Wat is Vermogensfactor: Verbetering, Formule en Definitie
Wat is vermogensfactor?
In de elektrische techniek wordt de vermogensfactor (PF) van een wisselstroomkrachtvoorziening gedefinieerd als het verhouding van de werkzaam vermogen (gemeten in kilowatt, kW) dat door de belasting wordt opgenomen tot het schijnbaar vermogen (gemeten in kilovoltampère, kVA) dat door het circuit stroomt. De vermogensfactor is een dimensieloos getal in het gesloten interval van −1 tot 1.
De "ideale" vermogensfactor is één (ook wel "eenheid" genoemd). Dit is wanneer er geen reactief vermogen door het circuit stroomt, en dus het schijnbaar vermogen (kVA) gelijk is aan het werkelijke vermogen (kW). Een belasting met een vermogensfactor van 1 is de meest efficiënte belasting van de voeding.
Dat gezegd hebbende, is dit niet realistisch, en in de praktijk zal de vermogensfactor minder dan 1 zijn. Verschillende vermogensfactorcorrectietechnieken worden gebruikt om de vermogensfactor naar deze ideale toestand te verhogen.
Om dit beter uit te leggen, laten we een stap terug doen en praten over wat vermogen is.
Vermogen is de capaciteit om werk te verrichten. In de elektrische domein is elektrisch vermogen de hoeveelheid elektrische energie die per tijdseenheid kan worden overgebracht naar een andere vorm (warmte, licht, etc).
Wiskundig is de vermogensfactor het product van spanningsval over het element en stroom die door het loopt.
Bij het beschouwen van eerst de gelijkstroomcircuits, met alleen gelijkstroom spanningsbronnen, gedragen de spoelen en condensatoren zich respectievelijk als kortsluitingen en open circuits in stationaire toestand.
Daarom gedraagt het hele circuit zich als een weerstandschakeling en wordt het gehele elektrische vermogen in de vorm van warmte afgegeven. Hier zijn de spanning en stroom in dezelfde fase en het totale elektrische vermogen wordt gegeven door:
Nu komen we bij het wisselstroomcircuit, waar zowel de spoel als de condensator een bepaald impedantie bieden, gegeven door:
De spoel slaat elektrische energie op in de vorm van magnetische energie en de condensator slaat elektrische energie op in de vorm van elektrostatische energie. Geen van beiden verspreiden ze het. Verder is er een fasenverschuiving tussen spanning en stroom.
Dus wanneer we het hele circuit bestaande uit een weerstand, spoel en condensator beschouwen, bestaat er een bepaalde fasenverschuiving tussen de bronspanning en stroom.
De cosinus van deze fasenverschuiving wordt de elektrische vermogensfactor genoemd. Deze factor (-1 < cosφ < 1 ) vertegenwoordigt het deel van het totale vermogen dat wordt gebruikt om nuttig werk te doen.
Het andere deel van het elektrische vermogen wordt opgeslagen in de vorm van magnetische energie of elektrostatische energie in de spoel en condensator respectievelijk.
Het totale vermogen in dit geval is:
Dit wordt schijnbaar vermogen genoemd en de eenheid hiervan is VA (Volt-Amp) en wordt aangeduid met 'S'. Een fractie van dit totale elektrische vermogen dat ons nuttig werk doet, wordt actief vermogen genoemd. We geven het aan met 'P'.
P = Actief vermogen = Totale elektrische vermogen.cosφ en de eenheid is watt.
Het andere deel van het vermogen wordt reactief vermogen genoemd. Reactief vermogen doet geen nuttig werk, maar het is nodig voor het actieve werk. We geven het aan met 'Q' en wiskundig is het gegeven door:
Q = Reactief vermogen = Totale elektrische vermogen.sinφ en de eenheid is VAR (Volt-Amp Reactief). Dit reactieve vermogen oscilleert tussen bron en belasting. Om dit beter te begrijpen, worden al deze vermogens in de vorm van een driehoek weergegeven.
Wiskundig, S2 = P2 + Q2, en de elektrische vermogensfactor is actief vermogen / schijnbaar vermogen.
Vermogensfactor Verbetering
De term vermogensfactor komt alleen in wisselstroomcircuits aan bod. Wiskundig is het de cosinus van de fasenverschuiving tussen de bronspanning en -stroom. Het verwijst naar het deel van het totale vermogen (schijnbaar vermogen) dat wordt gebruikt om nuttig werk te doen, genaamd actief vermogen.
Noodzaak voor Vermogensfactor Verbetering
Echt vermogen wordt gegeven door P = VIcosφ. De elektrische stroom is omgekeerd evenredig met cosφ voor het overbrengen van een bepaalde hoeveelheid vermogen bij een bepaalde spanning. Daarom, hoe hoger de pf, des te kleiner zal de stroom zijn die stroomt. Een kleine stroom vereist een kleinere doorsnede van geleiders, waardoor geld bespaard wordt.
Uit de bovenstaande relatie zien we dat een slechte vermogensfactor de stroom die door een geleider stroomt, verhoogt, en daardoor neemt de koperverlies toe. Er treedt een grote spanningdaling op in de alternator, elektrische transformatoren en transport- en distributielijnen – wat een zeer slechte spanningregeling geeft.
De KVA-rating van machines wordt ook verlaagd door een hogere vermogensfactor, volgens de formule:
Daarom worden de grootte en kosten van de machine ook verlaagd.
Daarom moet de elektrische vermogensfactor dicht bij eenheid worden gehouden – het is aanzienlijk goedkoper.
Methoden voor Vermogensfactor Verbetering
Er zijn drie belangrijke manieren om de vermogensfactor te verbeteren:
Condensatorbanken
Synchrone Condensatoren
Faseversnellers
Condensatorbanken
Vermogensfactor verbeteren betekent de fasenverschuiving tussen spanning en stroom verminderen. Aangezien de meeste belastingen van inductieve aard zijn, hebben ze een bepaalde hoeveelheid reactief vermogen nodig om te functioneren.
Een condensator of bank van condensatoren die parallel aan de belasting is geïnstalleerd, levert dit reactieve vermogen. Ze fungeren als een bron van lokale reactieve vermogen, waardoor minder reactief vermogen door de lijn stroomt.
Condensatorbanken verminderen de fasenverschuiving tussen de spanning en stroom.
Synchrone Condensatoren
