อะไรคือ Power Factor: การปรับปรุง สูตร และนิยาม

พลังงานปัจจัยคืออะไร?

ในวิศวกรรมไฟฟ้า ปัจจัยพลังงาน (PF) ของระบบไฟฟ้า AC ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนระหว่างพลังงานที่ทำงาน (วัดเป็นกิโลวัตต์, kW) ที่โหลดดูดซับ และพลังงานที่เห็นได้ (วัดเป็นกิโลโวลต์แอมแปร์, kVA) ที่ไหลผ่านวงจร ปัจจัยพลังงานเป็นตัวเลขที่ไม่มีมิติอยู่ในช่วงปิดของ −1 ถึง 1

"ปัจจัยพลังงานที่สมบูรณ์แบบ" คือหนึ่ง (หรือเรียกว่า "ความเป็นหนึ่ง") นี่คือเมื่อไม่มีพลังงานปฏิกิริยาผ่านวงจร และดังนั้นพลังงานที่เห็นได้ (kVA) จะเท่ากับพลังงานจริง (kW) โหลดที่มีปัจจัยพลังงาน 1 เป็นการโหลดที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดของแหล่งจ่ายไฟ

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ความเป็นจริง และปัจจัยพลังงานจะน้อยกว่า 1 ในทางปฏิบัติ มีเทคนิคการปรับปรุงปัจจัยพลังงานต่าง ๆ ที่ใช้เพื่อช่วยเพิ่มปัจจัยพลังงานให้เข้าใกล้ความเป็นหนึ่ง

เพื่อช่วยอธิบายให้ดียิ่งขึ้น ลองย้อนกลับไปพูดถึงพลังงานคืออะไร

พลังงานคือความสามารถในการทำงาน ในด้านไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าคือปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่สามารถถ่ายโอนเป็นรูปแบบอื่น (ความร้อน แสง ฯลฯ) ต่อหน่วยเวลา

ทางคณิตศาสตร์ ปัจจัยพลังงานคือผลคูณของแรงดันตกคร่อมองค์ประกอบและกระแสที่ไหลผ่าน

พิจารณาวงจร DC ก่อน ซึ่งมีแต่แหล่งจ่ายไฟ DC อินดักเตอร์และคาปาซิเตอร์แสดงพฤติกรรมเหมือนวงจรป้อนตรงและวงจรเปิดตามลำดับในภาวะคงที่

ดังนั้นวงจรทั้งหมดแสดงพฤติกรรมเหมือนวงจรต้านทานและพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนที่นี่ แรงดันและกระแสอยู่ในเฟสเดียวกันและพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดกำหนดโดย:

มาถึงวงจร AC ที่นี่ทั้งอินดักเตอร์และคาปาซิเตอร์มีความต้านทานบางส่วน

อินดักเตอร์เก็บพลังงานไฟฟ้าในรูปของพลังงานแม่เหล็กและคาปาซิเตอร์เก็บพลังงานไฟฟ้าในรูปของพลังงานสถิต ไม่มีใครปล่อยพลังงาน นอกจากนี้ยังมีการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันและกระแส

ดังนั้นเมื่อเราพิจารณาวงจรทั้งหมดที่ประกอบด้วยตัวต้านทาน อินดักเตอร์ และคาปาซิเตอร์ จะมีความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันแหล่งจ่ายและกระแส

โคไซน์ของความแตกต่างเฟสนี้เรียกว่า ปัจจัยพลังงานไฟฟ้า ปัจจัยนี้ (-1 < cosφ < 1 ) แสดงถึงเศษส่วนของพลังงานทั้งหมดที่ใช้ทำงานที่มีประโยชน์

เศษส่วนอื่นของพลังงานไฟฟ้าถูกเก็บในรูปของพลังงานแม่เหล็กหรือพลังงานสถิตในอินดักเตอร์และคาปาซิเตอร์ตามลำดับ

พลังงานรวมในกรณีนี้คือ:

นี่เรียกว่า พลังงานที่เห็นได้ และหน่วยของมันคือ VA (โวลต์แอมแปร์) และระบุโดย 'S' เศษส่วนของพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ทำงานที่มีประโยชน์เรียกว่าพลังงานจริง เราระบุด้วย 'P'

P = พลังงานจริง = พลังงานไฟฟ้าทั้งหมด.cosφ และหน่วยคือวัตต์

เศษส่วนอื่นของพลังงานเรียกว่าพลังงานปฏิกิริยา พลังงานปฏิกิริยาไม่ทำงานที่มีประโยชน์ แต่จำเป็นสำหรับการทำงานที่มีประโยชน์ เราระบุด้วย 'Q' และทางคณิตศาสตร์กำหนดโดย:

Q = พลังงานปฏิกิริยา = พลังงานไฟฟ้าทั้งหมด.sinφ และหน่วยคือ VAR (โวลต์แอมแปร์ปฏิกิริยา) พลังงานปฏิกิริยานี้แกว่งระหว่างแหล่งจ่ายและโหลด เพื่อช่วยให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น กำลังทั้งหมดเหล่านี้ถูกแทนที่ด้วยรูปสามเหลี่ยม

ทางคณิตศาสตร์ S2 = P2 + Q2, และ ปัจจัยพลังงานไฟฟ้า คือพลังงานจริง / พลังงานที่เห็นได้

การปรับปรุงปัจจัยพลังงาน

คำว่าปัจจัยพลังงานเข้ามาในภาพเฉพาะในวงจร AC เท่านั้น ทางคณิตศาสตร์คือโคไซน์ของความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันแหล่งจ่ายและกระแส มันหมายถึงเศษส่วนของพลังงานทั้งหมด (พลังงานที่เห็นได้) ที่ใช้ทำงานที่มีประโยชน์เรียกว่าพลังงานจริง

ความจำเป็นในการปรับปรุงปัจจัยพลังงาน

• พลังงานจริงกำหนดโดย P = VIcosφ กระแสไฟฟ้ามีความสัมพันธ์ผกผันกับ cosφ สำหรับการถ่ายโอนพลังงานจำนวนหนึ่งที่แรงดันแน่นอน ดังนั้น ยิ่งปัจจัยพลังงานสูง กระแสที่ไหลจะน้อยลง การไหลของกระแสที่น้อยต้องการพื้นที่หน้าตัดของสายนำน้อย และดังนั้นประหยัดสายนำและเงิน

• จากความสัมพันธ์ดังกล่าว เราเห็นว่าการมีปัจจัยพลังงานที่ไม่ดีทำให้กระแสที่ไหลในสายนำเพิ่มขึ้น และดังนั้นการสูญเสียทองแดงเพิ่มขึ้น แรงดันลดลงอย่างมากในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า และสายส่งและกระจาย – ซึ่งทำให้การควบคุมแรงดันไม่ดี

• การจัดเรต KVA ของเครื่องจักรยังลดลงด้วยการมีปัจจัยพลังงานที่สูง ตามสูตร:

ดังนั้นขนาดและค่าใช้จ่ายของเครื่องจักรยังลดลง

นี่คือเหตุผลที่ปัจจัยพลังงานควรรักษาไว้ใกล้เคียงกับหนึ่ง – มันถูกกว่าอย่างมาก

วิธีการปรับปรุงปัจจัยพลังงาน

มีวิธีการหลักสามวิธีในการปรับปรุงปัจจัยพลังงาน:

• ธนาคารคาปาซิเตอร์

• คอนเดนเซอร์ซิงโครนัส

• เฟสแอดแวนเซอร์

ธนาคารคาปาซิเตอร์

การปรับปรุงปัจจัยพลังงานหมายถึงการลดความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันและกระแส เนื่องจากโหลดส่วนใหญ่มีลักษณะเหนี่ยวนำ พวกเขาต้องการพลังงานปฏิกิริยาบางส่วนเพื่อให้ทำงาน

คาปาซิเตอร์หรือธนาคารคาปาซิเตอร์ที่ติดตั้งขนานกับโหลดให้พลังงานปฏิกิริยานี้ พวกเขาทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานปฏิกิริยาท้องถิ่น และดังนั้นมีพลังงานปฏิกิริยาน้อยที่ไหลผ่านสาย

ธนาคารคาปาซิเตอร์ลดความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันและกระแส

คอนเดนเซอร์ซิงโครนัส

คอนเดนเซอร์ซิงโครนัสคือมอเตอร์ซิงโครนัส 3 เฟสที่ไม่มีโหลดติดตั้งบนแกนของมัน

มอเต