Kaj je faktor moči?
V elektrotehniki je faktor moči (FM) AC električnega sistema definiran kot razmerje med delovno močjo (merjeno v kilovatih, kW), ki jo prenaša opta, in očitno močjo (merjeno v kilovoltamperih, kVA), ki teče skozi krilo. Faktor moči je brezrazsežno število v zaprtom intervalu od −1 do 1.
"Idealni" faktor moči je en (tudi znani kot "enotnost"). To se zgodi, ko ni reaktivne moči skozi krilo, zato je očitna moč (kVA) enaka realni moči (kW). Opta z faktorjem moči 1 je najbolj učinkovita opta oskrbe.
To pa ni realistično, in faktor moči bo v praksi manjši od 1. Za povečanje faktorja moči na ta idealni stanje se uporabljajo različne tehnike popravka faktorja moči.
Za lažje razumevanje, stopimo nazaj in govorimo o tem, kaj je moč.
Moč je zmogljivost za opravljanje dela. V elektrotehniki je električna moč količina električne energije, ki se lahko prenese v drugo obliko (toplota, svetlobo itd.) na enoto časa.
Matematično je faktor moči produkt padca napetosti na elementu in toka, ki teče skozi njega.
Razmislimo o DC krilah, ki imajo le DC napetostne vire, induktorji in kapacitorji v stacionarnem stanju delujejo kot kratki krili in odprti krili, zlasti.
Toda celotno krilo deluje kot upornostno krilo in celotna električna moč se izraza v obliki toplote. Tukaj sta napetost in tok v isti fazi in celotna električna moč je dana z:
Sedaj pri AC krilu, tu obe induktorju in kapacitorju ponujata določeno količino impedanc, podane s:
Induktor shranjuje električno energijo v obliki magnetne energije, kapacitor pa shranjuje električno energijo v obliki elektrostatične energije. Nobeden od njih ga ne izteče. Poleg tega obstaja fazni pomik med napetostjo in tokom.
Torej, ko upoštevamo celotno krilo, sestavljeno iz upornika, induktorja in kapacitorja, obstaja nek fazni razlik med virsko napetostjo in tokom.
Kosinus tega faznega razlika se imenuje električni faktor moči. Ta faktor (-1 < cosφ < 1 ) predstavlja delež celotne moči, ki se uporablja za koristno delo.
Drugi delež električne moči je shranjen v obliki magnetne ali elektrostatične energije v induktorju in kapacitorju, zlasti.
Celotna moč v tem primeru je:
To se imenuje očitna moč in njena enota je VA (Volt-Amp) in označena z 'S'. Del tega celotnega električnega moč, ki opravlja naše koristno delo, se imenuje aktivna moč. Označujemo jo z 'P'.
P = Aktivna moč = Celotna električna moč.cosφ in njena enota je vat.
Drugi del moči se imenuje reaktivna moč. Reactivna moč ne opravlja nobenega koristnega dela, toda je potrebna za aktivno delo. Označujemo jo z 'Q' in matematično je podana z:
Q = Reaktivna moč = Celotna električna moč.sinφ in njena enota je VAR (Volt-Amp Reactive). Ta reaktivna moč oscilira med virm in opto. Za boljše razumevanje so vse te moči predstavljene v obliki trikota.
Matematično, S2 = P2 + Q2, in električni faktor moči je aktivna moč / očitna moč.
Izraz faktor moči nastopa samo v AC krilih. Matematično je kosinus faznega razlika med virsko napetostjo in tokom. Nanaša se na delež celotne moči (očitne moči), ki se uporablja za koristno delo, imenovan aktivna moč.
Potreba po izboljšanju faktorja moči
Aktivna moč je podana z P = VIcosφ. Električni tok je obratno sorazmeren s cosφ za prenos določene količine moči na določeno napetost. Zato večji faktor moči manjši bo tok, ki teče. Manjši tok, ki teče, zahteva manjšo prečno ploskev vodil, kar pomeni manjše stroške.
Iz zgornjega odnosa vidimo, da slab faktor moči poveča tok, ki teče v vodilu, in tako poveča izgube v bakru. Velik padec napetosti nastane v alternatorju, električnem transformatorju in vodilu za prenos in distribucijo – kar povzroča zelo slabo regulacijo napetosti.
KVA ocena strojev se tudi zmanjša z višjim faktorjem moči, glede na formulo:
Torej, velikost in strošek stroja se tudi zmanjšata.
Zato bi morali vzdrževati električni faktor moči blizu enote – to je bistveno cenejše.
Obstajajo tri glavne metode za izboljšanje faktorja moči:
Banke kondenzatorjev
Sinkronni kondenzatorji
Fazni pospeševalniki
Izboljšanje faktorja moči pomeni zmanjšanje faznega razlika med napetostjo in tokom. Ker je večina opt pretežno induktivne narave, za njihovo delovanje potrebujejo nekaj količine reaktivne moči.
Kondenzator ali banka kondenzatorjev, nameščen paralelno z opto, zagotavlja to reaktivno moč. Dejstvujejo kot lokalni vir reaktivne moči, zato manj reaktivne moči teče skozi vodilo.
Banke kondenzatorjev zmanjšujejo fazni razlik med napetostjo in tokom.
