पावर फैक्टर: सुधार, सूत्र और परिभाषा

शक्ति गुणांक क्या है?

विद्युत अभियांत्रिकी में, एक AC विद्युत शक्ति प्रणाली का शक्ति गुणांक (PF) लोड द्वारा सोखे जाने वाले कार्य शक्ति (किलोवाट, kW में मापा जाता है) और परिपथ में प्रवाहित होने वाले सापेक्ष शक्ति (किलोवोल्ट-एम्पियर, kVA में मापा जाता है) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। शक्ति गुणांक एक आयामहीन संख्या है जो -1 से 1 के बंद अंतराल में होती है।

"आदर्श" शक्ति गुणांक एक (या "इकाई" भी कहा जाता है) होता है। यह तब होता है जब परिपथ में कोई भी प्रतिक्रियात्मक शक्ति नहीं होती, और इसलिए सापेक्ष शक्ति (kVA) वास्तविक शक्ति (kW) के बराबर होती है। एक ऐसा लोड जिसका शक्ति गुणांक 1 हो, सबसे कुशल लोडिंग होता है।

हालांकि, यह वास्तविक नहीं है, और शक्ति गुणांक वास्तव में 1 से कम होता है। विभिन्न शक्ति गुणांक सुधार तकनीकों का उपयोग इस आदर्श अवस्था तक शक्ति गुणांक को बढ़ाने में मदद करने के लिए किया जाता है।

इसे बेहतर समझने के लिए, चलो एक कदम पीछे हटें और यह समझें कि शक्ति क्या है।

शक्ति कार्य करने की क्षमता है। विद्युत क्षेत्र में, विद्युत शक्ति प्रति समय इकाई में किसी अन्य रूप (गर्मी, प्रकाश, आदि) में स्थानांतरित की जा सकने वाली विद्युत ऊर्जा की मात्रा है।

गणितीय रूप से शक्ति गुणांक तत्व के परिपथ में प्रवाहित होने वाली धारा और उसके परिपथ में गिरावट के गुणनफल है।

पहले DC परिपथों पर विचार करते हुए, जिनमें केवल DC वोल्टेज स्रोत होते हैं, इंडक्टर और कैपेसिटर क्रमशः छोटे परिपथ और खुले परिपथ की तरह व्यवहार करते हैं।

इसलिए पूरा परिपथ एक प्रतिरोधी परिपथ की तरह व्यवहार करता है और पूरी विद्युत शक्ति गर्मी के रूप में विसर्जित होती है। यहाँ वोल्टेज और धारा एक ही दশा में होती हैं और कुल विद्युत शक्ति दी गई है:

अब AC परिपथ में आते हैं, यहाँ इंडक्टर और कैपेसिटर दोनों निम्नलिखित इम्पीडेंस प्रदान करते हैं:

इंडक्टर विद्युत ऊर्जा को चुंबकीय ऊर्जा के रूप में और कैपेसिटर विद्युत ऊर्जा को विद्युतस्थिर ऊर्जा के रूप में संचित करता है। दोनों में से कोई भी इसे विसर्जित नहीं करता है। आगे, वोल्टेज और धारा के बीच एक दशा विस्थापन होता है।

इसलिए जब हम एक पूरे परिपथ पर विचार करते हैं, जिसमें एक प्रतिरोध, इंडक्टर, और कैपेसिटर होता है, तो स्रोत वोल्टेज और धारा के बीच कुछ दशा अंतर होता है।

इस दशा अंतर का कोसाइन विद्युत शक्ति गुणांक कहलाता है। यह गुणांक (-1 < cosφ < 1 ) कुल शक्ति का उपयोगी कार्य करने के लिए उपयोग किए जाने वाले भाग को दर्शाता है।

विद्युत शक्ति का अन्य भाग इंडक्टर और कैपेसिटर में क्रमशः चुंबकीय ऊर्जा या विद्युतस्थिर ऊर्जा के रूप में संचित होता है।

इस मामले में कुल शक्ति है:

इसे सापेक्ष शक्ति कहा जाता है और इसकी इकाई VA (Volt-Amp) है और इसे 'S' से दर्शाया जाता है। इस कुल विद्युत शक्ति का वह भाग जो हमारे उपयोगी कार्य करता है, इसे सक्रिय शक्ति कहा जाता है। हम इसे 'P' से दर्शाते हैं।

P = सक्रिय शक्ति = कुल विद्युत शक्ति.cosφ और इसकी इकाई वाट है।

शक्ति का अन्य भाग अभिक्रियात्मक शक्ति कहलाता है। अभिक्रियात्मक शक्ति कोई उपयोगी कार्य नहीं करता, लेकिन यह सक्रिय कार्य के लिए आवश्यक है। हम इसे 'Q' से दर्शाते हैं और गणितीय रूप से यह दिया गया है:

Q = अभिक्रियात्मक शक्ति = कुल विद्युत शक्ति.sinφ और इसकी इकाई VAR (Volt-Amp Reactive) है। यह अभिक्रियात्मक शक्ति स्रोत और लोड के बीच दोलन करती है। इसे बेहतर समझने के लिए सभी ये शक्तियाँ एक त्रिकोण के रूप में दर्शाई जाती हैं।

गणितीय रूप से, S2 = P2 + Q2, और विद्युत शक्ति गुणांक सक्रिय शक्ति / सापेक्ष शक्ति है।

शक्ति गुणांक सुधार

शक्ति गुणांक शब्द केवल AC परिपथों में आता है। गणितीय रूप से यह स्रोत वोल्टेज और धारा के बीच दशा अंतर का कोसाइन है। यह कुल शक्ति (सापेक्ष शक्ति) के उस भाग को दर्शाता है जो उपयोगी कार्य करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसे सक्रिय शक्ति कहा जाता है।

शक्ति गुणांक सुधार की आवश्यकता

• वास्तविक शक्ति P = VIcosφ द्वारा दी जाती है। एक निश्चित वोल्टेज पर एक निश्चित शक्ति को स्थानांतरित करने के लिए विद्युत धारा cosφ के व्युत्क्रमानुपाती होती है। इसलिए जितना अधिक शक्ति गुणांक होगा, उतना कम धारा प्रवाहित होगी। छोटी धारा के प्रवाह के लिए चालकों का कम क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र आवश्यक होता है, और इसलिए यह चालकों और धन की बचत करता है।

• उपरोक्त संबंध से, हम देखते हैं कि गरीब शक्ति गुणांक चालक में प्रवाहित होने वाली धारा को बढ़ाता है, और इसलिए तांबे की हानि बढ़ जाती है। विक्ट्रोजनर, विद्युत ट्रांसफार्मर,