Güç Faktörü Nedir: İyileştirme Formül ve Tanım

Güç faktörü nedir?

Elektrik mühendisliğinde, bir AC elektrik güç sisteminin güç faktörü (PF), yük tarafından emilen çalışma gücü (kilowatt, kW olarak ölçülen) ile devrede akan görünür güç (kilovolt amper, kVA olarak ölçülen) arasındaki orandır. Güç faktörü, -1 ile 1 arasındaki kapalı aralıkta bir boyutsuz sayıdır.

“İdeal” güç faktörü bir (ayrıca “birlik” olarak da adlandırılır). Bu, devrede reaktif güç olmadığını ve bu nedenle görünür güç (kVA) gerçek güce (kW) eşit olduğudur. Bir güç faktörü 1 olan yük, tedariki en etkin şekilde yükler.

Bununla birlikte bu gerçekçi değildir ve güç faktörü uygulamada 1'den daha düşük olacaktır. Çeşitli güç faktörü düzeltme teknikleri, güç faktörünü bu ideal duruma getirmeye yardımcı olmak için kullanılır.

Bu konuyu daha iyi açıklamak için, geriye doğru bir adım atıp gücün ne olduğunu konuşalım.

Güç, iş yapma kapasitesidir. Elektrik alanında, elektrik gücü, birim zaman içinde başka bir forma (ısının, ışığın vb.) aktarılabilen elektrik enerjisinin miktarıdır.

Matematiksel olarak, güç faktörü, elemanın üzerinden geçen gerilim düşümünün ve ondan geçen akımın çarpımıdır.

Öncelikle DC devrelerini düşünerek, sadece DC gerilim kaynaklarına sahip olan indüktörler ve kondansatörler, durağan halde sırasıyla kısa devre ve açık devre gibi davranır.

Bu nedenle tüm devre dirençli bir devre gibi davranır ve tüm elektrik gücü ısı şeklinde dağılır. Burada gerilim ve akım aynı fazdadır ve toplam elektrik gücü şu şekilde verilir:

Şimdi AC devresine gelince, burada hem indüktör hem de kondansatör belirli bir empedans sunar:

Indüktör, elektrik enerjisini manyetik enerji şeklinde depolar ve kondansatör, elektrik enerjisini elektrostatik enerji şeklinde depolar. Her ikisi de bunu dağıtmaz. Ayrıca, gerilim ve akım arasında bir faz farkı vardır.

Dolayısıyla, bir direnç, indüktör ve kondansatörden oluşan tüm devrede, kaynak gerilimi ve akım arasında bir faz farkı mevcuttur.

Bu faz farkının kosinüsü, elektrik güç faktörü olarak adlandırılır. Bu faktör (-1 < cosφ < 1 ) toplam gücün faydalı işi yapan kısmını temsil eder.

Diğer kısmının elektrik gücü, indüktör ve kondansatör içerisinde sırasıyla manyetik enerji veya elektrostatik enerji şeklinde depolanır.

Bu durumda toplam güç şöyledir:

Bu, görünür güç olarak adlandırılır ve birim VA (Volt-Amp) ve 'S' ile gösterilir. Toplam elektrik gücünün faydalı işi yapan kısmı, etkin güç olarak adlandırılır. Bunu 'P' ile gösteririz.

P = Etkin güç = Toplam elektrik güç.cosφ ve birimi watt'tır.

Güçün diğer bölümü reaktif güç olarak adlandırılır. Reaktif güç, faydalı iş yapmaz, ancak etkin işin yapılması için gereklidir. Bunu 'Q' ile gösteririz ve matematiksel olarak şöyle verilir:

Q = Reaktif güç = Toplam elektrik güç.sinφ ve birimi VAR (Volt-Amp Reaktif)'dir. Bu reaktif güç, kaynak ve yük arasında salınırlar. Daha iyi anlayabilmek için, tüm bu güçler bir üçgen şeklinde gösterilir.

Matematiksel olarak, S2 = P2 + Q2, ve elektrik güç faktörü etkin güç / görünür güce eşittir.

Güç Faktörü İyileştirmesi

Güç faktörü terimi, sadece AC devrelerinde ortaya çıkar. Matematiksel olarak, bu, kaynak gerilimi ve akım arasındaki faz farkının kosinüsüdür. Toplam güç (görünür güç)ten faydalı işi yapan kısmına etkin güç denir.

Güç Faktörü İyileştirmesine İhtiyaç

• Etkin güç P = VIcosφ ile verilir. Belirli bir voltajda belirli bir güç transferi için elektrik akımı, cosφ ile ters orantılıdır. Dolayısıyla, güç faktörü ne kadar yüksekse, akım o kadar düşük olur. Küçük bir akım akışı, iletkenlerin daha az kesit alanına ihtiyaç duyar ve böylece iletkenleri ve parayı tasarruf eder.

• Yukarıdaki ilişkiden, güç faktörünün düşük olması, iletkenlerde akımın arttığını ve böylece bakır kaybının arttığını görüyoruz. Alternatör, elektrik transformatöründe, iletim ve dağıtım hatlarında büyük bir gerilim düşümü oluşur - bu, çok kötü bir gerilim düzenlemesi sağlar.

• Makinelerin KVA derecesi, daha yüksek bir güç faktörü ile, aşağıdaki formülle azalır:

Bu nedenle, makinenin boyutu ve maliyeti de azalır.

Bu yüzden, elektrik güç faktörünün birliğe yakın tutulması gerekir - bu, önemli ölçüde daha ucuzdur.

Güç Faktörü İyileştirme Yöntemleri

Güç faktörünü iyileştirmenin üç ana yolu vardır:

• Kondansatör Bankaları

• Senkron Sürgütleyiciler

• Faz İleriye Taşıyıcılar

Kondansatör Bankaları

Güç faktörünü iyileştirmek, gerilim ve akım arasındaki faz farkını azaltmak demektir. Yüklerin çoğunluğu indüktif doğası olduğundan, işlevlerini yerine getirmek için bazı miktarda reaktif gücü gerektirirler.

Yükün paralelinde kurulan bir kondansatör veya kondansatör bankası, bu reaktif gücü sağlar. Yerel reaktif güç kaynağı olarak görev yaparlar ve bu nedenle daha az reaktif güç hat üzerinden akar.

Kondansatör bankaları, gerilim ve akım arasındaki faz farkını azaltır.

Senkron Sürgütleyiciler

Senkron sürgütleyiciler, şaftlarına hiçbir yük bağlanmayan üç fazlı senkron motorlardır.

Senkron motor, anyonlama bağlı olarak önde, geride veya birlikte herhangi bir güç faktörü altında çalışabilir. Indüktif yükler için, bir senkron sürgütleyici, yük tarafına bağlanır ve aşırı anyonlanır.

Senkron sürgütleyiciler, kondansatör gibi davran