effektfaktor förklaras. I denna handledning tittar vi på power factor. Vi lär oss vad som är effektfaktor, vad som är bra och dåligt effektfaktor, hur man jämför effektfaktor, orsakerna till effektfaktor, varför och hur man fixar effektfaktor samt några exempel beräkningar som hjälper dig att lära dig elektroteknik.
Bläddra till botten för att titta på gratis YouTube tutorial

så, vad är power factor?

effektfaktor är ett enhetslöst tal som används i växelströmskretsar, det kan användas för att hänvisa till en en enda utrustning som en induktionsmotor eller för elförbrukningen i en hel byggnad. I båda fallen representerar det förhållandet mellan sann kraft och uppenbar kraft. Formeln är PF = kW / KVA. Så, vad betyder detta?

min favorit analogi för att förklara detta är att använda öl analogi.

vi betalar för en öl vid glaset, men inuti glaset finns både öl och skum. Ju mer öl vi har, desto mindre skum finns det så vi får bra valuta för pengarna. Om det finns mycket skum så finns det inte mycket öl och vi får inte bra valuta för pengarna.

ölet representerar vår sanna kraft eller vår kW, kilowatt. Det här är de användbara sakerna vi vill ha och behöver, det här är vad som gör jobbet.

skummet representerar vår reaktiva kraft eller våra kVAr, kilovolt-ampere reaktiva. Det här är de värdelösa grejerna, det kommer alltid att finnas några och vi måste betala för det men vi kan inte använda det så vi vill inte ha för mycket av det. (det har faktiskt en användning och syfte men vi får se varför senare)

kombinationen av dessa kW och kVAr är vår uppenbara kraft eller vår kVA. kilovolt-ampere

effektfaktor är därför förhållandet mellan användbar effekt eller sann effekt i kW dividerat med vad vi är debiteras för i kva. Så det berättar för oss hur mycket valuta för pengarna vi får för den kraft vi konsumerar.

om vi mycket kort berör elektrotekniska termer kan vi se detta uttryckt som en power triangle. I det här fallet ritar jag det som en ledande effektfaktor eftersom det är lättare att visualisera. Ölen eller den sanna kraften är den intilliggande linjen, då har vi skummet som är den reaktiva kraften på motsatsen, då för hypotenussidan, som är den längsta sidan, har vi den uppenbara kraften, detta är i en vinkel från den sanna kraften, vinkeln är känd som theta.

När den reaktiva effekten eller skummet ökar så ökar också den uppenbara effekten eller kVA. Vi kan då använda trigonometri för att beräkna denna triangel, jag kommer inte i den här artikeln eftersom jag bara täcker grunderna så vi ser bara de formler du behöver men vi kommer att göra några beräkningar och arbetade exempel senare i den här artikeln.

Om vi tittar på en typisk elräkning för bostäder ser vi vanligtvis bara en avgift för mängden kWh som används eftersom effektfaktorn och elförbrukningen kommer att vara mycket låg, så elbolagen tenderar att inte oroa sig för detta.på kommersiella och industriella elfakturor, särskilt byggnader med smarta elmätare eller intervallmätare, kommer vi sannolikt att se avgifter och information för mängden kW, kWh, kVA och kVArh som används. Särskilt stora byggnader kommer ofta att se reaktiva kraftavgifter där också, men det beror på elleverantören.

anledningen till att de tar ut ett straff för detta beror på att när stora konsumenter har dåliga effektfaktorer ökar de strömflödet genom strömförsörjningen. > elnätet och orsakar spänningsfall vilket minskar leverantörernas distributionskapacitet och har en knock-on effekt för andra kunder. Kablar är klassade för att hantera en viss mängd ström som strömmar genom dem. Så om många stora konsumenter ansluter till dåliga effektfaktorer, kan kablarna överbelasta, de kan kämpa för att möta efterfrågan och kapacitetsavtal och inga nya kunder kommer att kunna ansluta tills de antingen byter ut kablarna eller installerar ytterligare kablar.

reaktiva effektladdningar uppstår när en byggnads effektfaktor faller under en viss nivå, denna nivå definieras av elleverantören men den börjar vanligtvis omkring 0,95 och under.

en perfekt effektfaktor skulle vara 1,0, men i verkligheten är det nästan omöjligt att uppnå. Vi återkommer till detta senare i videon.

i stora kommersiella byggnader är den totala effektfaktorn sannolikt att sitta i följande kategorier

bra effektfaktor är i allmänhet mellan 1,0 och 0,95

Dålig effektfaktor är allt från 0,95 och 0,85

Dålig effektfaktor är något under 0,85.

kommersiella kontorsbyggnader är vanligtvis någonstans mellan 0,98 och 0,92, industribyggnader kan vara så låga som 0,7. Vi ska titta på vad som orsakar detta inom kort.

om vi jämför två induktionsmotorer har båda en effekt på 10kW och är anslutna till en trehjulig motor fas 415V 50Hz leverans. Man har en effektfaktor på 0.87 och den andra med en effektfaktor på 0.92

båda motorerna kommer att leverera 10kW arbete, men den första motorn har en lägre effektfaktor jämfört med den andra, vilket innebär att vi inte får så mycket valuta för pengarna.

den första motorn måste dra 11,5 kVA från elnätet för att ge 10 kW ström.

den andra motorn måste dra bara 10,9 kVA från elnätet för att ge 10 kW ström.

detta betyder att den första motorn har 5,7 kVAr och den andra motorn har bara 4,3 kVAr.

Kom ihåg att våra kW är ölen som är de användbara grejerna. KVAr är skummet, det är inte så användbara saker. KVA är vad vi ska betala för och det är kW + kVAr.

hur beräknade jag detta?

för kVA använde jag kW dividerat med effektfaktor så 10 dividerat med 0,87 för att få 11.5 kva

kva = kW / PF

för kvar använde jag kvadratroten av kva kvadrat subtrahera kW kvadrat, så kvadratroten av 11.5 kva^2 minus 10kw^2

kvar = kvadratroten av kva^2 – kW^2

vi kunde också ha hittat effektfaktorn från kW och Kva med 10kW dividerat med 11.5kVA

PF = kW/kVA

vi kunde ha hittat kW från effektfaktorn och kVA med 0.87 dividerat med 11.5 kVA för att få 10

kW = PF x kVA

så vad orsakar dålig effektfaktor?

i de flesta fall påverkas effektfaktorn av induktiva belastningar.

om vi hade en rent restiv belastning som en elektrisk restiv värmare bildas spänning och strömvåg skulle vara synkroniserad eller mycket nära. De skulle båda passera sin maximala och minsta punkt och passera genom nollaxeln samtidigt. Effektfaktorn i detta fall är 1 vilket är perfekt.

om vi ritade ett fasordiagram skulle spänningen och strömmen vara parallell, så all energi som dras från elförsörjningen går till arbete, i detta fall skapar värme.

om vi tog en induktiv belastning som en induktionsmotor håller spolens magnetfält tillbaka strömmen och resultaten i en fasförskjutning där spännings-och strömvågformerna faller ur synk med strömmen och så passerar den genom nollpunkten efter spänningen kallas detta eftersläpande effektfaktor.

tidigare i artikeln sa jag att skummet eller kVAr är värdelöst, det är inte exakt sant, vi behöver faktiskt lite reaktiv kraft för att skapa och behålla magnetfältet som roterar motorn. Den reaktiva kraften slösas bort i den meningen att vi inte får något arbete av det men ändå måste betala för det, även om vi behöver det för att kunna göra arbetet i första hand. Vi täckte hur induktionsmotorer fungerar tidigare, Klicka här för att se den handledningen.

om vi ritade ett fasordiagram för en rent induktiv belastning kommer strömmen att ligga i en vinkel under spänningsledningen, vilket betyder att inte all el som förbrukas gör arbete.

om vi tog en rent kapacitiv belastning händer motsatsen till den induktiva belastningen. Spänningen och strömmen är ur fas utom denna gång spänningen hålls tillbaka. Detta orsakar ledande effektfaktor. Återigen betyder det att inte all el används för att göra arbete, men vi måste betala för det oavsett.

om vi ritade ett fasordiagram för en rent kapacitiv belastning skulle den aktuella linjen vara i en vinkel ovanför spänningsledningen när den leder.

korrigera dålig effektfaktor

vad kan vi göra för att korrigera dålig effektfaktor och reaktiva strömladdningar? I de flesta fall stöter vi på eftersläpande effektfaktor orsakad av induktiva belastningar, men vi kan stöta på Ledande effektfaktor.

för att korrigera dålig effektfaktor kan vi lägga till kondensatorer eller induktorer till kretsen som kommer att justera strömmen tillbaka till fas och föra effektfaktorn närmare 1. Om vi har en eftersläpande effektfaktor orsakad av höga induktiva belastningar i kretsen lägger vi till kondensatorer, det här är vanligast. Om vi har en ledande effektfaktor orsakad av höga kapacitiva belastningar lägger vi till en induktiv belastning på kretsen. Dessa måste beräknas och vi ser några exempel beräkningar i slutet av artikeln.

varför fixa dålig effektfaktor?

Dålig effektfaktor betyder att du måste dra mer ström från elnäten för att göra samma arbete, och kablarna måste vara större så det kommer att kosta mer. Om effektfaktorn blir för låg kan elleverantören debitera dig en straffavgift eller reaktiv effektavgift. Dålig effektfaktor kan orsaka förluster i utrustning som transformatorer och leder till höga värmevinster. Det kan leda till spänningsfall och kan till och med minska utrustningens livslängd i extrema scenarier.

kondensatorberäkningar för effektfaktorkorrigering

Låt oss titta på ett förenklat exempel på att beräkna storleken på en kondensator för att förbättra effektfaktorn för en belastning. Byggnaden har en 3-fas strömförsörjning och har en total belastning på 50kW arbete och har en effektfaktor på 0.78 men vi vill att den ska vara 0.96 för att undvika straffavgifter.

för närvarande har byggnaden ett totalt skenbart effektvärde (kVA) på 64,1 kVA och vi finner det genom att bara dyka kW (50kW) med effektfaktorn 0,78.

den har också en reaktiv effekt på 40,1 kVAr, vi finner att genom att ta kvadratroten av kVA^2 kvadrat och subtrahera den från kW^2 kvadrat. Så ta kvadratroten på 64,1 kVA kvadrat minus 50KW kvadrat.

då beräknar vi vad värdena ska vara om vi hade effektfaktorn 0,96.

så, vår uppenbara effekt skulle vara 52.1 kVA, vi finner det från 50kw dividerat med 0.96 effektfaktor

då hittar vi vår reaktiva effekt som är kvadratroten av kva^2 kvadrat minus kW kvadrat så kvadratroten av 52.1 Kva^2 minus 50kw^2 kvadrat vilket ger oss 14.6 kvar.

kondensatorn måste därför kompensera skillnaden mellan dessa två so 40.1 kVAr minus 14.6kVAr which equals 25.5kVAr capacitor. This is a simplified example, check with a supplier.