Hva er effektfaktor: Forbedring Formel og definisjon

Hva er effektfaktor?

I elektrisk teknikk defineres effektfaktoren (PF) i et AC-elsystem som forholdet mellom arbeidskraften (målt i kilowatt, kW) absorbert av belastningen til synlig effekt (målt i kilovoltampere, kVA) som strømmer gjennom kretsen. Effektfaktoren er et dimensjonsløst tall i det lukkede intervallet fra −1 til 1.

Den "ideelle" effektfaktoren er en (også referert til som "enhet"). Dette skjer når det ikke er reaktiv effekt gjennom kretsen, og dermed er synlig effekt (kVA) lik virkelig effekt (kW). En belastning med effektfaktor 1 er den mest effektive belastningen av strømforsyningen.

Det må imidlertid nevnes at dette ikke er realistisk, og effektfaktoren vil i praksis være mindre enn 1. Forskjellige effektfaktorkorreksjons-teknikker brukes for å hjelpe med å øke effektfaktoren til denne ideelle tilstanden.

For å forklare dette bedre, la oss ta et steg tilbake og snakke om hva effekt er.

Effekt er kapasiteten til å utføre arbeid. I det elektriske domenet er elektrisk effekt mengden elektrisk energi som kan overføres til en annen form (varme, lys, etc.) per enhet tid.

Matematisk sett er effektfaktoren produktet av spændingsfall over elementet og strøm som strømmer gjennom det.

Ved først å betrakte DC-kretser, som kun har DC- spenningskilder, oppfører seg induktivitetene og kapasitorer som kortslutninger og åpne kretser henholdsvis i stabiltilstand.

Derfor oppfører hele kretsen seg som en resistiv krets, og hele den elektriske effekten dissiperes i form av varme. Her er spenningen og strømmen i samme fase, og den totale elektriske effekten er gitt ved:

Nå kommer vi til AC-kretsen, her tilbyr både induktivitet og kapasitor en viss impedans gitt ved:

Induktiviteten lagrer elektrisk energi i form av magnetisk energi, og kapasitoren lagrer elektrisk energi i form av elektrostatisk energi. Ingen av dem dissiperer det. Videre er det en fasestiftelse mellom spenning og strøm.

Derfor, når vi betrakter hele kretsen bestående av en motstand, induktivitet og kapasitor, eksisterer det en viss fasedifferanse mellom kildespenningen og strømmen.

Cosinusen av denne fasedifferansen kalles elektrisk effektfaktor. Denne faktoren (-1 < cosφ < 1) representerer andelen av den totale effekten som brukes til å utføre nyttig arbeid.

Den andre andelen av elektrisk effekt lagres i form av magnetisk energi eller elektrostatisk energi i induktiviteten og kapasitoren henholdsvis.

Den totale effekten i dette tilfellet er:

Dette kalles synlig effekt, og dens enhet er VA (Volt-Amp) og betegnes med 'S'. En del av denne totale elektriske effekten som utfører vårt nyttige arbeid, kalles aktiv effekt. Vi betegner den med 'P'.

P = Aktiv effekt = Total elektrisk effekt.cosφ, og dens enhet er watt.

Den andre delen av effekten kalles reaktiv effekt. Reactiv effekt utfører ingen nyttig arbeid, men den er nødvendig for at aktivt arbeid skal utføres. Vi betegner den med 'Q' og matematisk er den gitt ved:

Q = Reactiv effekt = Total elektrisk effekt.sinφ, og dens enhet er VAR (Volt-Amp Reactive). Denne reaktive effekten oscillerer mellom kilde og last. For å forstå dette bedre, representeres alle disse effektene i form av en trekant.

Matematisk sett, S2 = P2 + Q2, og elektrisk effektfaktor er aktiv effekt / synlig effekt.

Effektfaktorforbedring

Terminen effektfaktor dukker opp bare i AC-kretser. Matematisk sett er det cosinusen av fasedifferansen mellom kilde-spenning og -strøm. Den refererer til andelen av total effekt (synlig effekt) som brukes til å utføre nyttig arbeid, kjent som aktiv effekt.

Begrunnelse for effektfaktorforbedring

• Reell effekt er gitt ved P = VIcosφ. Strømmen er invers proporsjonal med cosφ for overføring av en gitt mengde effekt ved en gitt spenning. Derfor, jo høyere effektfaktor, jo lavere vil strømmen være. Liten strømflyt krever mindre tverrsnitt av ledere, og dermed sparer man ledere og penger.

• Fra ovennevnte relasjon ser vi at en dårlig effektfaktor øker strømmen i en leder, og dermed øker kobbertapet. Stor spenningsnedgang forekommer i generator, elektrisk transformator, og overførings- og distribusjonslinjer – noe som gir svært dårlig spenningsregulering.

• KVA-rangeringen av maskiner reduseres også ved å ha en høyere effektfaktor, ifølge formelen:

Derfor reduseres størrelsen og kostnaden av maskinen.

Dette er grunnen til at elektrisk effektfaktor bør holdes nær enhet – det er betydelig billigere.

Metoder for effektfaktorforbedring

Det er tre hovedmetoder for å forbedre effektfaktoren:

• Kondensatordatabaser

• Synkron kondensatorer

• Faseforanleggere

Kondensatordatabaser

Å forbedre effektfaktoren betyr å redusere fasedifferansen mellom spenning og strøm. Ettersom de fleste belastningene er av induktiv natur, krever de en vis sum reaktiv effekt for å fungere.

En kondensator eller en bank av kondensatorer installert parallelt med belastningen leverer denne reaktive effekten. De fungerer som en lokal kilde til reaktiv effekt, og dermed flyter mindre reaktiv effekt gjennom linjen.

Kondensatordatabaser reduserer fasedifferansen mellom spenning og strøm.

Synkron kondensatorer