opis współczynnika mocy. W tym samouczku przyjrzymy się współczynnikowi mocy. Dowiemy się, co to jest współczynnik mocy, co to jest współczynnik mocy dobry i zły, jak porównać współczynnik mocy, przyczyny współczynnika mocy, dlaczego i jak naprawić współczynnik mocy, a także kilka przykładowych obliczeń, które pomogą Ci nauczyć się elektrotechniki.
przewiń do dołu, aby obejrzeć darmowy tutorial YouTube

więc, co to jest współczynnik mocy?

Współczynnik mocy jest liczbą bez jednostki stosowaną w obwodach prądu przemiennego, może być używany do odniesienia do pojedynczego urządzenia takie jak silnik indukcyjny lub do zużycia energii elektrycznej przez cały budynek. W obu przypadkach reprezentuje stosunek między mocą rzeczywistą a mocą pozorną. Wzór PF = kW / kVA. Co to oznacza?

moją ulubioną analogią do wyjaśnienia tego jest użycie analogii do piwa.

płacimy za piwo przy kieliszku, ale wewnątrz szklanki jest i piwo, i piana. Im więcej piwa mamy, tym mniej piany jest, więc otrzymujemy dobry stosunek jakości do ceny. Jeśli jest dużo piany, to nie ma dużo piwa i nie mamy dobrego stosunku jakości do ceny.

piwo reprezentuje naszą prawdziwą moc lub nasze kW, kilowaty. To są użyteczne rzeczy, których chcemy i potrzebujemy, to jest to, co wykonuje pracę.

piana reprezentuje naszą moc bierną lub nasze kvar, kilowolt-ampery reaktywne. To są bezużyteczne rzeczy, zawsze będą jakieś i musimy za to zapłacić, ale nie możemy ich użyć, więc nie chcemy ich zbyt wiele. (faktycznie ma zastosowanie i cel, ale zobaczymy dlaczego później)

kombinacja tych kW i kVAr jest naszą mocą pozorną lub naszą kVA. kilowolt-ampery

Współczynnik mocy jest zatem stosunkiem mocy użytecznej lub rzeczywistej W kW podzielonym przez to, co jesteśmy obciążeni dla w kVA. To mówi nam, ile wartości w stosunku do pieniędzy otrzymujemy za zużywaną przez nas energię.

Jeśli bardzo krótko dotkniemy terminów z dziedziny elektrotechniki, możemy to zobaczyć jako trójkąt mocy. W tym przypadku narysuję go jako wiodący współczynnik mocy, ponieważ łatwiej jest to zwizualizować. Piwo lub prawdziwa moc jest sąsiednią linią, wtedy mamy pianę, która jest mocą bierną po przeciwnej stronie, następnie dla przeciwprostokątnej, która jest najdłuższym bokiem, mamy pozorną moc, to jest pod kątem od prawdziwej mocy, kąt jest znany jako theta.

wraz ze wzrostem mocy biernej lub piany wzrasta moc pozorna lub kVA. Możemy wtedy użyć trygonometrii do obliczenia tego trójkąta, Nie będę w tym artykule, ponieważ po prostu omawiam podstawy, więc po prostu zobaczymy formuły, których potrzebujesz, ale zrobimy kilka obliczeń i przepracowanych przykładów w dalszej części tego artykułu.

Jeśli spojrzymy na typowy rachunek za energię elektryczną w mieszkaniach, Zwykle zobaczymy opłatę za ilość zużytej kWh, ponieważ współczynnik mocy i zużycie energii elektrycznej będą bardzo niskie, więc firmy energetyczne Zwykle się tym nie martwią.

jednak na fakturach handlowych i przemysłowych dotyczących energii elektrycznej, zwłaszcza w budynkach wyposażonych w inteligentne liczniki energii elektrycznej lub liczniki interwałowe, prawdopodobnie zobaczymy opłaty i informacje dotyczące ilości kW, kWh, kVA i kvarh. W szczególności duże budynki często również będą miały ładunki mocy biernej, ale zależy to od dostawcy energii elektrycznej.

powodem naliczania kary za to jest to, że gdy duzi konsumenci mają złe współczynniki mocy, zwiększają przepływ prądu przez energię elektryczną sieci i powodując spadki napięcia, co zmniejsza zdolność dystrybucji dostawców i ma efekt domina dla innych klientów. Kable są przystosowane do obsługi pewnej ilości prądu przepływającego przez nie. Jeśli więc wielu dużych konsumentów połączy się ze złymi czynnikami mocy, kable mogą się przeciążać, mogą walczyć o zaspokojenie popytu i umów o przepustowość, a nowi klienci nie będą mogli się połączyć, dopóki nie wymienią kabli lub nie zainstalują dodatkowych kabli.

ładunki mocy biernej występują, gdy współczynnik mocy budynku spada poniżej pewnego poziomu, poziom ten jest zdefiniowany przez dostawcę energii elektrycznej, ale zwykle zaczyna się od około 0,95 i poniżej.

doskonały współczynnik mocy wynosiłby 1,0, jednak w rzeczywistości jest to prawie niemożliwe do osiągnięcia. Wrócimy do tego później w filmie.

w dużych budynkach komercyjnych ogólny współczynnik mocy prawdopodobnie mieści się w następujących kategoriach

dobry współczynnik mocy wynosi zwykle od 1,0 do 0,95

niski współczynnik mocy wynosi od 0,95 do 0,85

zły współczynnik mocy wynosi poniżej 0,85.

komercyjne budynki biurowe są zwykle gdzieś pomiędzy 0,98 a 0,92, budynki przemysłowe mogą być tak niskie, jak 0,7. Wkrótce przyjrzymy się temu, co jest tego przyczyną.

Jeśli porównamy dwa silniki indukcyjne, oba mają moc 10kw i są podłączone do trójfazowego zasilanie 415V 50HZ. Jeden ma współczynnik mocy 0,87, a drugi współczynnik mocy 0,92

oba silniki dostarczą 10kw pracy, ale pierwszy silnik ma niższy współczynnik mocy w porównaniu do drugiego, co oznacza, że nie otrzymujemy tyle wartości w stosunku do ceny.

pierwszy silnik będzie musiał pobrać 11,5 kVA z sieci elektrycznej, aby zapewnić 10kw mocy.

drugi silnik będzie musiał pobierać tylko 10,9 kVA z sieci elektrycznej, aby zapewnić 10kw mocy.

oznacza to, że pierwszy silnik ma 5.7 kVAr, a drugi silnik ma tylko 4.3 kVAr.

pamiętaj, że nasze kW to piwo, które jest przydatne. KVAr jest pianka, to nie jest tak przydatne rzeczy. KVA jest tym, za co będziemy płacić i to jest kW + kVAr.

Jak to obliczyłem?

dla kVA użyłem kW podzielonego przez współczynnik mocy, więc 10 podzielone przez 0,87, aby uzyskać 11.5 kVA

kVA = kW / PF

dla kvar użyłem pierwiastka kwadratowego z kVA do kwadratu odjąć kW do kwadratu, więc pierwiastek kwadratowy z 11.5 kVA^2 odjąć 10kw^2

kvar = pierwiastek kwadratowy z kVA^2 – kw^2

mogliśmy również znaleźć współczynnik mocy z kW i kVA przy użyciu 10kw podzielonych przez 11.5kVA

PF = kW / kVA

mogliśmy znaleźć kW ze współczynnika mocy i kVA używając 0,87 podzielonego przez 11,5 kVA, aby uzyskać 10

kW = PF x kVA

więc co powoduje słaby współczynnik mocy?

w większości przypadków na współczynnik mocy wpływają obciążenia indukcyjne.

gdybyśmy mieli obciążenie czysto rezystancyjne, takie jak elektryczny grzejnik rezystancyjny, wówczas kształt fali napięciowej i prądowej byłby bądź zsynchronizowany lub bardzo blisko. Obie mijałyby swój maksymalny i minimalny punkt i jednocześnie przechodziły przez oś zerową. Współczynnik mocy w tym przypadku wynosi 1, co jest idealne.

gdybyśmy narysowali diagram fazowy, napięcie i prąd byłyby równoległe, więc cała energia pobierana z zasilania elektrycznego przechodzi do pracy, w tym przypadku tworząc ciepło.

jeśli przyjmiemy Obciążenie indukcyjne, takie jak silnik indukcyjny, pole magnetyczne cewek zatrzymuje prąd i skutkuje przesunięcie fazowe, w którym napięcie i fala prądowa formuje się z prądem, a więc przechodzi przez punkt zerowy po napięciu, jest to określane jako opóźniony współczynnik mocy.

wcześniej w artykule powiedziałem, że piana lub kVAr jest bezużyteczny, to nie jest do końca prawda, faktycznie potrzebujemy trochę mocy biernej, aby utworzyć i utrzymać pole magnetyczne, które obraca silnik. Moc bierna jest marnowana w tym sensie, że nie otrzymujemy z niej pracy, ale nadal musimy za nią płacić, chociaż potrzebujemy jej, aby móc wykonać pracę w pierwszej kolejności. Omówiliśmy wcześniej, jak działają silniki indukcyjne, kliknij tutaj, aby zobaczyć ten samouczek.

Jeśli narysujemy schemat fazowy dla obciążenia czysto indukcyjnego, to prąd będzie pod kątem poniżej linii napięcia, co oznacza, że nie cała zużyta energia elektryczna działa.

Jeśli przyjęliśmy obciążenie czysto pojemnościowe, to dzieje się odwrotnie do obciążenia indukcyjnego. Napięcie i prąd są poza fazą, z wyjątkiem tego czasu napięcie jest wstrzymywane. Powoduje to wiodący współczynnik mocy. Znowu oznacza to, że nie cała energia elektryczna jest wykorzystywana do pracy, ale musimy za to zapłacić niezależnie od tego.

gdybyśmy narysowali diagram fazowy dla obciążenia czysto pojemnościowego, to linia prądowa byłaby pod kątem powyżej linii napięcia, ponieważ prowadzi.

korygowanie słabego współczynnika mocy

co możemy zrobić, aby skorygować słaby współczynnik mocy i ładunki mocy biernej? W większości przypadków mamy do czynienia z opóźnionym współczynnikiem mocy spowodowanym obciążeniami indukcyjnymi, ale możemy natknąć się na wiodący współczynnik mocy.

aby skorygować słaby współczynnik mocy, możemy dodać Kondensatory lub cewki do obwodu, które wyrównają prąd z powrotem do fazy i przybliżą współczynnik mocy do 1. Jeśli mamy opóźniony współczynnik mocy spowodowany wysokimi obciążeniami indukcyjnymi w obwodzie, to dodajemy Kondensatory, jest to najczęściej spotykane. Jeśli mamy wiodący współczynnik mocy spowodowany wysokimi obciążeniami pojemnościowymi, to dodajemy do obwodu Obciążenie indukcyjne. Należy je obliczyć, a na końcu artykułu zobaczymy przykładowe obliczenia.

po co naprawiać słaby współczynnik mocy?

niski współczynnik mocy oznacza, że musisz pobierać więcej energii z sieci elektroenergetycznych, aby wykonać tę samą pracę, a kable muszą być większe, więc będzie kosztować więcej. Jeśli współczynnik mocy stanie się zbyt niski, dostawca energii elektrycznej może naliczyć opłatę karną lub opłatę za moc bierną. Niski współczynnik mocy może powodować straty w urządzeniach takich jak transformatory i prowadzić do dużych zysków ciepła. Może to prowadzić do spadków napięcia, a nawet skrócić żywotność sprzętu w ekstremalnych sytuacjach.

obliczenia kondensatorów dla korekcji współczynnika mocy

spójrzmy na uproszczony przykład obliczania wielkości kondensatora w celu poprawy współczynnika mocy obciążenia. Budynek ma zasilanie trójfazowe i ma całkowite obciążenie 50kW pracy i ma współczynnik mocy 0,78, ale chcemy, aby wynosił 0,96, aby uniknąć opłat karnych.

obecnie budynek ma wartość całkowitej mocy pozornej (kVA) 64,1 kVA i stwierdzamy, że po prostu nurkując kW (50kW) o współczynnik mocy 0,78.

ma również moc bierną 40,1 kVAr, stwierdzamy, że biorąc pierwiastek kwadratowy z kVA^2 do kwadratu i odejmując go od kW^2 do kwadratu. Weźmy pierwiastek kwadratowy z 64.1 kVA do kwadratu minus 50kW do kwadratu.

następnie obliczamy, jakie powinny być wartości, jeśli mamy współczynnik mocy 0,96.

więc nasza pozorna moc wynosiłaby 52,1 kVA, 50kW podzielone przez 0.96 współczynnik mocy

następnie znajdujemy naszą moc bierną, która jest pierwiastkiem kwadratowym z kVA^2 do kwadratu minus kW do kwadratu, więc pierwiastek kwadratowy z 52.1 kVA^2 minus 50kW^2 do kwadratu, co daje nam 14.6 kvar.

kondensator musi zatem uzupełnić różnicę między tymi dwoma, więc 40.1 kVAr minus 14.6kVAr which equals 25.5kVAr capacitor. This is a simplified example, check with a supplier.