Leistungsfaktor erklärt. In diesem Tutorial betrachten wir den Leistungsfaktor. Wir erfahren, was der Leistungsfaktor ist, was der gute und der schlechte Leistungsfaktor sind, wie der Leistungsfaktor verglichen wird, die Ursachen des Leistungsfaktors, warum und wie der Leistungsfaktor behoben werden kann, sowie einige Beispielberechnungen, die Ihnen beim Erlernen der Elektrotechnik helfen.
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Also, was ist der Leistungsfaktor?

Power faktor ist eine einheit-weniger anzahl verwendet in wechselstrom schaltungen, es kann verwendet werden, um beziehen sich auf ein einzelnes stück von ausrüstung wie eine induktion motor oder für den Stromverbrauch eines ganzen Gebäudes. In beiden Fällen stellt es das Verhältnis zwischen Wirkleistung und Scheinleistung dar. Die Formel ist PF = kW / KVA. Also, was bedeutet das?

Meine Lieblingsanalogie, um dies zu erklären, ist die Bieranalogie.

Wir zahlen für ein Bier im Glas, aber im Glas gibt es sowohl Bier als auch Schaum. Je mehr Bier wir haben, desto weniger Schaum gibt es, so dass wir ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bekommen. Wenn es viel Schaum gibt, gibt es nicht viel Bier und wir bekommen kein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.

Das Bier repräsentiert unsere wahre Leistung oder unsere kW, Kilowatt. Das ist das nützliche Zeug, das wir wollen und brauchen, das macht die Arbeit.

Der Schaum stellt unsere Blindleistung oder unsere kVAr, Kilovolt-Ampere reaktiv. Das ist das nutzlose Zeug, es wird immer etwas geben und wir müssen dafür bezahlen, aber wir können es nicht benutzen, also wollen wir nicht zu viel davon. (es hat tatsächlich einen Nutzen und Zweck, aber wir werden später sehen, warum)

Die Kombination dieser kW und kVAr ist unsere Scheinleistung oder unsere kVA. kilovolt-Ampere

Der Leistungsfaktor ist daher das Verhältnis von Nutzleistung oder Wirkleistung in kW geteilt durch das, wofür wir in kVA berechnet werden. Es sagt uns also, wie viel Preis-Leistungs-Verhältnis wir für die Energie erhalten, die wir verbrauchen.

Wenn wir sehr kurz auf elektrotechnische Begriffe eingehen, könnte dies als Potenzdreieck ausgedrückt werden. In diesem Fall zeichne ich es als führenden Leistungsfaktor, da es einfacher zu visualisieren ist. Das Bier oder die wahre Kraft ist die benachbarte Linie, dann haben wir den Schaum, der die Blindleistung auf der gegenüberliegenden Seite ist, dann für die Hypotenusenseite, die die längste Seite ist, haben wir die Scheinleistung, dies ist in einem Winkel von der wahren Kraft, der Winkel ist bekannt als Theta.

Mit zunehmender Blindleistung oder dem Schaum steigt auch die Scheinleistung oder kVA. Wir könnten dann Trigonometrie verwenden, um dieses Dreieck zu berechnen, Ich werde nicht in diesem Artikel, da ich nur die Grundlagen bedecke, also werden wir nur die Formeln sehen, die Sie brauchen, aber wir werden später in diesem Artikel einige Berechnungen und Arbeitsbeispiele machen.

Wenn wir uns eine typische Stromrechnung für Privathaushalte ansehen, sehen wir normalerweise nur eine Gebühr für die Menge der verwendeten kWh, da der Leistungsfaktor und der Stromverbrauch sehr niedrig sind.

Auf kommerziellen und industriellen Stromrechnungen, insbesondere in Gebäuden mit intelligenten oder Intervallstromzählern, werden jedoch wahrscheinlich Gebühren und Informationen für die Menge der verwendeten kW, kWh, kVA und kVArh angezeigt. Insbesondere in großen Gebäuden werden häufig auch Blindleistungsgebühren erhoben, Dies hängt jedoch vom Stromversorger ab.

Der Grund, warum sie eine Strafe dafür verlangen, ist, dass große Verbraucher, wenn sie schlechte Leistungsfaktoren haben, den Stromfluss durch das Stromnetz erhöhen und Spannungsabfälle verursachen, die den Stromverbrauch verringern die lieferanten verteilung kapazität und hat eine klopfen auf wirkung für andere kunden. Kabel sind für eine bestimmte Menge an Strom ausgelegt, die durch sie fließt. Wenn also viele große Verbraucher mit schlechten Leistungsfaktoren verbunden sind, können die Kabel überlastet werden, sie könnten Schwierigkeiten haben, Nachfrage und Kapazität zu erfüllen, und keine neuen Kunden können eine Verbindung herstellen, bis sie entweder die Kabel ersetzen oder zusätzliche Kabel installieren.

Blindleistungsladungen treten auf, wenn der Leistungsfaktor eines Gebäudes unter ein bestimmtes Niveau fällt, dieses Niveau wird vom Stromversorger definiert, beginnt aber typischerweise bei etwa 0,95 und darunter.

Ein perfekter Leistungsfaktor wäre 1,0, in Wirklichkeit ist dies jedoch fast unmöglich zu erreichen. Wir werden später im Video darauf zurückkommen.

In großen Gewerbegebäuden liegt der Gesamtleistungsfaktor wahrscheinlich in den folgenden Kategorien

Ein guter Leistungsfaktor liegt im Allgemeinen zwischen 1,0 und 0,95

Ein schlechter Leistungsfaktor liegt zwischen 0,95 und 0,85

Ein schlechter Leistungsfaktor liegt unter 0,85.

Gewerbliche Bürogebäude liegen normalerweise zwischen 0,98 und 0,92, Industriegebäude können bis zu 0,7 betragen. Wir werden uns in Kürze ansehen, was dies verursacht.

Wenn wir vergleichen zwei induktion motoren, beide haben eine leistung von 10kW und sind verbunden zu einem drei phase 415V 50Hz Versorgung. Einer hat einen Leistungsfaktor von 0,87 und der andere einen Leistungsfaktor von 0,92

Beide Motoren liefern 10 kW Arbeit, aber der erste Motor hat einen niedrigeren Leistungsfaktor als der zweite, was bedeutet, dass wir nicht so viel bekommen Wert für Geld.

Der erste Motor muss 11,5 kVA aus dem Stromnetz ziehen, um die 10 kW Leistung bereitzustellen.

Der zweite Motor muss nur 10,9 kVA aus dem Stromnetz ziehen, um die 10 kW Leistung bereitzustellen.

Das bedeutet, der erste Motor hat 5,7 kVAr und der zweite Motor hat nur 4,3 kVAr.

Denken Sie daran, unsere kW ist das Bier, das das nützliche Zeug ist. Der kVAr ist der Schaum, das ist das nicht so nützliche Zeug. Die kVA ist das, wofür wir bezahlen werden, und das ist die kW + die kVAr.

Wie habe ich das berechnet?

Für kVA habe ich kW geteilt durch den Leistungsfaktor verwendet, also 10 geteilt durch 0,87, um 11,5 kVA zu erhalten

kVA = kW / PF

Für kVAr habe ich die Quadratwurzel von kVA quadriert subtrahieren kW quadriert, also Quadratwurzel von 11,5 kVA ^ 2 minus 10kW^2

kVAr = Quadratwurzel von kVA^ 2 – kW^2

Wir hätten auch den Leistungsfaktor aus kW und kVA mit 10kW geteilt durch 11 finden können.5kVA

PF = kW / kVA

Wir hätten die kW aus dem Leistungsfaktor und kVA mit 0,87 geteilt durch 11,5 kVA finden können, um 10 zu erhalten

kW = PF x kVA

Was verursacht also einen schlechten Leistungsfaktor?

In den meisten Fällen wird der Leistungsfaktor durch induktive Lasten beeinflusst.

Wenn wir eine rein resistive Last wie eine elektrische resistive Heizung hätten, wären die Spannungs- und Stromwellenformen synchron oder sehr nahe beieinander. Sie würden beide ihren maximalen und minimalen Punkt passieren und gleichzeitig die Nullachse passieren. Der Leistungsfaktor ist in diesem Fall 1, was perfekt ist.

Wenn wir ein Phasendiagramm zeichnen würden, wären Spannung und Strom parallel, sodass die gesamte aus der Stromversorgung entnommene Energie in die Arbeit fließt und in diesem Fall Wärme erzeugt.

Wenn wir eine induktive Last wie einen Induktionsmotor nehmen, hält das Magnetfeld der Spule den Strom zurück und führt zu einer Phasenverschiebung, bei der sich die Spannungs- und Stromwelle bildet synchron mit dem Strom und so geht es durch den Nullpunkt nach der Spannung, dies wird als nacheilender Leistungsfaktor bezeichnet.

Früher in dem Artikel sagte ich, dass der Schaum oder kVAr nutzlos ist, das ist nicht genau wahr, wir brauchen tatsächlich etwas Blindleistung, um das Magnetfeld zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, das den Motor dreht. Die Blindleistung wird in dem Sinne verschwendet, dass wir keine Arbeit daraus bekommen, aber trotzdem dafür bezahlen müssen, obwohl wir sie brauchen, um die Arbeit überhaupt erledigen zu können. Wir haben behandelt, wie Induktionsmotoren zuvor arbeiten, klicken Sie hier, um dieses Tutorial zu sehen.

Wenn wir ein Phasendiagramm für eine rein induktive Last zeichnen, liegt der Strom in einem Winkel unterhalb der Spannungslinie, was bedeutet, dass nicht der gesamte verbrauchte Strom funktioniert.

Wenn wir eine rein kapazitive Last genommen haben, passiert das Gegenteil mit der induktiven Last. Die Spannung und der Strom sind phasenverschoben, außer diesmal wird die Spannung zurückgehalten. Dies verursacht führenden Leistungsfaktor. Dies bedeutet wiederum, dass nicht der gesamte Strom für die Arbeit verwendet wird, aber wir müssen trotzdem dafür bezahlen.

Wenn wir ein Phasendiagramm für eine rein kapazitive Last zeichnen würden, dann wäre die Stromlinie in einem Winkel oberhalb der Spannungslinie, wie sie führt.

Korrektur schlechten power faktor

Was können wir tun zu korrigieren schlechte power faktor und blindleistung gebühren? In den meisten Fällen stoßen wir auf einen verzögerten Leistungsfaktor, der durch induktive Lasten verursacht wird, aber wir können auf einen führenden Leistungsfaktor stoßen.

Um einen schlechten Leistungsfaktor zu korrigieren, können wir der Schaltung Kondensatoren oder Induktivitäten hinzufügen, die den Strom wieder in Phase bringen und den Leistungsfaktor näher an 1 bringen. Wenn wir einen verzögerten Leistungsfaktor haben, der durch hohe induktive Lasten in der Schaltung verursacht wird, fügen wir Kondensatoren hinzu. Wenn wir einen führenden Leistungsfaktor haben, der durch hohe kapazitive Lasten verursacht wird, fügen wir der Schaltung eine induktive Last hinzu. Diese müssen berechnet werden und wir werden einige Beispielberechnungen am Ende des Artikels sehen.

Warum einen schlechten Leistungsfaktor beheben?

Schlechte power faktor bedeutet sie müssen ziehen mehr power von die strom netze zu tun die gleiche arbeit, und die kabel müssen größer sein, so es wird mehr kosten. Wenn der Leistungsfaktor zu niedrig wird, berechnet Ihnen der Stromversorger möglicherweise eine Strafgebühr oder eine Blindleistungsgebühr. Ein schlechter Leistungsfaktor kann zu Verlusten in Geräten wie Transformatoren führen und zu hohen Wärmegewinnen führen. Dies kann zu Spannungsabfällen führen und in extremen Szenarien sogar die Lebenserwartung von Geräten verringern.

Kondensatorberechnungen für die Leistungsfaktorkorrektur

Betrachten wir ein vereinfachtes Beispiel für die Berechnung der Größe eines Kondensators, um den Leistungsfaktor einer Last zu verbessern. Das Gebäude verfügt über eine 3-Phasen-Stromversorgung und hat eine Gesamtlast von 50 kW Arbeit und hat einen Leistungsfaktor von 0,78, aber wir wollen, dass es 0,96 ist, um Strafgebühren zu vermeiden.

Derzeit hat das Gebäude eine scheinbare Gesamtleistung (kVA) von 64,1 kVA und wir finden das, indem wir einfach die kW (50kW) um den Leistungsfaktor von 0,78 tauchen.

Es hat auch eine Blindleistung von 40,1 kVAr, wir finden das, indem wir die Quadratwurzel des kVA ^ 2 im Quadrat nehmen und es vom kW ^ 2 im Quadrat subtrahieren. Nehmen Sie also die Quadratwurzel von 64,1 kVA im Quadrat minus 50 kW im Quadrat.

Dann berechnen wir, was die Werte sein sollten, wenn wir den Leistungsfaktor von 0,96 hätten.

So, unsere scheinleistung wäre 52,1 kVA, wir finden, dass von 50kw geteilt durch 0,96 power factor

Dann finden wir unsere Blindleistung, die die Quadratwurzel von kVA ^ 2 im Quadrat minus der kW im Quadrat ist, also die Quadratwurzel von 52,1 kVA ^ 2 minus 50 kW ^ 2 im Quadrat, was uns 14,6 kVAr ergibt.

Der Kondensator muss daher die Differenz zwischen diesen beiden ausmachen, also 40,1 kVAr minus 14.6kVAr which equals 25.5kVAr capacitor. This is a simplified example, check with a supplier.