Какво е коефициент на мощност: Подобряване, формула и дефиниция

Какво е фактор на мощността?

В електротехниката, факторът на мощност (PF) на системата за електрическа мощност с променящо се напрежение е дефиниран като отношението между активната мощност (измервана в киловати, kW), погълната от натоварването, и явната мощност (измервана в киловолтампери, kVA), протичаща през контура. Факторът на мощност е безразмерно число в затворения интервал от −1 до 1.

„Идеалният“ фактор на мощност е единица (също известен като „единство“). Това е, когато няма реактивна мощност през контура, и следователно явната мощност (kVA) е равна на реалната мощност (kW). Натоварването с фактор на мощност 1 е най-ефективното натоварване на източника.

Това обаче не е реалистично, и факторът на мощност в практиката ще бъде по-малък от 1. Използват се различни техники за корекция на фактора на мощност, за да помогнат за увеличаване на фактора на мощност до този идеален статус.

За да обясним това по-добре, нека се върнем назад и да говорим какво е мощността.

Мощността е способността да се извършва работа. В електрическата област, електрическата мощност е количеството електрическа енергия, което може да бъде преобразувано в друг вид (топлина, светлина и т.н.) за единица време.

Математически, факторът на мощност е произведението от падане на напрежението през елемента и ток, протичащ през него.

Разглеждайки първо DC контурите, имащи само DC источници на напрежение, индукторите и кондензаторите се държат като кратки контури и открити контури съответно в стационарно състояние.

Следователно целият контур се държи като резистивен контур и цялата електрическа мощност се разпространява във формата на топлина. Тук напрежението и токът са в един и същ фазови ход, а общата електрическа мощност се дава от:

Сега, при AC контура, индукторът и кондензаторът предлагат определена импеданс, зададена от:

Индукторът съхранява електрическа енергия във формата на магнитна енергия, а кондензаторът съхранява електрическа енергия във формата на електростатична енергия. Нито един от тях не я разсейва. Освен това, има фазово сместяване между напрежението и тока.

Следователно, когато разглеждаме целия контур, състоящ се от резистор, индуктор и кондензатор, съществува някакво фазово разлика между изходното напрежение и тока.

Косинусът на тази фазова разлика се нарича електрически фактор на мощност. Този фактор (-1 < cosφ < 1 ) представлява частта от общата мощност, използвана за полезната работа.

Другата част от електрическата мощност се съхранява във формата на магнитна енергия или електростатична енергия в индуктора и кондензатора съответно.

Общата мощност в този случай е:

Това се нарича явна мощност, а мерната единица й е VA (volt-amp) и се означава с ‘S’. Частта от общата електрическа мощност, която извършва нашата полезна работа, се нарича активна мощност. Означаваме я с ‘P’.

P = Активна мощност = Общата електрическа мощност.cosφ, а мерната единица й е ват.

Другата част от мощността се нарича реактивна мощност. Реактивната мощност не извършва полезна работа, но е необходима за извършване на активната работа. Означаваме я с ‘Q’ и математически се дава от:

Q = Реактивна мощност = Общата електрическа мощност.sinφ, а мерната единица й е VAR (volt-amp reactive). Тази реактивна мощност осцилтира между източника и натоварването. За по-добро разбиране всички тези мощности се представят във формата на триъгълник.

Математически, S2 = P2 + Q2, а електрическият фактор на мощност е активна мощност / явна мощност.

Подобряване на фактора на мощността

Терминът фактор на мощността влиза в игра само в AC контурите. Математически той е косинуса на фазовата разлика между изходното напрежение и тока. Той се отнася до частта от общата мощност (явна мощност), която се използва за извършване на полезна работа, наречена активна мощност.

Необходимост от подобряване на фактора на мощността

• Активната мощност се дава от P = VIcosφ. Електрическият ток е обратно пропорционален на cosφ за пренасяне на определено количество мощност при определено напрежение. Следователно, колкото по-висок е факторът на мощност, толкова по-малък ще бъде токът, протичащ. Малкият ток, протичащ, изисква по-малко сечение на проводниците, което спестява проводници и пари.

• От горното отношение виждаме, че лошият фактор на мощност увеличава тока, протичащ в проводника, и следователно загубата на мед се увеличава. Голямо падане на напрежението се случва в алтернатора, електрическия трансформатор и линиите за пренос и разпределение - което дава много лоша регулация на напрежението.

• KVA рейтингът на машините също се намалява при по-висок фактор на мощност, според формулата:

Следователно, размерът и цената на машината също се намаляват.

Затова факторът на мощността трябва да се поддържа близо до единица - това е значително по-евтини.

Методи за подобряване на фактора на мощността

Има три основни начина за подобряване на фактора на мощността:

• Банки от кондензатори

• Синхронни кондензатори

• Фазни предварители

Банки от кондензатори

Подобряването на фактора на мощността означава намаляване на фазовата разлика между напрежението и тока. Тъй като повечето натоварвания са индуктивни по природа, те изискват някакво количество реактивна мощност, за да функционират.

Кондензатор или банка от кондензатори, инсталирани успоредно с натоварването, предоставят тази реактивна мощ