Apakah Faktor Kuasa?
Dalam kejuruteraan elektrik, faktor kuasa (PF) sistem kuasa elektrik AC ditakrifkan sebagai nisbah kuasa bekerja (diukur dalam kilowatt, kW) yang diserap oleh beban kepada kuasa nyata (diukur dalam kilovolt amper, kVA) yang mengalir melalui litar. Faktor kuasa adalah nombor tanpa dimensi dalam selang tertutup -1 hingga 1.
Faktor kuasa "ideal" adalah satu (juga dirujuk sebagai "kesatuan"). Ini berlaku apabila tiada kuasa reaktif melalui litar, dan seterusnya kuasa nyata (kVA) adalah sama dengan kuasa sebenar (kW). Beban dengan faktor kuasa 1 adalah pemuatan yang paling cekap untuk bekalan.
Namun, ini tidak realistik, dan faktor kuasa akan pada praktiknya kurang dari 1. Pelbagai teknik penambahan faktor kuasa digunakan untuk membantu meningkatkan faktor kuasa ke keadaan ideal ini.
Untuk membantu menjelaskan ini dengan lebih baik, mari kita ambil langkah undur dan bercakap tentang apa itu kuasa.
Kuasa adalah kapasiti untuk melakukan kerja. Dalam domain elektrik, kuasa elektrik adalah jumlah tenaga elektrik yang boleh dipindahkan kepada bentuk lain (haba, cahaya, dll) per unit masa.
Secara matematik, faktor kuasa adalah hasil darab penurunan voltan di sepanjang elemen dan arus yang mengalir melaluinya.
Memandangkan dahulu litar DC, yang hanya mempunyai sumber voltan DC, induktor dan kapasitor bertindak seperti litar pendek dan litar terbuka masing-masing dalam keadaan stabil.
Oleh itu, seluruh litar bertindak seperti litar rintangan dan seluruh kuasa elektrik dihancurkan dalam bentuk haba. Di sini, voltan dan arus berada dalam fasa yang sama dan kuasa elektrik total diberikan oleh:
Sekarang datang ke litar AC, di sini kedua-dua induktor dan kapasitor menawarkan suatu jumlah impedansi yang diberikan oleh:
Induktor menyimpan tenaga elektrik dalam bentuk tenaga magnetik dan kapasitor menyimpan tenaga elektrik dalam bentuk tenaga elektrostatik. Kedua-duanya tidak menghancurkannya. Selanjutnya, terdapat pergeseran fasa antara voltan dan arus.
Oleh itu, apabila kita mempertimbangkan seluruh litar yang terdiri daripada resistor, induktor, dan kapasitor, wujud beberapa perbezaan fasa antara voltan sumber dan arus.
Kosinus perbezaan fasa ini dipanggil faktor kuasa elektrik. Faktor ini (-1 < cosφ < 1 ) mewakili pecahan daripada kuasa total yang digunakan untuk melakukan kerja yang berguna.
Pecahan lain daripada kuasa elektrik disimpan dalam bentuk tenaga magnetik atau tenaga elektrostatik di induktor dan kapasitor masing-masing.
Kuasa total dalam kes ini adalah:
Ini dipanggil kuasa nyata dan unitnya adalah VA (Volt-Amp) dan ditandakan dengan 'S'. Pecahan daripada kuasa elektrik total yang melakukan kerja yang berguna dipanggil kuasa aktif. Kita menandainya sebagai 'P'.
P = Kuasa aktif = Kuasa elektrik total.cosφ dan unitnya adalah watt.
Pecahan lain daripada kuasa dipanggil kuasa reaktif. Kuasa reaktif tidak melakukan kerja yang berguna, tetapi ia diperlukan untuk kerja aktif dilakukan. Kita menandainya dengan 'Q' dan secara matematik diberikan oleh:
Q = Kuasa reaktif = Kuasa elektrik total.sinφ dan unitnya adalah VAR (Volt-Amp Reaktif). Kuasa reaktif ini berayun antara sumber dan beban. Untuk membantu memahami ini dengan lebih baik, semua kuasa ini diwakili dalam bentuk segitiga.
Secara matematik, S2 = P2 + Q2, dan faktor kuasa elektrik adalah kuasa aktif / kuasa nyata.
Istilah faktor kuasa muncul dalam litar AC sahaja. Secara matematik, ia adalah kosinus perbezaan fasa antara voltan sumber dan arus. Ia merujuk kepada pecahan daripada kuasa total (kuasa nyata) yang digunakan untuk melakukan kerja yang berguna dipanggil kuasa aktif.
Kebutuhan untuk Peningkatan Faktor Kuasa
Kuasa sebenar diberikan oleh P = VIcosφ. Arus elektrik adalah songsang dengan cosφ untuk memindahkan jumlah kuasa tertentu pada voltan tertentu. voltan. Oleh itu, semakin tinggi faktor kuasa, semakin rendah arus yang mengalir. Aliran arus yang kecil memerlukan luas penampang konduktor yang lebih kecil, dan seterusnya ia menghemat konduktor dan wang.
Dari hubungan di atas, kita lihat memiliki faktor kuasa yang buruk meningkatkan arus yang mengalir dalam konduktor, dan seterusnya hilang kuasa tembaga meningkat. Penurunan voltan yang besar berlaku dalam alternator, transformer elektrik, dan garis penghantaran dan pembagian – yang memberikan pengaturan voltan yang sangat buruk.
Rating KVA mesin juga dikurangi dengan memiliki faktor kuasa yang lebih tinggi, mengikut formula:
Oleh itu, saiz dan kos mesin juga dikurangi.
Inilah sebabnya faktor kuasa elektrik harus dikekalkan dekat dengan kesatuan – ia jauh lebih murah.
Terdapat tiga kaedah utama untuk meningkatkan faktor kuasa:
Bank Kapasitor
Kondensor Sinambung
Penggerak Fasa
Meningkatkan faktor kuasa bermaksud mengurangkan perbezaan fasa antara voltan dan arus. Sejak kebanyakan beban bersifat induktif, mereka memerlukan sejumlah kuasa reaktif untuk berfungsi.
Sebuah kapasitor atau bank kapasitor yang dipasang selari dengan beban menyediakan kuasa reaktif ini. Mereka bertindak sebagai sumber kuasa reaktif tempatan, dan seterusnya lebih sedikit kuasa reaktif mengalir melalui garis.
Bank kapasitor mengurangkan perbezaan fasa antara voltan dan arus.
Kondensor sinambung adalah motor sinambung 3 fasa tanpa beban yang dilekatkan pada porosnya.
