbibigay ng leading reactive component at nagsasabatas ng epekto ng lagging reactive component. Bago i-attach ang capacitor, ang load current ay IL.

Ang capacitor ay kumukuha ng IC na kasalukuyang nangunguna sa voltage ng 90˚. At ang resulta ng kasalukuyan ng sistema ay Ir. Ang anggulo sa pagitan ng voltage V at IR ay bawas kumpara sa anggulo sa pagitan ng V at IL. Kaya, ang power factor cosф2 ay napatataas.

power factor correction phasor diagram

Power Factor Correction Phasor Diagram

Mula sa itaas na phaser diagram, ang lagging component ng sistema ay nabawasan. Kaya, upang baguhin ang power factor mula ф1 hanggang ф2, ang load current ay nabawasan ng 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 ng kondensador upang mapabuti ang power factor ay;

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

Power Factor Correction Circuit

Ang mga teknik sa pagpapabuti ng power factor ay karaniwang gumagamit ng kondensador o bank ng kondensador at synchronous condenser. Ayon sa kagamitan na ginagamit upang mapabuti ang power factor, may tatlong paraan;

Bank ng Kondensador
Synchronous Condenser
Phase Advancer

Power Factor Correction using Capacitor Bank

Ang kondensador o bank ng kondensador maaaring ikonekta bilang fixed o variable value capacitance. Ito ay ikonekta sa induction motor, distribution panel, o main supply.

Ang capacitor na may fixed value ay naka-ugnay patuloy sa sistema. Ang variable value capacitance ay nagbabago ng halaga ng KVAR ayon sa pangangailangan ng sistema.

Para sa pagwawasto ng power factor, ginagamit ang capacitor bank para ma-ugnay sa load. Kung ang load ay isang three-phase load, maaaring i-ugnay ang capacitor bank bilang star at delta connection.

Delta Connected Capacitor Bank

Ang sumusunod na circuit diagram ay nagpapakita ng delta connected capacitor bank kasama ang three-phase load.

delta connected capacitor bank

Delta Connected Capacitor Bank

Hayaan nating hanapin ang equation ng capacitor per phase kapag ito ay naka-ugnay sa delta connection. Sa delta connection, ang phase voltage (VP) at line voltage (VL) ay magkapareho.

$V_P = V_L$

Ang capacitance per phase (C∆) ay ibinibigay bilang;

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

Bangko ng Capacitor na Nakakonekta sa Star

Ang sumusunod na diagrama ng sirkwito ay nagpapakita ng bangko ng capacitor na nakakonekta sa star na may tatlong-phase na load.

Bangko ng Capacitor na Nakakonekta sa Star

Sa koneksyon ng star, ang relasyon sa pagitan ng phase voltage (VP) at line voltage (VL) ay;

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

Ang kapasidad kada phase (CY) ay ibinibigay bilang;

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

Mula sa mga ito na equations;

$C_Y = 3 C_\Delta$

Ito ang nangangahulugan na ang kapasidad na kinakailangan sa star connection ay tatlong beses ang kapasidad na kinakailangan sa delta connection. At gayundin, ang operating phase voltage ay 1/√3 beses ang line voltage.

Kaya, ang delta-connected capacitor bank ay isang magandang disenyo at dahil dito, sa three-phase connection, ang delta-connected capacitor bank ang mas lalong ginagamit sa network.

Korreksyon ng Power Factor gamit ang Synchronous Condenser

Kapag ang synchronous motor ay overexcited, ito ay kumukuha ng leading current at gumagana bilang isang capacitor. Ang over-excited synchronous motor na tumatakbo sa no-load condition ay kilala bilang synchronous condenser.

Kapag ang uri ng makina na ito ay konektado sa paralelo sa suplay, ito ay kumukuha ng leading current. At nagpapabuti ng power factor ng sistema. Ang diagrama ng koneksyon ng synchronous condenser sa suplay ay ipinapakita sa larawan sa ibaba.

power factor correction using synchronous condenser

Pagsasama ng Power Factor Gamit ang Synchronous Condenser

Kapag ang load ay may reactive component, ito ay kumukuha ng lagging current mula sa sistema. Upang mapantayan ang current, ginagamit ang device na ito upang kumuha ng leading current.

synchronous condenser phasor diagram

Diagrama ng Phasor ng Synchronous Condenser

Bago ang synchronous condenser ay konektado, ang current na kinukuha ng load ay IL at ang power factor ay фL.

Kapag ang synchronous condenser ay konektado, ito ay kumukuha ng current Im. Sa kondisyong ito, ang resultante na current ay I at ang power factor ay фm.

Mula sa phasor diagram, maaari nating ikumpara ang parehong power factor angles (фL at фm). At фm ay mas maliit kaysa фL. Kaya, ang cosфm ay mas malaki kaysa cosфL.

Ang uri ng pamamaraan ng pagpapabuti ng power factor na ito ay ginagamit sa bulk supply stations dahil sa mga sumusunod na mga benepisyo.

Ang kalakihan ng kuryente na inilalabas ng motor ay binabago sa pamamagitan ng pagbabago ng field excitation.
Madali itong alamin at tanggalin ang mga kaputol na nangyayari sa sistema.
Ang thermal stability ng motor winding ay mataas. Dahil dito, ito ay isang maasahang sistema para sa short circuit currents.

Phase Advancer

Ang induction motor ay naglalabas ng reactive current dahil sa excitation current. Kung ang isa pang pinagmulan ay ginagamit upang magbigay ng excitation current, ang stator winding ay malaya mula sa excitation current. At ang power factor ng motor ay maaaring mapabuti.

Maaaring gawin ang ganitong arrangement gamit ang phase advancer. Ang phase advancer ay isang simple na AC exciter na nakaposisyon sa parehong shaft ng motor at konektado sa rotor circuit ng motor.

Ito ay nagbibigay ng excitation current sa rotor circuit sa slip frequency. Kung ibibigay mo ang higit pa sa kinakailangang exciter current, maaaring i-operate ang induction motor sa leading power factor.

Ang tanging diwadili ng phase advancer ay hindi ito ekonomikal para sa maliliit na motor, lalo na sa ibaba ng 200 HP.

Active Power Factor Correction

Ang active power factor correction ay nagbibigay ng mas epektibong kontrol sa power factor. Karaniwan itong ginagamit sa disenyo ng power supply para sa higit sa 100W.

Ang ganitong uri ng power factor correction circuit ay binubuo ng high-frequency switching elements tulad ng diode, SCR (power electronics switches). Ang mga elementong ito ay aktibong elements. Dahil dito, tinatawag itong Active power factor correction method.

Sa passive power factor correction, ang mga reactive elements tulad ng capacitor at inductor na ginagamit sa circuit ay walang kontrol. Dahil ang passive power factor correction circuit ay hindi gumagamit ng anumang control unit at switching elements.

Dahil sa high switching elements at control unit na ginagamit sa circuit, ang cost at complexity ng circuit ay tumaas kumpara sa passive power factor correction circuit.

Ang sumusunod na circuit diagram ay nagpapakita ng basic elements ng isang active power factor correction circuit.

aktibong koreksyon ng power factor

Aktibong Koreksyon ng Power Factor

Para kontrolin ang mga parametro ng sirkwit, ginagamit ang isang control unit sa sirkwit. Ito ay sumusukat ng input voltage at current. At ito ay aayusin ang switching time at duty cycle sa phase voltage at current.

Ang inductor L ay pinapatakbo ng solid-state switch Q. Ginagamit ang control unit para kontrolin (ON at OFF) ang solid-state switch Q.

Kapag naka-ON ang switch, tataas ang current ng inductor ng ∆I+. Ang voltage sa ibabaw ng inductor ay magbabago ng polarity at ililipat ang enerhiya sa pamamagitan ng diode D1 patungo sa load.

Kapag naka-OFF ang switch, bababa ang current ng inductor ng ∆I–. Ang kabuuang pagbabago sa loob ng isang siklo ay ∆I = ∆I+ – ∆I–. Ang ON at OFF time ng switch ay pinapatakbo ng control unit sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle.

Sa tamang pagpili ng duty cycle, maaari nating makamit ang kinakailangang hugis ng current patungo sa load.

Kung Paano Sizing ng Power Factor Correction?

Upang sizing ang power factor correction, kailangan nating kalkulahin ang pangangailangan ng reactive power (KVAR). At iko-connect natin ang laki ng capacitance sa sistema upang matugunan ang demand ng reactive power.

Mayroong dalawang paraan upang malaman ang pangangailangan ng KVAR.

Table Multiplier Method
Calculation Method

Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, sa table multiplier method, maaari nating direkta na makuha ang multiplier constant mula sa isang talahanayan. Maaari nating direkta na makuha ang kinakailangang KVAR sa pamamagitan ng pagsasama ng constant sa input power.

table multiplier method

Para sa Paraan ng Multiplier ng Table

Sa paraan ng pagkalkula, kailangan nating kalkulahin ang multiplier tulad ng ipinapakita sa halimbawa sa ibaba.

Halimbawa:

Ang 10-kW na induction motor ay may power factor na 0.71 lagging. Kung kailangan nating patakbuhin ang motor na ito sa power factor na 0.92, ano ang laki ng capacitor?

Input Power = 10kW
Tunay na Power Factor (cos фA) = 0.71
Kinakailangang Power Factor (cos фR) = 0.92

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

Kinakailangang KVAR = Input Power x Multiplier Constant

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Dahil dito, ang 5.658 KVAR na reactive power ay kinakailangan upang mapabuti ang power factor mula sa 0.71 hanggang 0.92. At ang capacitor na konektado sa sistema ay may capacitance na 5.658 KVAR.

Mga Application ng Power Factor Correction

Sa isang network ng power system, ang power factor ay naglalarawan ng pinakamahalagang papel sa kalidad at pamamahala ng sistema. Ito ay nagpapasya sa epektibidad ng power supply.

Kung walang power factor correction, ang load ay kumukuha ng mataas na magnitude ng current mula sa source. Ito ay nagpapataas ng mga pagkawala at gastos ng electric energy. Ang PFC equipment ay sinusubukan na gawing in phase ang current at voltage waveform. Ito ay magpapataas ng epektibidad ng sistema.
Sa transmission network, kinakailangan ang mataas na power factor. Dahil sa mataas na power factor, ang mga pagkawala ng transmission line ay bumababa at nagpapabuti ng voltage regulation.
Ang induction motor ay malawakang ginagamit na equipment sa industriya. Upang iwasan ang sobrang init at mapabuti ang epektibidad ng motor, ang mga capacitors ay ginagamit upang bawasan ang epekto ng reactive power.
Nagbabawas ang PFC equipment ng paggawa ng init sa cables, switchgear, alternator, transformers, atbp.
Dahil sa mataas na epektibidad ng network, mas kaunti ang kailangang buksan na enerhiya. Ito ay nagbawas ng carbon emission sa atmospera.
Nagbabawas ang voltage drop sa pamamagitan ng paggamit ng PFC equipment sa sistema.

Pahayag: Respeto sa original, mabubuting artikulo na karapat-dapat na ibahagi, kung may infringement pakiusap ilipat.

Magbigay ng tip at hikayatin ang may-akda!

Mga Paksa:

Sistema ng Paggamit ng Kapangyarihan

Pamamahagi ng Kuryente

Tungkol sa mga eksperto

Electrical4u

China

Larangan ng kahusayan

Basic Electrical

Artikulong Propesyonナル専门文章

607