Šta je faktor snage: poboljšanje formule i definicija

Šta je faktor snage?

U elektronskom inženjeringu, faktor snage (PF) sistema za prenos napona i struje u AC mreži definiše se kao odnos radne snage (merene u kilovatima, kW) apsorbirane opterećenjem i očigledne snage (merene u kilovoltamperima, kVA) koja teče kroz krug. Faktor snage je bezdimenzioni broj u zatvorenom intervalu od −1 do 1.

„Idealni“ faktor snage je jedan (takođe poznat kao „jedinstvo“). To je kada nema reaktivne snage kroz krug, i stoga očigledna snaga (kVA) jednaka je realnoj snazi (kW). Opterećenje sa faktorom snage od 1 predstavlja najefikasnije opterećenje isporuke.

Ipak, to nije realistično, i faktor snage u praksi će biti manji od 1. Različite tehnike popravke faktora snage se koriste kako bi se povećao faktor snage do ovog idealnog stanja.

Da bismo bolje objasnili ovo, hajde da se vratimo unazad i razgovaramo o tome šta je snaga.

Snaga je kapacitet da se vrši rad. U električnom domenu, električna snaga predstavlja količinu električne energije koja može biti prenesena u neku drugu formu (toplina, svetlost, itd.) po jedinici vremena.

Matematički, faktor snage je proizvod padanja napona preko elementa i struje koja teče kroz njega.

Razmotrimo prvo DC krugove, koji imaju samo DC naponske izvore, induktori i kondenzatori se ponašaju kao kratka spojnica i otvorena spojnica redom u stabilnom stanju.

Stoga ceo krug ponaša se kao otporni krug i cela električna snaga se rasipa u obliku topline. Ovdje su napon i struja u istoj fazi i ukupna električna snaga dana je sa:

Sada krenimo na AC krug, ovdje i induktor i kondenzator nude određeni opor, dat sa:

Induktor čuva električnu energiju u obliku magnetne energije, a kondenzator čuva električnu energiju u obliku elektrostatičke energije. Nijedan od njih ne rasipa energiju. Takođe, postoji fazni pomak između napona i struje.

Stoga, kada razmotrimo ceo krug koji sastoji se od otpornika, induktora i kondenzatora, postoji neka razlika u fazi između izvornog napona i struje.

Kosinus ove razlike u fazi naziva se električni faktor snage. Ovaj faktor (-1 < cosφ < 1 ) predstavlja deo ukupne snage koji se koristi za korisni rad.

Drugi deo električne snage čuva se u obliku magnetne ili elektrostatičke energije u induktoru i kondenzatoru redom.

Ukupna snaga u ovom slučaju je:

Ovo se naziva očigledna snaga i njena jedinica je VA (Volt-Amp) i označava se sa 'S'. Deo ove ukupne električne snage koji vrši korisni rad naziva se aktivna snaga. Označavamo je sa 'P'.

P = Aktivna snaga = Ukupna električna snaga.cosφ i njena jedinica je vat.

Drugi deo snage naziva se reaktivna snaga. Reactivna snaga ne vrši korisni rad, ali je potrebna da se vrši aktivni rad. Označavamo je sa 'Q' i matematički se daje sa:

Q = Reactivna snaga = Ukupna električna snaga.sinφ i njena jedinica je VAR (Volt-Amp Reaktivna). Ova reaktivna snaga osciluje između izvora i opterećenja. Da bismo bolje razumeli, sve ove snage predstavljene su u obliku trougla.

Matematički, S2 = P2 + Q2, a električni faktor snage je aktivna snaga / očigledna snaga.

Popravka faktora snage

Termin faktor snage dolazi u igru samo u AC krugovima. Matematički, to je kosinus razlike u fazi između izvornog napona i struje. On se odnosi na deo ukupne snage (očigledne snage) koja se koristi za korisni rad, što se naziva aktivna snaga.

Potreba za popravkom faktora snage

• Aktivna snaga data je sa P = VIcosφ. Električna struja je obrnuto proporcionalna cosφ za prenos određene količine snage na određenoj naponu. Stoga, veći faktor snage znači manju struju koja teče. Manja struja zahteva manju površinu presjeka vodilaca, i time štedi materijal i novac.

• Iz gornje relacije vidimo da loš faktor snage povećava struju koja teče kroz vodilac, i time porasta gubitak u bakru. Veliki pad napona događa se u alternatoru, električnim transformatorima i linijama za prenos i distribuciju - što daje vrlo lošu regulaciju napona.

• KVA ocena mašina takođe se smanjuje imajući viši faktor snage, prema formuli:

Stoga, veličina i cena mašine takođe se smanjuju.

Zato faktor snage treba održavati blizu jedinice - to je znatno jeftinije.

Metode popravke faktora snage

Postoje tri glavna načina popravke faktora snage:

• Banke kondenzatora

• Sinkroni kondenzatori

• Fazni naprednici

Banke kondenzatora

Popravka faktora snage znači smanjenje razlike u fazi između napona i struje. Budući da su većina opterećenja induktivne prirode, one zahtevaju određenu količinu reaktivne snage da bi funkcirale.

Kondenzator ili banka kondenzatora instalirani paralelno sa opterećenjem pružaju ovu reaktivnu snagu. Oni djeluju kao lokalni izvor reaktivne snage, i stoga manja količina reaktivne snage teče kroz liniju.

Banke kondenzatora smanjuju razliku u fazi između napona i struje.

Sinkroni kondenzatori

Sinkroni kondenzatori