Pembaikan Faktor Kuasa: Apakah itu? (Formula, Litar Dan Bank Kapasitor)

Medan: Elektrik Asas

China

apakah koreksi faktor kuasa

Apakah Koreksi Faktor Kuasa?

Koreksi faktor kuasa (juga dikenali sebagai PFC atau Perbaikan Faktor Kuasa) ditakrifkan sebagai teknik yang digunakan untuk meningkatkan faktor kuasa litar AC dengan mengurangkan kuasa reaktif yang terdapat dalam litar tersebut. Teknik koreksi faktor kuasa bertujuan untuk meningkatkan kecekapan litar dan mengurangkan arus yang diambil oleh beban.

Secara umumnya, kapasitor dan motor sinkron digunakan dalam litar untuk mengurangkan unsur-unsur induktif (dan seterusnya kuasa reaktif). Teknik-teknik ini tidak digunakan untuk meningkatkan jumlah kuasa sebenar, hanya untuk mengurangkan kuasa nampak.

Dengan kata lain, ia mengurangkan perbezaan fasa antara voltan dan arus. Jadi, ia cuba untuk mengekalkan faktor kuasa hampir kepada satu. Nilai ekonomi paling sesuai bagi faktor kuasa adalah antara 0.9 hingga 0.95.

Sekarang timbul soalan, mengapa nilai ekonomi faktor kuasa adalah 0.95 bukannya faktor kuasa satu? Adakah ada kerugian apabila faktor kuasa satu?

TIADA. Tiada kerugian tunggal bagi faktor kuasa satu. Tetapi, sukar dan mahal untuk memasang peralatan PFC satu.

Oleh itu, syarikat utiliti dan bekalan kuasa cuba membuat faktor kuasa dalam julat 0.9 hingga 0.95 untuk menjadikan sistem ekonomi. Dan julat ini cukup baik untuk sistem kuasa.

Jika litar AC mempunyai beban induktif yang tinggi, faktor kuasa mungkin berada di bawah 0.8. Dan ia mengambil lebih banyak arus dari sumber.

Peralatan koreksi faktor kuasa mengurangkan unsur-unsur induktif dan arus yang diambil dari sumber. Ini menghasilkan sistem yang lebih cekap dan mencegah hilangnya tenaga elektrik.

Mengapa Koreksi Faktor Kuasa Diperlukan?

Dalam litar DC, kuasa yang diserap oleh beban dihitung dengan mudah dengan menggandakan voltan dan arus. Dan arus itu berbanding lurus dengan voltan yang dikenakan. Oleh itu, penggunaan kuasa oleh beban rintangan adalah linear.

Dalam litar AC, voltan dan arus adalah gelombang sinus. Oleh itu, magnitud dan arahnya berubah secara berterusan. Pada masa tertentu, kuasa yang diserap adalah hasil darab voltan dan arus pada masa tersebut.

Jika litar AC mempunyai beban induktif seperti; pembungkusan, kumparan chowk, solenoid, transformer; arus tidak sefase dengan voltan. Dalam keadaan ini, kuasa sebenar yang diserap kurang daripada hasil darab voltan dan arus.

Disebabkan unsur-unsur bukan linear dalam litar AC, ia mengandungi kedua-dua rintangan dan reaktans. Oleh itu, dalam keadaan ini, perbezaan fasa antara arus dan voltan penting semasa mengira kuasa.

Untuk beban rintangan murni, voltan dan arus adalah sefase. Tetapi untuk beban induktif, arus tertinggal di belakang voltan. Dan ini mencipta reaktans induktif.

Dalam keadaan ini, pembetulan faktor kuasa sangat diperlukan untuk mengurangkan kesan unsur induktif dan meningkatkan faktor kuasa untuk meningkatkan kecekapan sistem.

Rumus Pembetulan Faktor Kuasa

Anggaplah beban induktif terhubung dengan sistem dan beroperasi pada faktor kuasa cosф1. Untuk meningkatkan faktor kuasa, kita perlu menghubungkan peralatan pembetulan faktor kuasa secara selari dengan beban.

Rajah litar susunan ini ditunjukkan dalam gambar rajah di bawah.

contoh pembetulan faktor kuasa

Kapasitor menghasilkan komponen reaktif yang mendahului dan mengurangi pengaruh komponen reaktif yang tertinggal. Sebelum kapasitor dihubungkan, arus beban adalah IL.

Kapasitor mengambil arus IC yang mendahului voltan sebanyak 90˚. Dan arus hasil sistem adalah Ir. Sudut antara voltan V dan IR berkurang dibandingkan sudut antara V dan IL. Oleh itu, faktor kuasa cosф2 ditingkatkan.

power factor correction phasor diagram

Rajah Fasa Pembetulan Faktor Kuasa

Dari rajah fasa di atas, komponen tertinggal sistem dikurangkan. Oleh itu, untuk mengubah faktor kuasa dari ф1 ke ф2, arus beban dikurangkan oleh IRsinф2.

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

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

Kapasitansi kapasitor untuk meningkatkan faktor kuasa adalah;

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

Litar Pembetulan Faktor Kuasa

Teknik pembetulan faktor kuasa kebanyakannya menggunakan kapasitor atau bank kapasitor dan kondenser sinkron. Mengikut peralatan yang digunakan untuk membetulkan faktor kuasa, terdapat tiga kaedah;

Bank Kapasitor
Kondenser Sinkron
Penggerak Fasa

Pembetulan Faktor Kuasa menggunakan Bank Kapasitor

Kapasitor atau bank kapasitor boleh disambungkan sebagai nilai kapasitansi tetap atau berubah. Ia disambungkan ke motor induksi, panel pengagihan, atau bekalan utama.

Kapasitor nilai tetap disambungkan secara berterusan dengan sistem. Kapasitansi nilai berubah mengubah jumlah KVAR mengikut keperluan sistem.

Untuk pembetulan faktor kuasa, bank kapasitor digunakan untuk disambungkan dengan beban. Jika beban adalah beban tiga fasa, bank kapasitor boleh disambungkan sebagai sambungan bintang dan delta.

Bank Kapasitor Sambungan Delta

Rajah litar di bawah menunjukkan bank kapasitor sambungan delta dengan beban tiga fasa.

delta connected capacitor bank

Bank Kapasitor Sambungan Delta

Mari kita cari persamaan kapasitor setiap fasa apabila ia disambungkan dalam sambungan delta. Dalam sambungan delta, voltan fasa (VP) dan voltan garis (VL) adalah sama.

$V_P = V_L$

Kapasitansi setiap fasa (C∆) diberikan sebagai;

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

Bank Kapasitor Bersambung Bintang

Rajah litar di bawah menunjukkan bank kapasitor bersambung bintang dengan beban tiga fasa.

Bank Kapasitor Bersambung Bintang

Dalam sambungan bintang, hubungan antara voltan fasa (VP) dan voltan garis (VL) adalah;

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

Kapasitans setiap fasa (CY) diberikan sebagai;

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

Dari persamaan di atas;

$C_Y = 3 C_\Delta$

Ini bermaksud bahawa kapasitans yang diperlukan dalam sambungan bintang adalah tiga kali kapasitans yang diperlukan dalam sambungan delta. Dan juga, voltan fasa operasi adalah 1/√3 kali voltan garis.

Oleh itu, bank kapasitor yang disambungkan secara delta adalah reka bentuk yang baik dan itulah sebabnya, dalam sambungan tiga fasa, bank kapasitor yang disambungkan secara delta lebih sering digunakan dalam rangkaian.

Pembetulan Faktor Kuasa menggunakan Kondenser Sinkron

Apabila motor sinkron terlalu dibebankan, ia mengambil arus memimpin dan bertindak seperti kapasitor. Motor sinkron yang terlalu dibebankan berjalan dalam keadaan tanpa beban dikenali sebagai kondenser sinkron.

Apabila jenis mesin ini dihubungkan secara selari dengan bekalan, ia mengambil arus yang mendahului. Dan meningkatkan faktor kuasa sistem. Rajah sambungan kondenser sinkron dengan bekalan ditunjukkan dalam gambar di bawah.

power factor correction using synchronous condenser

Pembetulan Faktor Kuasa menggunakan Kondenser Sinkron

Apabila beban mempunyai komponen reaktif, ia menarik arus yang tertinggal dari sistem. Untuk menetralkan arus, peranti ini digunakan untuk mengambil arus yang mendahului.

synchronous condenser phasor diagram

Rajah Fasa Kondenser Sinkron

Sebelum kondenser sinkron dihubungkan, arus yang ditarik oleh beban adalah IL dan faktor kuasa adalah фL.

Apabila kondenser sinkron dihubungkan, ia mengambil arus Im. Dalam keadaan ini, arus hasilnya adalah I dan faktor kuasa adalah фm.

Dari rajah fasa, kita boleh membandingkan kedua-dua sudut faktor kuasa (фL dan фm). Dan фm adalah kurang daripada фL. Oleh itu, cosфm adalah lebih besar daripada cosфL.

Metod pembetulan faktor kuasa jenis ini digunakan di stesen bekalan bulan kerana kelebihan-kelebihan berikut.

Kuasa arus yang diambil oleh motor berubah dengan mengubah pembebanan medan.
Adalah mudah untuk menghapuskan kerosakan yang berlaku dalam sistem.
Kestabilan termal lilitan motor adalah tinggi. Oleh itu, ia adalah sistem yang boleh dipercayai untuk arus pendek sementara.

Penggerak Fasa

Motor induksi menarik arus reaktif disebabkan oleh arus pembebanan. Jika sumber lain digunakan untuk menyediakan arus pembebanan, lilitan stator bebas daripada arus pembebanan. Dan faktor kuasa motor boleh ditingkatkan.

Susunan ini boleh dilakukan dengan menggunakan penggerak fasa. Penggerak fasa adalah sebuah pembeban AC yang mudah dipasang pada poros yang sama dengan motor dan disambungkan dengan litar rotor motor.

Ia menyediakan arus pembebanan kepada litar rotor pada frekuensi slip. Jika anda memberikan lebih banyak arus pembebanan daripada yang diperlukan, motor induksi boleh dioperasikan pada faktor kuasa yang memimpin.

Satu-satunya kelemahan penggerak fasa adalah ia tidak ekonomi untuk motor saiz kecil, terutamanya di bawah 200 HP.

Penyelarasan Faktor Kuasa Aktif

Penyelarasan faktor kuasa aktif memberikan kawalan faktor kuasa yang lebih cekap. Secara umumnya, ia digunakan dalam reka bentuk bekalan kuasa untuk lebih daripada 100W.

Jenis litar penyelarasan faktor kuasa ini terdiri daripada elemen penukaran frekuensi tinggi seperti diod, SCR (pemintas elektronik kuasa). Elemen-elemen ini adalah elemen aktif. Oleh itu, kaedah ini dinamakan kaedah penyelarasan faktor kuasa aktif.

Dalam penyelarasan faktor kuasa pasif, elemen-elemen reaktif seperti kapasitor dan induktor yang digunakan dalam litar adalah tidak dikawal. Kerana litar penyelarasan faktor kuasa pasif tidak menggunakan sebarang unit kawalan dan elemen penukaran.

Disebabkan elemen-elemen penukaran frekuensi tinggi dan unit kawalan yang digunakan dalam litar, kos dan kekompleksan litar meningkat berbanding dengan litar penyelarasan faktor kuasa pasif.

Gambar rajah litar di bawah menunjukkan elemen-elemen asas litar penyelarasan faktor kuasa aktif.

penyelarasan faktor kuasa aktif

Penyelarasan Faktor Kuasa Aktif

Untuk mengawal parameter litar, unit kawalan digunakan dalam litar. Ia mengukur voltan dan arus input. Dan ia menyesuaikan masa pemutaran dan kitaran tugas dalam voltan dan arus fasa.

Induktor L dikawal oleh switch pepejal Q. Unit kawalan digunakan untuk mengawal (HIDUP dan MATI) switch pepejal Q.

Apabila switch dinyalakan, arus induktor meningkat sebanyak ∆I+. Voltan di seberang induktor berubah polariti dan melepaskan tenaga yang terkumpul melalui diod D1 ke beban.

Apabila switch dimatikan, arus induktor berkurang sebanyak ∆I–. Perubahan total semasa satu kitaran adalah ∆I = ∆I+ – ∆I–. Masa HIDUP dan MATI switch dikawal oleh unit kawalan dengan mengubah kitaran tugas.

Dengan pemilihan kitaran tugas yang tepat, kita boleh mendapatkan bentuk arus yang diinginkan ke beban.

Bagaimana Menentukan Saiz Penyelarasan Faktor Kuasa?

Untuk menentukan saiz penyelarasan faktor kuasa, kita perlu mengira keperluan daya reaktif (KVAR). Dan kita sambungkan kapasitansi yang bersaiz tersebut dengan sistem untuk memenuhi permintaan daya reaktif.

Terdapat dua cara untuk mencari keperluan KVAR.

Kaedah Pengganda Jadual
Kaedah Pengiraan

Seperti namanya, dalam kaedah pengganda jadual, kita boleh secara langsung mencari pemalar pengganda dari jadual. Kita boleh secara langsung mencari KVAR yang diperlukan dengan mendarab pemalar tersebut dengan daya input.

table multiplier method

Kaedah Multiplikator Jadual

Dalam kaedah pengiraan, kita perlu mengira multiplikator seperti yang ditunjukkan dalam contoh berikut.

Contoh:

Motor induksi 10-kW mempunyai faktor kuasa 0.71 lagging. Jika kita perlu menjalankan motor ini pada faktor kuasa 0.92, berapakah saiz kapasitor yang diperlukan?

Kuasa Input = 10kW
Faktor Kuasa Sebenar (cos фA) = 0.71
Faktor Kuasa Diperlukan (cos фR) = 0.92

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

KVAR yang diperlukan = Kuasa Input x Pemalar Pengganda

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Oleh itu, kuasa reaktif 5.658 KVAR diperlukan untuk meningkatkan faktor kuasa dari 0.71 ke 0.92. Dan kapasitor yang disambungkan dengan sistem mempunyai kapasitans 5.658 KVAR.

Aplikasi Koreksi Faktor Kuasa

Dalam rangkaian sistem kuasa, faktor kuasa memainkan peranan yang paling penting dalam kualiti dan pengurusan sistem. Ia menentukan kecekapan bekalan kuasa.

Tanpa koreksi faktor kuasa, beban mengambil arus magnitud tinggi dari sumber. Ini meningkatkan kerugian dan kos tenaga elektrik. Perkakasan PFC cuba membuat gelombang arus dan voltan sefase. Ini akan meningkatkan kecekapan sistem.
Dalam rangkaian penghantaran, faktor kuasa yang tinggi adalah perlu. Disebabkan faktor kuasa yang tinggi, kerugian garis penghantaran berkurang dan meningkatkan peraturan voltan.
Motor induksi adalah peralatan yang digunakan secara meluas di industri. Untuk mengelakkan panas berlebihan dan meningkatkan kecekapan motor, kapasitor digunakan untuk mengurangkan kesan kuasa reaktif.
Perkakasan PFC mengurangkan penjanaan haba dalam kabel, switchgear, alternator, transformer, dan lain-lain.
Disebabkan kecekapan jaringan yang tinggi, kita perlu menjana tenaga yang lebih sedikit. Ini mengurangkan pelepasan karbon ke atmosfera.
Penurunan voltan berkurang secara ketara dengan menggunakan perkakasan PFC bersama sistem.

Pernyataan: Hormati asal, artikel yang baik layak dikongsi, jika terdapat pelanggaran sila hubungi untuk dipadam.

Berikan Tip dan Galakkan Penulis

Tajuk:

Sistem Kuasa

Penghantaran

Mengenai pakar

Electrical4u

China