Mikä on tehokkerroin: Parannus, kaava ja määritelmä
Mikä on tehokerroin?
Sähkötekniikassa vaihtosähköjärjestelmän tehokerroin (PF) määritellään käyttötehon (kW) ja näennäisteon (kVA) suhteena, joka kulkee piirissä. Tehokerroin on ulottuvuudettomana luvuna suljetulla välillä -1 ja 1.
"Ideaalinen" tehokerroin on yksi (myös kutsutaan "yksikköksi"). Tämä tarkoittaa, että piirissä ei ole reaktiivitehoa, ja näennäisteho (kVA) on sama kuin käyttöteho (kW). Lataus, jonka tehokerroin on 1, on tehokkain lähde.
Tämä ei kuitenkaan ole realistista, ja tehokerroin on käytännössä pienempi kuin 1. Eri tehokerroksen korjaustekniikoita käytetään tehokerroksen parantamiseen tämän ideaalisen tilanteen lähelle.
Selityksen helpottamiseksi otetaan askeleet taaksepäin ja puhutaan siitä, mitä teho on.
Teho on kyky tehdä työtä. Sähköisessä alueessa sähköteho on se määrä sähköenergiaa, joka voidaan siirtää muuhun muotoon (lämpö, valo, jne) ajan yksikköä kohden.
Matemaattisesti tehokerroin on elementin yli olevan jännitesen ja sitä läpäisevän virtasen tulona.
Katsotaan ensin väyliä, joissa on vain jännitteen lähteitä, induktorit ja kapasitanssit käyttäytyvät lyhytkeskusteluisina ja avoimina piireinä vastaavasti vakio-osassa.
Tässä koko piiri käyttäytyy vastuspiirin tavoin ja koko sähköteho hukataan lämpön muodossa. Tässä jännite ja virta ovat samassa vaiheessa, ja koko sähköteho on:
Nyt siirrytään vaihtopiiriin, jossa sekä induktori että kapasitanssi tarjoavat tietyntyyppistä impedanssia:
Induktori tallentaa sähköenergian magneettisen energian muodossa ja kapasitanssi tallentaa sähköenergian elektrostaattisen energian muodossa. Kumpikaan niistä ei hävitä sitä. Lisäksi on vaiheero vaikutus jänniteen ja virran välillä.
Jos otamme huomioon koko piirin, joka koostuu vastuksista, induktorista ja kapasitanssist, on olemassa jotkin vaiheero vaikutus lähdeteen jännitteeseen ja virtaan.
Tämän vaiheero vaikutuksen kosini kutsutaan sähköiseksi tehokerroksi. Tämä kerroin (-1 < cosφ < 1 ) edustaa kokonaisteosta, joka käytetään hyödylliseen työhön.
Toinen osa sähkötehosta tallennetaan magneettisen energian tai elektrostaattisen energian muodossa induktorissa ja kapasitanssissa.
Koko teho tässä tapauksessa on:
Tätä kutsutaan näennäisteoksi ja sen yksikkö on VA (Volt-Amp) ja merkitään 'S':llä. Kokonaisteon osa, joka tekee hyödyllistä työtä, kutsutaan aktiiviteoksi. Merkitään se 'P':llä.
P = Aktiiviteho = Kokonaissähköteho.cosφ ja sen yksikkö on watt.
Toinen teon osa kutsutaan reaktiiviteoksi. Reaktiiviteho ei tee hyödyllistä työtä, mutta se on tarpeellinen aktiivisen työn tekemiseksi. Merkitään se 'Q':lla ja matemaattisesti se on:
Q = Reaktiiviteho = Kokonaissähköteho.sinφ ja sen yksikkö on VAR (Volt-Amp Reactive). Tämä reaktiiviteho värähtää lähdeltä ja ladun välillä. Jotta tämä olisi helpommin ymmärrettävää, kaikki nämä tehot esitetään kolmion muodossa.
Matemaattisesti, S2 = P2 + Q2, ja sähköinen tehokerroin on aktiiviteho / näennäisteho.
Tehokerroksen parantaminen
Tehokerrostermi tulee kysymykseen vain vaihtopieereissä. Matemaattisesti se on lähdeteen jänniteen ja virran välisen vaiheero vaikutuksen kosini. Se viittaa kokonaisteon (näennäistehon) osaan, joka käytetään hyödylliseen työhön eli aktiivitehoon.
Tehokerroksen parantamisen tarve
Aktiiviteho on P = VIcosφ. Sähkövirta on käänteisproportionaalisesti cosφ:n kanssa annetun tehon siirtämiseksi tietyllä jännitteellä. Siten mitä suurempi tehokerroin, sitä pienempi virta kulkee. Pieni virta vaatii vähemmän leveysalaista johtoa, ja siten säästetään johtoja ja rahaa.
Yllä mainitusta relaatiosta näemme, että heikon tehokerroksen aiheuttama virta kasvaa, ja siten kuparin häviöt kasvavat. Suuri jänniteen pudotus tapahtuu vaihtogeneraattoreissa, sähkömuunnoksissa ja siirtovaiheissa – mikä johtaa huonoon jänniteen säätelyyn.
Laitteiden KVA-arvo vähenee myös paremmalla tehokerroksella, kuten kaavassa:
Siten laitteen koko ja hinta vähenevät.
Tämän vuoksi sähköinen tehokerroin pitäisi pitää mahdollisimman lähellä ykköstä – se on huomattavasti edullisempaa.
Tehokerroksen parantamisen menetelmät
On kolme pääasiallista tapaa parantaa tehokerrointa:
Kapasitoripankit
Synkroniset kondensaattorit
Vaiheen etenevät
Kapasitoripankit
Tehokerroksen parantaminen tarkoittaa jänniteen ja virran välisen vaiheero vaikutuksen vähentämistä. Koska enemmistö latauksista on induktiivista luonnetta, ne vaativat jotkin määrän reaktiivitehoa toimiakseen.
Kapasitori tai kapasitoripankki, joka on asennettu rinnakkaisesti latauksen kanssa, tarjoaa tämän reaktiivitehon. Ne toimivat paikallisen reaktiivitehon lähteenä, ja siten vähemmän reaktiiviteho kulkee linjassa.
Kapasitoripankit vähentävät jännitteen ja virran välistä vaiheero vaikutusta.
