Korrektsyon ng Factor ng Kapangyarihan: Ano ito? (Pormula, Sirkwito at Bangko ng Kapasador)

Larangan: Pangunahing Elektrikal

China

ano ang power factor correction

Ano ang Power Factor Correction?

Ang power factor correction (na kilala rin 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 epektibidad ng circuit at bawasan ang current na inilalabas ng load.

Karaniwan, ang mga capacitor at synchronous motors ang ginagamit sa mga circuit upang bawasan ang mga inductive elements (at kaya ang reactive power). Ang mga teknik na ito ay hindi ginagamit upang mapataas ang halaga ng tunay na power, kundi upang bawasan 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 pinakaeconomical na halaga ng power factor ay nasa pagitan ng 0.9 hanggang 0.95.

Ngayon, ang tanong ay, bakit ang pinakaeconomical na halaga ng power factor ay 0.95 hindi 1.00? Mayroon bang anumang disadvantage ang unity power factor?

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

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

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

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

Bakit Kailangan ang Power Factor Correction?

Sa mga DC circuit, ang power na dissipated ng load ay simpleng inaasahan sa pamamagitan ng pagmultiply ng voltage at current. At ang current ay proporsyonal sa applied 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 oras, ang power na dissipated ay ang multiplication ng voltage at current sa iyon pang oras.

Kung may AC circuit na may inductive loads tulad ng; winding, chowk coils, solenoid, transformer; ang current ay out of phase sa voltage. Sa kondisyong 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 inaasahan ang power.

Para sa pure resistive load, ang voltage at currents ay in 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 mapataas ang efficiency ng sistema.

Power Factor Correction Formula

Isipin na may 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 kapasador ay nagbibigay ng leading reactive component at binabawasan ang epekto ng lagging reactive component. Bago i-attach ang kapasador, ang load current ay IL.

Ang kapasador 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 nabawasan kumpara sa anggulo sa pagitan ng V at IL. Kaya, ang power factor cosф2 ay naging mas mabuti.

power factor correction phasor diagram

Diagrama ng Phasor para sa Korreksyon ng Power Factor

Mula sa itaas na diagrama ng phasor, 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:

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

Sirkwito ng Korreksyon ng Power Factor

Ang mga teknik ng korreksyon ng power factor ay pangunahing gumagamit ng kondensador o banko ng kondensador at synchronous condenser. Ayon sa kagamitan na ginagamit upang kumpaini ang power factor, may tatlong paraan:

Banko ng Kondensador
Synchronous Condenser
Phase Advancer

Korreksyon ng Power Factor gamit ang Banko ng Kondensador

Ang kondensador o banko ng kondensador maaaring ikonekta bilang fix o variable na halaga ng kapasidad. Ito ay ikonekta sa induction motor, distribution panel, o main supply.

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

Para sa power factor correction, ang capacitor bank ay ginagamit upang 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 na may three-phase load.

delta connected capacitor bank

Delta Connected Capacitor Bank

Hayaan nating hanapin ang equation ng capacitor bawat 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 bawat phase (C∆) ay ibinibigay bilang;

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

Bank ng Kapasador na Nakakonekta sa Star

Ang sumusunod na diagrama ng sirkwito ay nagpapakita ng bank ng kapasador na nakakonekta sa star kasama ang tatlong-phase load.

Bank ng Kapasador 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 sa bawat 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 ekwasyon na ito;

$C_Y = 3 C_\Delta$

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

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

Power Factor Correction using Synchronous Condenser

Kapag ang synchronous motor ay overexcited, ito ay kumukuha ng leading current at kumikilos bilang isang capacitor. Ang over-excited synchronous motor na tumatakbo sa walang-load na kondisyon ay kilala bilang synchronous condenser.

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

power factor correction using synchronous condenser

Pagsasaayos ng Power Factor Gamit ang Synchronous Condenser

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

synchronous condenser phasor diagram

Phasor Diagram ng Synchronous Condenser

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

Kapag ang synchronous condenser ay nakokonekta, ito ay kumukuha ng current Im. Sa kondisyon na ito, ang resulta ng 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 kaunti kaysa sa фL. Kaya, ang cosфm ay mas malaki kaysa sa cosфL.

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

Ang magnitudo ng kuryente na inilalabas ng motor ay binabago sa pamamagitan ng pagbabago ng field excitation.
Madali itong alamin at i-remedyo 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

Naglalabas ng reactive current ang induction motor dahil sa excitation current. Kung gagamitin ang ibang source upang magbigay ng excitation current, ang stator winding ay malaya mula sa excitation current. At maaaring mapabuti ang power factor ng motor.

Maaaring gawin ang arrangement na ito gamit ang phase advancer. Ang phase advancer ay isang simple AC exciter na nakapirmahan 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 bibigyan mo ito ng mas maraming exciter current kaysa sa kinakailangan, maaaring operasyon ang induction motor sa leading power factor.

Ang tanging disadvantage ng phase advancer ay hindi ito ekonomikal para sa maliit na laki ng 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 uri ng power factor correction circuit na ito ay binubuo ng high-frequency switching elements tulad ng diode, SCR (power electronics switches). Ang mga elemento na ito ay aktibo. 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 mataas na 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 circuit, ginagamit ang isang control unit sa circuit. Ito ay nagsusukat ng input voltage at current. At ito ay nagsasadya ng switching time at duty cycle sa phase voltage at current.

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

Kapag ang switch ay ON, ang inductor current ay lumalaki ng ∆I+. Ang voltage sa ibabaw ng inductor ay nagbabago ng polarity at inilalabas upang makolekta ang enerhiya sa pamamagitan ng diode D1 patungo sa load.

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

Sa tamang pagpili ng duty cycle, maaari tayong makakuha ng nais na hugis ng current patungo sa load.

Kamusta Pag-sukat ng Koreksyon ng Power Factor?

Upang sukatin ang koreksyon ng power factor, kailangan nating kalkulahin ang pangangailangan ng reactive power (KVAR). At kailangan nating i-connnect ang laking capacitance na ito sa system upang matugunan ang demand ng reactive power.

Mayroong dalawang paraan upang makahanap ng pangangailangan ng KVAR.

Table Multiplier Method
Calculation Method

Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, sa table multiplier method, maaari nating direktang makahanap ng multiplier constant mula sa isang table. Maaari nating direktang makahanap ng kinakailangang KVAR sa pamamagitan ng pagsasama ng constant sa input power.

table multiplier method

Paraan ng Table Multiplier

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

Halimbawa:

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

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

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

Kinakailangang KVAR = Input Power x Multiplier Constant

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Kaya, ang 5.658 KVAR na reactive power ay kinakailangan upang mapabuti ang power factor mula 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.

Nang walang power factor correction, ang load ay kumukuha ng mataas na magnitude ng current mula sa source. Ito ay lumalaki ang mga pagkawala at gastos ng electric energy. Ang PFC equipment ay sinusubukan na gawing in-phase ang current at voltage waveform. Ito ay lalaking 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 sa 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.
Ang PFC equipment ay binabawasan ang paggawa ng init sa cables, switchgear, alternator, transformers, atbp.
Dahil sa mataas na epektibidad ng network, kailangan nating bumuo ng mas kaunti na enerhiya. Ito ay binabawasan ang carbon emission sa atmosphere.
Ang voltage drop ay considerable na binabawasan sa pamamagitan ng paggamit ng PFC equipment sa sistema.

Pahayag: Igalang ang original, mahalagang artikulo na karapat-dapat na ibahagi, kung may infringement pakiusap na ilipat ang pag-delete.

Magbigay ng tip at hikayatin ang may-akda!

Mga Paksa:

Sistema ng Paggamit ng Kapangyarihan

Pagsasalin ng Transmission sa Tagalog: Transmisyon

Tungkol sa mga eksperto

Electrical4u

China

Larangan ng Eksperto

Basic Electrical

Artikulong Propesyonal

607