Ano ang Power Factor: Pagpapahusay, Formula at Definisyon

Ano ang Power Factor?

Sa electrical engineering, ang power factor (PF) ng isang AC electrical power system ay inilalarawan bilang ratio ng working power (na sinusukat sa kilowatts, kW) na inaabsorb ng load sa apparent power (na sinusukat sa kilovolt amperes, kVA) na umuusbong sa circuit. Ang power factor ay isang dimensionless number sa saradong interval ng −1 hanggang 1.

Ang "ideal" na power factor ay isa (tinatawag din bilang "unity"). Ito ang nangyayari kapag walang reactive power sa circuit, at kaya ang apparent power (kVA) ay katumbas ng real power (kW). Ang isang load na may power factor na 1 ay ang pinakaepektibong paglo-load ng supply.

Ngunit hindi ito realistiko, at ang power factor sa praktika ay mas mababa kaysa 1. Ginagamit ang iba't ibang power factor correction techniques upang tulungan ang pagtaas ng power factor sa ideal na estado.

Upang mas maunawaan ito, ipagpalagay natin at pag-usapan natin kung ano ang power.

Ang power ay ang kapasidad na gawin ang trabaho. Sa electrical domain, ang electrical power ay ang halaga ng electrical energy na maaaring ilipat sa ibang anyo (heat, light, etc) per unit of time.

Matematikal ang power factor ay ang produkto ng voltage drop sa element at current na umuusbong dito.

Una, sa DC circuits, na may DC voltage sources lamang, ang mga inductors at capacitors ay gumagana bilang short circuits at open circuits, respectively, sa steady-state.

Kaya ang buong circuit ay gumagana bilang resistive circuit at ang buong electrical power ay dissipated sa anyo ng heat. Dito ang voltage at current ay nasa parehong phase at ang kabuuang electrical power ay ibinibigay ng:

Ngayon sa AC circuit, dito ang inductor at capacitor ay nagbibigay ng tiyak na amount ng impedance na ibinibigay ng:

Ang inductor ay nagsasave ng electrical energy sa anyo ng magnetic energy at ang capacitor ay nagsasave ng electrical energy sa anyo ng electrostatic energy. Walang dalawang ito ang dissipates ito. Bukod dito, may phase shift sa pagitan ng voltage at current.

Kaya kapag tayo ay inisip ang buong circuit na binubuo ng resistor, inductor, at capacitor, mayroong phase difference sa pagitan ng source voltage at current.

Ang cosine ng phase difference na ito ay tinatawag na electrical power factor. Ang factor na ito (-1 < cosφ < 1 ) ay kinakatawan ang bahagi ng kabuuang power na ginagamit para gawin ang useful work.

Ang iba pang bahagi ng electrical power ay nai-save sa anyo ng magnetic energy o electrostatic energy sa inductor at capacitor, respectively.

Ang kabuuang power sa kasong ito ay:

Ito ang tinatawag na apparent power at ang unit nito ay VA (Volt-Amp) at inidikado ng 'S'. Ang bahagi ng kabuuang electrical power na gumagawa ng useful work ay tinatawag na active power. Inidikado natin ito bilang 'P'.

P = Active power = Kabuuang electrical power.cosφ at ang unit nito ay watt.

Ang iba pang bahagi ng power ay tinatawag na reactive power. Ang reactive power ay hindi gumagawa ng useful work, ngunit ito ang kailangan para magawa ang active work. Inidikado natin ito bilang 'Q' at matematikal ay ibinibigay ng:

Q = Reactive power = Kabuuang electrical power.sinφ at ang unit nito ay VAR (Volt-Amp Reactive). Ang reactive power na ito ay oscillates sa pagitan ng source at load. Upang mas maintindihan ito, lahat ng mga power na ito ay inirerepresent sa anyo ng triangle.

Matematikal, S2 = P2 + Q2, at ang electrical power factor ay active power / apparent power.

Pag-improve ng Power Factor

Ang termino ng power factor ay nagsisimula sa AC circuits lang. Matematikal ito ay ang cosine ng phase difference sa pagitan ng source voltage at current. Ito ay tumutukoy sa fraction ng kabuuang power (apparent power) na ginagamit para gawin ang useful work na tinatawag na active power.

Narito ang mga dahilan kung bakit kailangan ang Pag-improve ng Power Factor

• Ang real power ay ibinibigay ng P = VIcosφ. Ang electrical current ay inversely proportional sa cosφ para ilipat ang tiyak na amount ng power sa tiyak na voltage. Kaya, ang mas mataas ang pf, mas mababa ang current na umuusbong. Ang maliit na current flow ay nangangailangan ng mas maliit na cross-sectional area ng conductors, at kaya ito ay nakakatipid sa conductors at pera.

• Mula sa relasyon na ito, makikita natin na ang mahina na power factor ay nagdudulot ng pagtaas ng current na umuusbong sa conductor, at kaya ang copper loss ay lumalaki. Ang malaking voltage drop ay nangyayari sa alternator, electrical transformer, at transmission, at distribution lines – na nagbibigay ng napakamahusay na voltage regulation.

• Ang KVA rating ng mga machines ay din nababawasan sa pamamagitan ng mas mataas na power factor, ayon sa formula:

Kaya, ang laki at gastos ng machine ay din nababawasan.

Dahil dito, ang electrical power factor ay dapat na mapanatili malapit sa unity – ito ay mas mura.

Mga Paraan ng Pag-improve ng Power Factor

May tatlong pangunahing paraan para mapabuti ang power factor:

• Capacitor Banks

• Synchronous Condensers

• Phase Advancers

Capacitor Banks

Ang pag-improve ng power factor ay nangangahulugan ng pagbabawas ng phase difference sa pagitan ng voltage at current. Dahil ang karamihan sa mga load ay inductive, sila ay nangangailangan ng ilang amount ng reactive power para sila ay maging functional.

Ang capacitor o bank of capacitors na installed parallel sa load ay nagbibigay ng reactive power na ito. Sila ay gumagana bilang source ng lokal na reactive power, at kaya mas maliit na reactive power ang umuusbong sa line.

Ang capacitor banks ay nagbabawas ng phase difference sa pagitan ng voltage at current.

Synchronous Condensers

Ang synchronous condensers ay 3-phase synchronous motors na walang load na attached sa kanilang shaft.