Kas ir jauda faktors?
Elektrotehnikā maiņstrāvas elektroenerģijas sistēmas jaudas faktors (PF) definēts kā attiecība starp darbības jaudu (mērīta kilovatās, kW), kas absorbēta ielādē, un aparento jaudu (mērīta kilovoltamperos, kVA), kas plūst caur shēmu. Jaudas faktors ir bezdimensionāls skaitlis intervālā no −1 līdz 1.
"Ideālais" jaudas faktors ir viens (arī saukts par "vienotību"). Tas notiek, kad šķērsojošā jauda caur shēmu ir nulle, un tādējādi aparentā jauda (kVA) ir vienāda ar reālo jaudu (kW). Ielāde ar jaudas faktoru 1 ir efektīvākā piegādes ielāde.
Tomēr tas nav realistisks, un praksē jaudas faktors būs mazāks par 1. Dažādas jaudas faktora labošanas metodes tiek izmantotas, lai palīdzētu paaugstināt jaudas faktoru līdz šim ideālam stāvoklim.
Lai labāk to izskaidrotu, atkal pievērsīsimies tam, ko nozīmē jauda.
Jauda ir spēja veikt darbu. Elektrotehniskajā jomā elektrojauda ir daudzums, cik elektroenerģija var tikt pārveidota uz citiem formātiem (siltuma, gaismas utt.) laika vienībā.
Matemātiski jaudas faktors ir reizinājums no elementa virsmā esošā sprieguma krišanā un caur to plūstošo strāvu.
Apkopojot vispirms DC shēmas, kurās ir tikai DC sprieguma avoti, induktīvie elementi un kapacitātori izturēs kā īsas un atvērtas ceļas attiecīgi stabila stāvoklī.
Tādējādi visa shēma izturēs kā rezistīva shēma, un vesela elektrojauda tiek izraisīta kā siltums. Šeit spriegums un strāva ir vienā fāzē, un pilnīgā elektrojauda ir dota:
Tagad pārejam uz AC shēmu, kur gan induktīvais elements, gan kapacitātors piedāvā noteiktu impedanci, kas dota:
Induktīvais elements saglabā elektroenerģiju formā magnētiskā enerģija, un kapacitātors saglabā elektroenerģiju formā elektrostātiskā enerģija. Neviens no tiem to neizlieto. Turklāt ir fāzes nobīde starp spriegumu un strāvu.
Tātad, kad mēs apsvēram pilnu shēmu, kas sastāv no rezistora, induktīvā elementa un kapacitātora, pastāv kāda fāzes atšķirība starp avota spriegumu un strāvu.
Šīs fāzes atšķirības kosinuss sauc par elektrojaudas faktoru. Šis faktors (-1 < cosφ < 1 ) attēlo to, cik lielu daļu no kopējās jaudas izmanto, lai veiktu noderīgu darbu.
Cita elektrojaudas daļa tiek glabāta formā magnētiskā enerģija vai elektrostātiskā enerģija induktīvā elementā un kapacitātorā attiecīgi.
Šajā gadījumā pilnīgā jauda ir:
To sauc par aparento jaudu, un tā mērvienība ir VA (Volt-Amp) un to apzīmē ar 'S'. Kopējās elektrojaudas daļa, kas veic noderīgu darbu, sauc par aktīvo jaudu. To apzīmējam ar 'P'.
P = Aktīvā jauda = Kopējā elektrojauda.cosφ un tā mērvienība ir vatts.
Cita jaudas daļa sauc par reaktivā jauda. Reaktivā jauda neveic noderīgu darbu, bet tā ir nepieciešama, lai aktīvā jauda tiktu veikta. To apzīmējam ar 'Q' un matemātiski tā ir dota:
Q = Reaktivā jauda = Kopējā elektrojauda.sinφ un tā mērvienība ir VAR (Volt-Amp Reactive). Šī reaktivā jauda oscilē starp avotu un ielādi. Lai labāk to saprastu, visas šīs jaudas tiek attēlotas formā trijstūris.
Matemātiski, S2 = P2 + Q2, un elektrojaudas faktors ir aktīvā jauda / aparentā jauda.
Termins "jaudas faktors" rodas tikai AC shēmās. Matemātiski tas ir kosinuss no fāzes atšķirības starp avota spriegumu un strāvu. Tas atsaucas uz to, cik lielu daļu no kopējās jaudas (aparentā jauda) izmanto, lai veiktu noderīgu darbu, ko sauc par aktīvo jaudu.
Jaudas faktora uzlabošanas nepieciešamība
Reālā jauda ir dota P = VIcosφ. Elektrostrāva ir inversi proporcionāla cosφ, lai nodotu noteiktu jaudas daudzumu noteiktā spriegumā. Tādējādi, jo augstāks jaudas faktors, jo zemāka būs plūstošā strāva. Maza strāva prasa mazāku vadītāju sekcijas platumu, tādējādi tā ietaupa materiālus un naudu.
No minētā attiecība redzams, ka nabadzīgs jaudas faktors palielinās strāvas plūsmu vadītājos, un tādējādi palielinās medņu zudējumi. Liels sprieguma pazeminājums notiek alternātīvos dzinējos, elektriskajos transformatoros un transmisijas un piegādes līnijās – kas dāvā ļoti sliktu sprieguma regulāciju.
Ierīču KVA ratingi arī samazinās, ja jaudas faktors ir augsts, saskaņā ar formulu:
Tādējādi, ierīces izmēri un cena arī samazinās.
Tāpēc elektrojaudas faktors jāuzglabā tuvāko vienību – tas ir būtiski lētāk.
Ir trīs galvenas metodes, kā uzlabot jaudas faktoru:
Kondensatoru bankas
Sinkronie kondensatori
Fāzes paātrinātāji
Jaudas faktora uzlabošana nozīmē fāzes atšķirības starp spriegumu un strāvu samazināšanu. Jo lielākā daļa ielādēm ir induktīva rakstura, tām ir nepieciešama kāda reaktivā jauda, lai tās darbotos.
Kondensators vai kondensatoru banka, instalēta paralēli ar ielādi, sniedz šo reaktivā jaudu. Tie darbojas kā vietējā reaktivā jaudas avots, un tādējādi mazāk reaktivā jauda plūst caur līniju.
