factor de putere explicat. În acest tutorial ne uităm la factorul de putere. Vom afla ce este factorul de putere, ce este factorul de putere bun și rău, cum să comparați factorul de putere, cauzele factorului de putere, de ce și cum să remediați factorul de putere, precum și câteva exemple de calcule pentru a vă ajuta să învățați ingineria electrică.
derulați până jos pentru a viziona tutorialul YouTube gratuit

deci, ce este factorul de putere?

factorul de putere este un număr mai mic de unități utilizat în circuitele de curent alternativ, poate fi utilizat pentru a se referi la o singură piesă de echipament, cum ar fi un motor de inducție sau pentru consumul de energie electrică al unei clădiri întregi. În ambele cazuri, reprezintă raportul dintre puterea reală și puterea aparentă. Formula fiind PF = kW / KVA. Deci, ce înseamnă asta?

analogia mea preferată pentru a explica acest lucru este să folosesc analogia berii.

plătim pentru o bere lângă pahar, dar în interiorul paharului există atât bere, cât și spumă. Cu cât avem mai multă bere, cu atât este mai puțină spumă, așa că obținem o valoare bună pentru bani. Dacă există o mulțime de spumă, atunci nu există o mulțime de bere și nu obținem o valoare bună pentru bani.

berea reprezintă adevărata noastră putere sau kW, kilowați. Acestea sunt lucrurile utile pe care le dorim și de care avem nevoie, aceasta este ceea ce funcționează.

spuma reprezintă puterea noastră reactivă sau kVAr nostru, kilovolt-amperi reactive. Acestea sunt lucrurile inutile, vor exista întotdeauna unele și trebuie să plătim pentru ele, dar nu le putem folosi, așa că nu vrem prea mult din ele. (are de fapt o utilizare și un scop, dar vom vedea de ce mai târziu)

combinația acestor kW și kVAr este puterea noastră aparentă sau kVA-ul nostru. kilovolt-amperi

factorul de putere este, prin urmare, raportul dintre Puterea utilă sau puterea reală în kW împărțit la ceea ce suntem taxat pentru în kVA. Deci ne spune cât de multă valoare pentru bani obținem pentru puterea pe care o consumăm.

dacă atingem foarte scurt termenii de inginerie electrică, am putea vedea acest lucru exprimat ca un triunghi de putere. În acest caz, îl voi desena ca un factor de putere principal, deoarece este mai ușor de vizualizat. Berea sau adevărata putere este linia adiacentă, atunci avem spuma care este puterea reactivă pe opus, apoi pentru partea hipotenuză, care este cea mai lungă parte, avem puterea aparentă, aceasta este la un unghi față de adevărata putere, unghiul este cunoscut sub numele de theta.

pe măsură ce puterea reactivă sau spuma crește, atunci crește și puterea aparentă sau kVA. Am putea folosi apoi trigonometria pentru a calcula acest triunghi, nu o voi face în acest articol, deoarece acopăr doar elementele de bază, așa că vom vedea doar formulele de care aveți nevoie, dar vom face câteva calcule și exemple lucrate mai târziu în acest articol.dacă ne uităm la o factură tipică de energie electrică rezidențială, vom vedea de obicei doar o taxă pentru cantitatea de kWh utilizată, deoarece factorul de putere și consumul de energie electrică vor fi foarte scăzute, astfel încât companiile de energie electrică tind să nu se îngrijoreze de acest lucru.

cu toate acestea, pe facturile comerciale și industriale de energie electrică, în special clădirile cu contoare inteligente sau cu intervale de energie electrică, vom vedea probabil Taxe și informații pentru cantitatea de kW, kWh, kVA și kVArh utilizate. Clădirile mari, în special, vor vedea adesea taxe de putere reactivă și acolo, dar acest lucru depinde de furnizorul de energie electrică.

motivul pentru care percep o penalizare pentru acest lucru se datorează faptului că atunci când consumatorii mari au factori de putere răi, cresc fluxul de curent prin rețea de energie electrică și provocând căderi de tensiune care reduce capacitatea de distribuție a furnizorilor și are un efect bat la alți clienți. Cablurile sunt evaluate pentru a gestiona o anumită cantitate de curent care curge prin ele. Deci, dacă o mulțime de consumatori mari se conectează cu factori de putere răi, atunci cablurile s-ar putea supraîncărca, s-ar putea lupta pentru a satisface cererea și acordurile de capacitate și niciun client nou nu se va putea conecta până când nu vor înlocui cablurile sau nu vor instala cabluri suplimentare.

sarcinile de putere reactivă apar atunci când factorul de putere al unei clădiri scade sub un anumit nivel, acest nivel este definit de furnizorul de energie electrică, dar de obicei începe de la aproximativ 0,95 și mai jos.

un factor de putere perfect ar fi 1.0, cu toate acestea, în realitate, acest lucru este aproape imposibil de realizat. Vom reveni la asta mai târziu în videoclip.

în clădirile comerciale mari, factorul general de putere este probabil să se situeze în următoarele categorii

factorul de putere bun este în general între 1,0 și 0,95

factorul de putere slab este orice de la 0,95 și 0,85

factorul de putere rău este orice sub 0,85.

clădirile de birouri comerciale sunt de obicei undeva între 0,98 și 0,92, clădirile industriale ar putea fi la fel de mici ca 0,7. Vom analiza ce cauzează acest lucru în scurt timp.

dacă comparăm două motoare de inducție, ambele au o ieșire de 10kW și sunt conectate la o faza de alimentare 415V 50Hz. Unul are un factor de putere de 0,87, iar celălalt cu un factor de putere de 0,92

ambele motoare vor livra 10kW de lucru, dar primul motor are un factor de putere mai mic comparativ cu cel de-al doilea, ceea ce înseamnă că nu obținem la fel de multă valoare pentru bani.

primul motor va trebui să atragă 11,5 kVA din rețeaua electrică pentru a furniza 10kW de putere.

al doilea motor va trebui să extragă doar 10,9 kVA din rețeaua electrică pentru a furniza 10kW de energie.

asta înseamnă că primul motor are 5.7 kVAr, iar cel de-al doilea are doar 4.3 kVAr.

amintiți-vă că kW-ul nostru este berea care este cea mai utilă. KVAr – ul este spuma, asta nu este lucrurile atât de utile. KVA este ceea ce vom plăti și acesta este kW + kVAr.

cum am calculat asta?

pentru kVA am folosit kW împărțit la factorul de putere deci 10 împărțit la 0,87 pentru a obține 11,5 kVA

kVA = kW/PF

pentru kvar am folosit rădăcina pătrată a kVA pătrat scade kW pătrat, deci rădăcină pătrată de 11,5 kVA^2 minus 10kW^2

kvar = rădăcină pătrată a kVA^2 – kW^2

am fi putut găsi, de asemenea, factorul de putere din kW și KVA folosind 10kW împărțit la 11.5kVA

PF = kW / kVA

am fi putut găsi kW din factorul de putere și kVA folosind 0,87 împărțit la 11,5 kVA pentru a obține 10

kW = PF x kVA

deci, ce cauzează factorul de putere slab?

în majoritatea cazurilor, factorul de putere este afectat de sarcini inductive.

dacă am avea o sarcină pur rezistivă, cum ar fi un încălzitor electric, atunci se formează unda de tensiune și curent ar fi în sincronizare sau foarte aproape. Ambele ar trece punctul lor maxim și minim și ar trece prin axa zero în același timp. Factorul de putere în acest caz este 1, Care este perfect.

dacă am desena o diagramă fazor, atunci tensiunea și curentul ar fi paralele, astfel încât toată energia extrasă din alimentarea cu energie electrică să meargă în lucru, în acest caz creând căldură.

dacă am luat o sarcină inductivă, cum ar fi un motor de inducție, câmpul magnetic bobine Reține curentul și rezultatele într-o schimbare de fază în care formele de undă de tensiune și curent cad din sincronizare cu curentul și astfel trece prin punctul zero după tensiune, acest lucru este denumit factor de putere întârziat.

Mai devreme în articol am spus spuma sau kVAr este inutil, asta nu e chiar adevărat, avem nevoie de fapt, o anumită putere reactivă pentru a crea și menține câmpul magnetic care se rotește motorul. Puterea reactivă este irosită în sensul că nu obținem nicio muncă din ea, dar trebuie totuși să plătim pentru ea, deși avem nevoie de ea pentru a putea face munca în primul rând. Am acoperit modul în care motoarele cu inducție funcționează anterior, faceți clic aici pentru a vedea acel tutorial.

dacă am desenat o diagramă fazor pentru o sarcină pur inductivă, atunci curentul va fi la un unghi sub linia de tensiune, ceea ce înseamnă că nu toată energia electrică consumată funcționează.

dacă am luat o sarcină pur capacitivă, atunci se întâmplă opusul sarcinii inductive. Tensiunea și curentul sunt defazate, cu excepția cazului în care tensiunea este reținută. Acest lucru determină factorul de putere de conducere. Din nou, acest lucru va însemna că nu toată energia electrică este folosită pentru a lucra, dar trebuie să plătim pentru ea indiferent.

dacă am desena o diagramă fazor pentru o sarcină pur capacitivă, atunci linia curentă ar fi la un unghi deasupra liniei de tensiune pe măsură ce conduce.

corectarea factorului de putere slab

Ce putem face pentru a corecta factorul de putere slab și încărcături de putere reactivă? În cele mai multe cazuri, întâlnim factorul de putere întârziat cauzat de sarcini inductive, dar putem întâlni factorul de putere principal.

pentru a corecta factorul de putere slab, putem adăuga condensatori sau inductori la circuit, care va realinia curentul înapoi în fază și va aduce Factorul de putere mai aproape de 1. Dacă avem un factor de putere întârziat cauzat de sarcini inductive mari în circuit, atunci adăugăm condensatori, acest lucru este cel mai frecvent. Dacă avem un factor de putere principal cauzat de sarcini capacitive mari, atunci adăugăm o sarcină inductivă circuitului. Acestea trebuie calculate și vom vedea câteva exemple de calcule la sfârșitul articolului.

de ce să remediați factorul de putere slab?

factorul de putere slab înseamnă că trebuie să atrageți mai multă energie din rețelele de energie electrică pentru a face aceeași cablurile trebuie să fie mai mari, astfel încât să coste mai mult. Dacă factorul de putere devine prea scăzut, atunci furnizorul de energie electrică vă poate percepe o taxă de penalizare sau o taxă de putere reactivă. Factorul de putere slab poate provoca pierderi în echipamente precum transformatoarele și duce la câștiguri mari de căldură. Poate duce la căderi de tensiune și poate chiar reduce speranța de viață a echipamentelor în scenarii extreme.

calculele condensatorului pentru corecția factorului de putere

Să analizăm un exemplu simplificat de calcul al dimensiunii unui condensator pentru a îmbunătăți factorul de putere al unei sarcini. Clădirea are o sursă de alimentare cu 3 faze și are o sarcină totală de 50kw de lucru și are un factor de putere de 0,78, dar dorim să fie 0,96 pentru a evita taxele de penalizare.

în prezent, clădirea are o valoare totală a puterii aparente (kVA) de 64,1 kVA și constatăm asta doar prin scufundarea kW (50kw) cu factorul de putere de 0,78.

De asemenea, are o putere reactivă de 40,1 kVAr, constatăm că luând rădăcina pătrată a kVA^2 pătrat și scăzând-o din kW^2 pătrat. Deci, luați rădăcina pătrată de 64,1 kVA pătrat minus 50kw pătrat.

apoi calculăm care ar trebui să fie valorile dacă am avea factorul de putere de 0,96.

deci, puterea noastră aparentă ar fi de 52,1 kVA, constatăm că de la 50kw împărțit la 0,96 factor de putere

atunci găsim puterea noastră reactivă care este rădăcina pătrată a kVA^2 pătrat minus kW pătrat astfel rădăcină pătrată de 52,1 kVA^2 minus 50kw^2 pătrat care ne dă 14,6 kvar.prin urmare, condensatorul trebuie să facă diferența dintre aceste două so 40.1 kVAr minus 14.6kVAr which equals 25.5kVAr capacitor. This is a simplified example, check with a supplier.