Fattore di potenza spiegato. In questo tutorial guardiamo fattore di potenza. Impareremo cos’è il fattore di potenza, cosa è il fattore di potenza buono e cattivo, come confrontare il fattore di potenza, le cause del fattore di potenza, perché e come risolvere il fattore di potenza e alcuni calcoli di esempio per aiutarti a imparare l’ingegneria elettrica.
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Quindi, qual è il fattore di potenza?

fattore di Potenza è a meno di unità numero di circuiti in corrente alternata, può essere utilizzato per fare riferimento a un singolo pezzo di attrezzature come un motore a induzione o per il consumo di energia elettrica di un intero edificio. In entrambi i casi rappresenta il rapporto tra potenza reale e potenza apparente. La formula è PF = kW / KVA. Quindi, cosa significa?

La mia analogia preferita per spiegare questo è usare l’analogia della birra.

Paghiamo una birra al bicchiere, ma all’interno del bicchiere c’è sia birra che schiuma. Più birra abbiamo, meno schiuma c’è così otteniamo un buon rapporto qualità-prezzo. Se c’è molta schiuma, non c’è molta birra e non stiamo ottenendo un buon rapporto qualità-prezzo.

La birra rappresenta il nostro vero potere, o il nostro kW chilowatt. Questa è la roba utile che vogliamo e abbiamo bisogno, questo è ciò che fa il lavoro.

La schiuma rappresenta la nostra potenza reattiva o il nostro kVAr, kilovolt-amps reattivo. Questa è la roba inutile, ci sarà sempre un po ‘ e dobbiamo pagare per questo, ma non possiamo usarlo in modo da non vogliamo troppo di esso. (in realtà ha un uso e uno scopo, ma vedremo perché più avanti)

La combinazione di questi kW e kVAr è la nostra potenza apparente o il nostro kVA. kilovolt-ampere

fattore di Potenza è quindi il rapporto di potere utile o vera potenza in kW diviso da ciò che siamo addebitato in kVA. Quindi ci sta dicendo quanto rapporto qualità-prezzo stiamo ottenendo per l’energia che consumiamo.

Se non abbiamo molto brevemente ingegneria elettrica termini potremmo vedere questo espresso come potenza triangolo. In questo caso lo disegnerò come fattore di potenza principale in quanto è più facile da visualizzare. La birra o il vero potere è la linea adiacente, quindi abbiamo la schiuma che è la potenza reattiva sul lato opposto, quindi per il lato ipotenusa, che è il lato più lungo, abbiamo la potenza apparente, questo è ad un angolo dal vero potere, l’angolo è noto come theta.

All’aumentare della potenza reattiva o della schiuma aumenta anche la potenza apparente o kVA. Potremmo quindi utilizzare la trigonometria per calcolare questo triangolo, non lo farò in questo articolo perché sto solo coprendo le basi, quindi vedremo solo le formule di cui hai bisogno, ma faremo alcuni calcoli ed esempi di lavoro più avanti in questo articolo.

Se guardiamo una tipica bolletta elettrica residenziale, in genere vedremo solo una commissione per la quantità di kWh utilizzati perché il fattore di potenza e il consumo di elettricità saranno molto bassi, quindi le compagnie elettriche tendono a non preoccuparsi di questo.

Tuttavia, sulle fatture elettriche commerciali e industriali, in particolare sugli edifici con contatori elettrici intelligenti o interval, probabilmente vedremo tariffe e informazioni per la quantità di kW, kWh, kVA e kVArh utilizzati. I grandi edifici, in particolare, vedranno spesso anche cariche di potenza reattiva, ma ciò dipende dal fornitore di energia elettrica.

Il motivo per cui una penalità per questo è perché quando i grandi consumatori hanno cattiva alimentazione fattori, essi sono in aumento il flusso di corrente attraverso la rete elettrica e causare cadute di tensione che riduce i fornitori, la capacità di distribuzione e ha un effetto a catena per altri clienti. I cavi sono classificati per gestire una certa quantità di corrente che scorre attraverso di loro. Quindi, se molti grandi consumatori si connettono con fattori di potenza difettosi, i cavi potrebbero sovraccaricare, potrebbero lottare per soddisfare gli accordi di domanda e capacità e nessun nuovo cliente sarà in grado di connettersi fino a quando non sostituiranno i cavi o installeranno cavi aggiuntivi.

Le cariche di potenza reattiva si verificano quando il fattore di potenza di un edificio scende al di sotto di un certo livello, questo livello è definito dal fornitore di energia elettrica, ma in genere inizia a circa 0,95 e al di sotto.

Un fattore di potenza perfetto sarebbe 1.0, tuttavia in realtà questo è quasi impossibile da raggiungere. Torneremo su questo più avanti nel video.

Nei grandi edifici commerciali, è probabile che il fattore di potenza complessivo si trovi nelle seguenti categorie

Il buon fattore di potenza è generalmente compreso tra 1,0 e 0,95

Il fattore di potenza scarso è qualsiasi cosa da 0,95 e 0,85

Il cattivo fattore di potenza è inferiore a 0,85.

Edifici per uffici commerciali sono di solito da qualche parte tra 0,98 e 0,92, edifici industriali potrebbero essere a partire da 0,7. Vedremo cosa causa questo a breve.

Se mettiamo a confronto due motori a induzione, entrambi hanno una potenza di 10kW e sono collegati ad un trifase 415V 50Hz alimentazione. Uno ha un fattore di potenza di 0,87 e l’altro con un fattore di potenza di 0,92

Entrambi i motori forniranno 10kW di lavoro, ma il primo motore ha un fattore di potenza inferiore rispetto al secondo, il che significa che non stiamo ottenendo tanto rapporto qualità-prezzo.

Il primo motore dovrà attingere 11.5 kVA dalla rete elettrica per fornire i 10kW di potenza.

Il secondo motore dovrà attingere solo 10.9 kVA dalla rete elettrica per fornire i 10kW di potenza.

Questo significa che il primo motore ha 5,7 kVAr e il secondo motore ha solo 4,3 kVAr.

Ricorda che i nostri kW sono la birra che è la roba utile. Il kVAr è la schiuma, questa è la roba non così utile. Il kVA è quello per cui pagheremo e questo è il kW + il kVAr.

Come ho calcolato questo?

Per kVA ho usato kW diviso il fattore di Potenza, quindi 10 diviso da 0,87 a ottenere 11.5 kVA

kVA = kW / PF

Per kVAr ho usato la radice quadrata di kVA squared sottrarre kW quadrato, in modo che la radice quadrata di 11,5 kVA^2 meno 10kW^2

kVAr = radice quadrata di (kVA)^2 – kW^2

Abbiamo potuto anche trovato il fattore di potenza da kW kVA utilizzando 10kW diviso per 11.5kVA

PF = kW/kVA

Avremmo potuto trovare il kW dal fattore di potenza e kVA usando 0,87 diviso per 11,5 kVA per ottenere 10

kW = PF x kVA

Quindi cosa causa un fattore di potenza scadente?

Nella maggior parte dei casi il fattore di potenza è influenzato da carichi induttivi.

Se avessimo un carico puramente restivo come un riscaldatore elettrico restivo allora le forme d’onda di tensione e corrente sarebbe sincronizzato o molto vicino. Entrambi passerebbero il loro punto massimo e minimo e passerebbero attraverso l’asse zero allo stesso tempo. Il fattore di potenza in questo caso è 1 che è perfetto.

Se disegnassimo un diagramma di fasore, la tensione e la corrente sarebbero parallele, quindi tutta l’energia prelevata dalla fornitura di energia elettrica va a fare lavoro, in questo caso creando calore.

Se abbiamo preso un carico Induttivo come un motore a induzione, le bobine di campo magnetico tiene indietro la corrente e si traduce in un cambiamento di fase in cui la tensione e la corrente di forme d’onda siano sincronizzati con la corrente e così si passa attraverso il punto zero dopo la tensione, questo è indicato come ritardo del fattore di potenza.

All’inizio dell’articolo ho detto che la schiuma o il kVAr sono inutili, non è esattamente vero, in realtà abbiamo bisogno di una certa potenza reattiva per creare e mantenere il campo magnetico che ruota il motore. La potenza reattiva viene sprecata nel senso che non otteniamo lavoro da esso, ma dobbiamo ancora pagare per questo, anche se ne abbiamo bisogno per essere in grado di fare il lavoro in primo luogo. Abbiamo coperto come funzionano i motori asincroni in precedenza, clicca qui per vedere quel tutorial.

Se abbiamo disegnato un diagramma fasore per un carico puramente induttivo, la corrente sarà ad un angolo sotto la linea di tensione, il che significa che non tutta l’elettricità consumata sta funzionando.

Se abbiamo preso un carico puramente capacitivo quindi l’opposto accade per il carico induttivo. La tensione e la corrente sono fuori fase tranne che questa volta la tensione viene trattenuta. Ciò causa il fattore di potenza principale. Anche in questo caso questo significherà non tutta l’elettricità viene utilizzata per fare il lavoro, ma dobbiamo pagare per questo a prescindere.

Se disegnassimo un diagramma fasore per un carico puramente capacitivo, la linea di corrente sarebbe ad un angolo sopra la linea di tensione mentre sta conducendo.

la Correzione fattore di potenza scarso

che Cosa possiamo fare per correggere basso fattore di potenza e la potenza reattiva spese? Nella maggior parte dei casi ci imbattiamo in un fattore di potenza in ritardo causato da carichi induttivi, ma possiamo imbatterci in un fattore di potenza leader.

Per correggere il povero fattore di potenza, possiamo aggiungere condensatori o induttori al circuito che riallineerà la corrente in fase e portare il fattore di potenza più vicino a 1. Se abbiamo un fattore di potenza in ritardo causato da elevati carichi induttivi nel circuito, aggiungiamo condensatori, questo è più comune. Se abbiamo un fattore di potenza principale causato da elevati carichi capacitivi, aggiungiamo un carico induttivo al circuito. Questi devono essere calcolati e vedremo alcuni calcoli di esempio alla fine dell’articolo.

Perché fissare povero fattore di potenza?

basso fattore di potenza significa che è necessario per attirare di più l’alimentazione dalla rete elettrica per fare lo stesso lavoro, e i cavi devono essere di dimensioni maggiori, in modo che sta andando a costare di più. Se il fattore di potenza diventa troppo basso, il fornitore di energia elettrica potrebbe addebitare una penale o una carica di potenza reattiva. Scarso fattore di potenza può causare perdite in apparecchiature come trasformatori e porta ad alti guadagni di calore. Può portare a cadute di tensione e può anche ridurre l’aspettativa di vita delle apparecchiature in scenari estremi.

Calcoli del condensatore per la correzione del fattore di potenza

Diamo un’occhiata a un esempio semplificato di calcolo delle dimensioni di un condensatore per migliorare il fattore di potenza di un carico. L’edificio ha un’alimentazione a 3 fasi e ha un carico totale di 50kW di lavoro e ha un fattore di potenza di 0,78 ma vogliamo che sia 0,96 per evitare spese di penalità.

Attualmente l’edificio ha un valore di potenza apparente totale (kVA) di 64,1 kVA e lo troviamo semplicemente immergendo il kW (50kW) del fattore di potenza di 0,78.

Ha anche una potenza reattiva di 40,1 kVAr, troviamo che prendendo la radice quadrata del kVA^2 al quadrato e sottraendola dal kW^2 al quadrato. Quindi prendi la radice quadrata di 64,1 kVA al quadrato meno 50kW al quadrato.

Quindi calcoliamo quali dovrebbero essere i valori se avessimo il fattore di potenza di 0,96.

Così, la nostra potenza apparente sarebbe 52.1 kVA, troviamo che da 50kw diviso da 0.96 fattore di potenza

Poi, troviamo la nostra potenza reattiva, che è la radice quadrata di kVA^2 al quadrato meno il kW squared quindi radice quadrata di 52.1 kVA^2 meno 50kW^2 al quadrato, che ci dà 14.6 kVAr.

Il condensatore deve quindi compensare la differenza tra questi due così 40.1 kVAr meno 14.6kVAr which equals 25.5kVAr capacitor. This is a simplified example, check with a supplier.