Što je faktor snage: poboljšanje formula i definicija

Što je faktor snage?

U elektrotehnici, faktor snage (PF) sustava AC struje definiran je kao omjer radne snage (mjeren u kilovatima, kW) apsorbirane opterećenjem i očitljive snage (mjeren u kilovoltamperima, kVA) koja teče kroz krug. Faktor snage je bezdimenzionalan broj u zatvorenom intervalu od −1 do 1.

„Idealni“ faktor snage je jedan (također se naziva „jedinstveni“). To je kada nema reaktivne snage kroz krug, i stoga je očitljiva snaga (kVA) jednaka realnoj snazi (kW). Opterećenje s faktorom snage od 1 predstavlja najefikasnije opterećenje izvora.

Ipak, to nije realno, i faktor snage u praksi će biti manji od 1. Koriste se različite tehnike popravka faktora snage kako bi se povećao faktor snage na ovaj idealni stan.

Da bismo bolje objasnili, recimo korak unazad i pričajmo o tome što je snaga.

Snaga je sposobnost vršiti posao. U električnom području, električna snaga je količina električne energije koja se može prenijeti u neku drugu formu (toplina, svjetlost itd.) po jedinici vremena.

Matematički, faktor snage je umnožak padanja napona na elementu i struje koja teče kroz njega.

Razmotrimo prvo DC krugove, koji imaju samo DC izvore napona, induktor i kondenzator ponašaju se kao kratki spojevi i otvoreni spojevi redom u stabilnom stanju.

Stoga cijeli krug ponaša se kao otporni krug, a cijela električna snaga se iscrpljuje u obliku topline. Ovdje su napon i struja u istoj fazi, a ukupna električna snaga dana je sa:

Sada, dođimo do AC kruga, ovdje induktor i kondenzator nude određeni opor, dan sa:

Induktor pohranjuje električnu energiju u obliku magnetske energije, a kondenzator pohranjuje električnu energiju u obliku elektrostatičke energije. Nijedan od njih ne iscrpljuje tu energiju. Također, postoji fazni pomak između napona i struje.

Stoga, kada promatramo cijeli krug koji sastoji se od otpornika, induktora i kondenzatora, postoji neka fazna razlika između naponskog izvora i struje.

Kosinus ove fazne razlike zove se električni faktor snage. Taj faktor (-1 < cosφ < 1) predstavlja udio ukupne snage koji se koristi za izvršavanje korisnog posla.

Drugi udio električne snage pohranjen je u obliku magnetske energije ili elektrostatičke energije u induktor i kondenzator redom.

Ukupna snaga u ovom slučaju je:

To se zove očitljiva snaga, a njena jedinica je VA (Volt-Amp) i označava se sa 'S'. Udio ove ukupne električne snage koji nam služi za korisni posao zove se aktivna snaga. Označavamo je kao 'P'.

P = Aktivna snaga = Ukupna električna snaga.cosφ, a njena jedinica je vat.

Drugi udio snage zove se reaktivna snaga. Reactivna snaga ne vrši nikakav korisni posao, ali je potrebna da se aktivni posao obavi. Označavamo je sa 'Q' i matematički je dana sa:

Q = Reaktivna snaga = Ukupna električna snaga.sinφ, a njena jedinica je VAR (Volt-Amp Reactive). Ova reaktivna snaga oscilira između izvora i opterećenja. Da bismo bolje razumjeli, sve ove snage predstavljene su u obliku trokuta.

Matematički, S2 = P2 + Q2, a električni faktor snage je aktivna snaga / očitljiva snaga.

Poboljšanje faktora snage

Termin faktor snage dolazi u obzir samo u AC krugovima. Matematički, to je kosinus fazne razlike između naponskog izvora i struje. Odnosi se na udio ukupne snage (očitljive snage) koja se koristi za izvršavanje korisnog posla, zvana aktivna snaga.

Potreba za poboljšanjem faktora snage

• Aktivna snaga dana je sa P = VIcosφ. Električna struja je obrnuto proporcionalna cosφ za prenos određene količine snage na određenoj naponskoj razini. Stoga, što je veći faktor snage, manja će biti struja koja teče. Manja struja zahtijeva manju presječnu površinu vodilaca, čime se štede vodilci i novac.

• Iz gornje relacije vidimo da loši faktor snage povećava struju koja teče vodilcem, i time porasta gubitak u bakru. Veliki pad napona događa se u alternatoru, električnim transformatorima i linijama za prijenos i distribuciju - što rezultira lošom regulacijom napona.

• KVA ocjena strojeva također se smanjuje uz viši faktor snage, prema formuli:

Stoga, smanjuje se i veličina i trošak stroja.

Zbog toga faktor snage treba održavati blizu jedinice - to je značajno jeftinije.

Metode poboljšanja faktora snage

Postoji tri glavna načina poboljšanja faktora snage:

• Banke kondenzatora

• Sinkroni kondenzatori

• Fazni naprednjaci

Banke kondenzatora

Poboljšanje faktora snage znači smanjenje fazne razlike između napona i struje. Budući da su većina opterećenja induktivne prirode, za njihovo funkcioniranje potrebna je određena količina reaktivne snage.

Kondenzator ili banka kondenzatora instalirani paralelno s opterećenjem pružaju tu reaktivnu snagu. Oni djeluju kao lokalni izvor reaktivne snage, pa manja količina reaktivne snage teče kroz liniju.

Banke kondenzatora smanjuju faznu razliku između napona i struje.

Sinkroni kondenzatori

Sinkroni kondenzatori su sinkroni motori sa tri faze bez opterećenja pričvršćenog na svoj vratilo.

Sinkroni motor ima karakteristiku rada pod bilo kakvim faktorom snage, predhodni, zakasni ili jedinstven, ovisno o navođenju. Za induktivna opterećenja, sinkroni kondenzator spaja se prema strani opterećenja i prenavodi se.

Sinkroni kondenzatori ga čine da se ponaša kao kondenzator. Crtaju zakasnelu struju iz priključka ili pružaju reaktivnu snagu.

Fazni naprednjaci

Ovo je AC eksciter uglavnom korišten za poboljšanje faktora