Ano ang Power Factor: Pagpapahusay, Formula at Definisyon

Ano ang Power Factor?

Sa inhenyeriya elektrikal, ang power factor (PF) ng isang AC electrical power system ay inilalarawan bilang ang ratio ng working power (na sinusukat sa kilowatts, kW) na inaabsorb ng load sa apparent power (na sinusukat sa kilovolt amperes, kVA) na umuusbong sa circuit. Ang power factor ay isang dimensionless number sa saradong interval ng −1 hanggang 1.

Ang "ideal" na power factor ay isa (kilala rin bilang "unity"). Ito ang oras kung saan walang reactive power sa circuit, at kaya ang apparent power (kVA) ay kapareho ng real power (kW). Ang isang load na may power factor na 1 ay ang pinakaepektibong pag-load ng supply.

Ngunit, hindi ito realistiko, at ang power factor sa praktika ay mas mababa kaysa 1. Ipinapakilala ang iba't ibang power factor correction techniques upang tumulong sa pagtaas ng power factor sa ideal na estado.

Upang mapahusay ang paliwanag, bawisan natin ang hakbang at pag-usapan ang anumang power.

Ang power ay ang kapasidad na gumawa ng gawain. Sa electrical domain, ang electrical power ay ang halaga ng electrical energy na maaaring ilipat sa ibang anyo (heat, light, etc) per unit of time.

Matematikal, ang power factor ay ang produkto ng voltage drop sa element at current na umuusbong dito.

Una, sa DC circuits, na may lamang DC voltage sources, ang mga inductors at capacitors ay gumagamit bilang short circuits at open circuits, respetibong, sa steady-state.

Kaya ang buong circuit ay gumagamit bilang resistive circuit at ang buong electrical power ay dissipated sa anyo ng heat. Dito, ang voltage at current ay nasa parehong phase at ang total electrical power ay ibinibigay ng:

Ngayon, sa AC circuit, dito ang inductor at capacitor ay nagbibigay ng tiyak na amount ng impedance na ibinibigay ng:

Ang inductor ay nag-iimbak ng electrical energy sa anyo ng magnetic energy at ang capacitor ay nag-iimbak ng electrical energy sa anyo ng electrostatic energy. Walang dalawang ito ang dissipated ito. Mas lalo, may phase shift sa pagitan ng voltage at current.

Kaya kapag inisip natin ang buong circuit na binubuo ng resistor, inductor, at capacitor, mayroong phase difference sa pagitan ng source voltage at current.

Ang cosine ng phase difference na ito ay tinatawag na electrical power factor. Ang factor na ito (-1 < cosφ < 1 ) ay kinakatawan ang bahagi ng total power na ginagamit para sa useful work.

Ang ibang bahagi ng electrical power ay iinimbak sa anyo ng magnetic energy o electrostatic energy sa inductor at capacitor, respetibong.

Ang total power sa kasong ito ay:

Ito ay tinatawag na apparent power at ang unit nito ay VA (Volt-Amp) at dinadala ito ng 'S'. Ang bahagi ng total electrical power na gumagawa ng useful work ay tinatawag na active power. Dinadala natin ito bilang 'P'.

P = Active power = Total electrical power.cosφ at ang unit nito ay watt.

Ang ibang bahagi ng power ay tinatawag na reactive power. Ang reactive power ay hindi gumagawa ng useful work, ngunit ito ay kailangan para sa active work na gagawin. Dinadala natin ito bilang 'Q' at matematikal ay ibinibigay ng:

Q = Reactive power = Total electrical power.sinφ at ang unit nito ay VAR (Volt-Amp Reactive). Ang reactive power na ito ay lumilipad sa pagitan ng source at load. Upang makatulong sa pag-unawa, lahat ng powers na ito ay ipinapakita sa anyo ng triangle.

Matematikal, S2 = P2 + Q2, at ang electrical power factor ay active power / apparent power.

Pag-improve ng Power Factor

Ang termino ng power factor ay nagsisimula sa AC circuits lamang. Matematikal, ito ang cosine ng phase difference sa pagitan ng source voltage at current. Ito ay tumutukoy sa fraction ng total power (apparent power) na ginagamit para sa useful work na tinatawag na active power.

Ang Kailangan ng Pag-improve ng Power Factor

• Ang real power ay ibinibigay ng P = VIcosφ. Ang electrical current ay inversely proportional sa cosφ para magtransfer ng tiyak na halaga ng power sa tiyak na voltage. Kaya, ang mas mataas na pf, mas mababa ang current na umuusbong. Ang maliit na current flow ay nangangailangan ng mas maliit na cross-sectional area ng conductors, at kaya ito ay nakakatipid sa conductors at pera.

• Sa relasyon sa itaas, makikita natin na ang may mahina na power factor ay nagdudulot ng pagtaas ng current na umuusbong sa conductor, at kaya ang copper loss ay lumalaki. Ang malaking voltage drop ay nangyayari sa alternator, electrical transformer, at transmission, at distribution lines – na nagbibigay ng napakamahina na voltage regulation.

• Ang KVA rating ng machines ay din nasasagabal ng may mahina na power factor, batay sa formula:

Kaya, ang laki at gastos ng machine ay din nasasagabal.

Kaya, ang electrical power factor ay dapat maintindihan malapit sa unity – ito ay mas mura.

Mga Paraan ng Pag-improve ng Power Factor

May tatlong pangunahing paraan para mapabuti ang power factor:

• Capacitor Banks

• Synchronous Condensers

• Phase Advancers

Capacitor Banks

Ang pag-improve ng power factor ay nangangahulugan ng pagbabawas ng phase difference sa pagitan ng voltage at current. Dahil ang karamihan sa loads ay inductive nature, sila ay nangangailangan ng tiyak na halaga ng reactive power para maging functional.

Ang capacitor o bank of capacitors na installed parallel sa load ay nagbibigay ng reactive power na ito. Sila ay gumagana bilang local na source ng reactive power, at kaya mas maliit na reactive power ang umuusbong sa line.

Ang capacitor banks ay nagbabawas ng phase difference sa pagitan ng voltage at current.

Synchronous Condensers

Ang synchronous condensers ay 3 phase synchronous motors na walang load na attached sa kanilang shaft.