Коэффициент мощности pf: Power Factor

Содержание

Коэффициент мощности — Power Factor

Коэффициент мощности может быть представлен, как отношение величины активной мощности к величине полной мощности. При этом активная мощность — это мощность, которую потребляет подключенная нагрузка (может быть измерена ваттметром), а полная мощность определяется непосредственно произведением значений (действующих) входного напряжения и тока, а выражается в вольт-амперах (ВА).

Величина коэффициента мощности рассчитывается по следующей формуле:
PF = PO / S,
где PF — коэффициент мощности, PO — активная мощность, которую потребляет нагрузка, S — значение полной мощности, как произведение значений (действующих) входного напряжения и входного тока.

Рассмотрим более детально каждую из данных величин. В системе с исключительно активной нагрузкой входной ток и входное напряжение находятся в фазе между собой и с нагрузкой, и произведение входного напряжения и входного тока равно мощности, выделяемой в нагрузке. Иными словами, активная мощность эквивалентна полной мощности, соответственно величина коэффициента мощности равна 1. В системе с исключительно реактивной нагрузкой, не потребляющей никакой мощности рассчитанная величина коэффициента мощности равна нулю. Однако ни одна система не обладает только реактивным или только активным сопротивлением нагрузки, практически всегда присутствует реактивная и активная составляющие подключенного нагрузочного сопротивления, и вектор входного тока и вектор входного напряжения по фазе не совпадают с выходными. Другими словами, активная мощность всегда без исключений меньше полной мощности, а рассчитанное величина коэффициента мощности меньше 1.В электротехнике различают опережающий и отстающий коэффициенты мощности. Когда нагрузка в большей степени емкостная, вектор тока является опережающим по фазе по отношению к вектору напряжения и система имеет опережающий коэффициент мощности. При большей индуктивной составляющей нагрузки вектор тока отстает от вектора напряжения по фазе, и система имеет отстающий коэффициент мощности. В большинстве отраслей промышленности нагрузка индуктивная, потому что состоит из обмоток трансформаторов и электродвигателей.

В англоязычной терминологии коэффициент мощности соответствует термину «power factor» и выражается аббревиатурой PF. В русскоязычной литературе косинус сдвига фазы вектора тока относительно вектора напряжения обычно называют «косинус фи» (cos φ), однако это не совсем точно в виду того, что физический смысл этой величины лучше отражается словами «коэффициент нагрузки», поскольку он характеризует лишь непосредственно угол рассогласования векторов напряжения и тока.

Примеры работ
Услуги
Контакты

Время выполнения запроса: 0,0029149055481 секунд.

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности (Power Factor) – комплексный показатель, характеризующий потери энергии в электросети,
обусловленные фазовыми и нелинейными искажениями тока и напряжения в нагрузке,
численно равный отношению активной мощности P нагрузки к её полной мощности S.

Реактивная составляющая

Наиболее значимую часть потерь в сети создают реактивные элементы
по причине своей физической способности накапливать и возвращать неиспользованную энергию обратно в источник.
Реактивная составляющая тока нагрузок не осуществляет полезной работы,
но остаётся в виде падения напряжения на активном сопротивлении всех участков сети энергосистемы,
попросту разогревая провода ЛЭП, кабели и трансформаторы подстанций.

В этом случае, если не рассматривать другие потери,
коэффициент мощности будет равен косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением в нагрузке.

PF = P/S = cosφ

PF — Power Factor — Коэффициент Мощности (КМ).
P — Потребляемая (полезная, активная) мощность. P=UIcosφ.
S — Полная мощность. S = UI.
φ — Угол сдвига фаз между током и напряжением, созданный реактивными элементами нагрузок (обмотки электродвигателей,
трансформаторов, электромагнитов . ..)
Подробнее об этом на страничке реактивная мощность.

В целях устранения реактивных потерь на производственных предприятиях используют специальные конденсаторные установки,
компенсируя положительный сдвиг фаз, созданный индуктивными нагрузками.
На начальном этапе компенсация фазового сдвига, внесённого суммарно всеми потребителями сети, осуществляется на электростанциях путём контроля подмагничивания роторных обмоток генераторов.

Гармонические искажения

В настоящее время большая часть бытовой техники является для электросети нелинейной нагрузкой.
Телевизоры, компьютеры, мониторы, муз. центры, адаптеры, зарядные устройства, энергосберегающие лампочки и многие другие бытовые приборы
имеют выпрямитель или импульсный блок питания, искажающий форму тока.
В результате, дополнительно к основной частоте 50 гц, в сети появляются высшие кратные гармоники — 100 гц, 150 гц, 200 гц, 250 гц и.т.д…
Высшие гармоники тока на активной нагрузке выделяют активную мощность, но энергетически не связаны с источником (генератором)
и являются потерями для энергосистемы.
Мощность высших гармоник, как и реактивная, будет рассеиваться на активном сопротивлении проводов, кабелей,
трансформаторов и линий электропередач в виде тепла и других негативных явлений в силовых установках сети (паразитный резонанс, вихревые токи и.т.д…).
Коэффициент мощности для нелинейных нагрузок определится из коэффициента гармоник соотношением:

DPF (Distortion Power Factor) — это тот же PF, но только для гармонических искажений, без учёта сдвига фаз.

THD (Total Harmonic Distortion) — коэффициент гармоник,
равный отношению суммы квадратов тока или напряжения высших гармоник к квадрату тока (напряжения) основной гармоники.

В этом случае коэффициент мощности можно выразить, как отношение действующего значения тока основной гармоники
к действующему значению тока в нагрузке.

Многие бытовые потребители снабжены симисторным регулятором мощности,
который не только вносит гармонические искажения тока, но и сдвигает фазу основной гармоники тока, что приводит к дополнительным (фазовым) потерям.
То есть, в таких случаях, коэффициент мощности определится не только коэффициентом искажений, но и сдвигом фазы основной гармоники.

Здесь cosφ₁ — косинус угла сдвига фазы тока основной (первой) гармоники относительно напряжения сети.

Современные пылесосы и стиральные машины с симисторными регуляторами оборотов вносят весь комплекс искажений тока по причине наличия электродвигателя,
как реактивной составляющей в нагрузке.
Тогда угол сдвига фаз для основной гармоники в расчётах увеличится с учётом общего сдвига тока индуктивностями обмоток двигателя.

Более существенные гармонические искажения в электросети возникают при использовании мощных сварочных преобразователей — инверторов,
которые могут искажать не только форму тока, но и напряжения в сети.
А это внесёт дополнительные потери мощности для всех других потребителей этой сети.

В общем случае для любых нагрузок, независимо от степени искажений и угла сдвига фаз, коэффициент мощности PF можно определить, как соотношение P/S,
вычислив активную P и полную S мощности интегрированием тока и напряжения во времени,
которое способны произвести современные цифровые измерительные приборы на основе микроконтроллеров.

Потребляемая (активная) мощность P — это среднее значение мощности в нагрузке за период,
т.е среднеарифметическое всех мгновенных значений UI.
Полная мощность — это произведение среднеквадратичных значений напряжения сети и тока нагрузки.
Тогда коэффициент мощности вычисляется следующим образом:

В целях компенсации гармонических искажений, в электрические потребители, содержащие нелинейные элементы в силовых цепях,
устанавливают специальные Корректоры Коэффициента Мощности (ККМ) — Power Factor Correction (PFC),
которые могут быть как пассивными (фильтры L или LC), так и активными.
Активные PFC — это преобразователи, способные приблизить форму тока в нагрузке к синусоидальной,
тем самым устранив (по возможности) высшие гармоники из общего спектра колебаний тока.

В качестве ознакомления можно посмотреть пример использования вышеописанных расчётных формул для варианта с симисторным управлением активной нагрузкой
по ссылке ограничение мощности симистором.

Другие полезные статьи:
Закон Ома.
Дизель-генератор.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, формула

Коэффициент мощности – это скалярная физическая величина, показывающая насколько рационально потребителями расходуется электрическая энергия. Другими словами, коэффициент мощности описывает электроприемники с точки зрения присутствия в потребляемом токе реактивной составляющей.

В этой статье мы рассмотрим физическую сущность и основные методы определения cos φ.

Математически cos φ

Математически cos φ определяется как отношение активной мощности к полной или равен отношению косинуса этих величин (отсюда и название параметра).

Величина коэффициента мощности может изменяться в интервале 0 — 1 (либо в диапазоне 0 — 100%). Чем ближе его величина к 1, тем лучше, поскольку при величине cos φ = 1 – потребителем реактивная мощность не потребляется (равняется 0), следовательно, меньше потребляемая полная мощность в общем.

Низкий cos φ указывает на то, что на внутреннем сопротивлении потребителя выделяется повышенная реактивная мощность.

Когда токи / напряжения являются идеальными сигналами синусоидальной формы, то коэффициент мощности составляет 1.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

В энергетике для коэффициента мощности используются следующие обозначения cos φ либо λ. В случае если для определения коэффициента мощности используется λ, его значение выражают в %.

Геометрически коэффициент мощности можно изобразить, как косинус угла на векторной диаграмме между током, напряжением между током, напряжением. В связи с чем при синусоидальной форме токов и напряжений величина cos φ совпадает с косинусом угла, от которого отстают эти фазы.

Короткое видео о кратким объяснением, что такое коэффициент мощности:

Повышение коэффициента мощности

Значение коэффициента мощности рассчитывают при проектировании сетей. Поскольку низкое его значение является следствием увеличения величины общих потерь электроэнергии. Для его увеличения в сетях используют различные способы коррекции, повышая его значение до 1.

Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:

снижение потерь электроэнергии;
рациональное использование цветных металлов на создание электропроводящей аппаратуры;
оптимальное использование установленной мощности трансформаторов, генератор и прочих машин переменного тока.

Технически коррекция реализуется в виде введения различных дополнительных схем на вход устройств. Эта техника требуется для равномерного использования мощности фазы, устранения перегрузок нулевого провода 3-х-фазной сети, и является обязательной для импульсных источников питания, установленной мощностью 100 Вт и более.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Помимо этого, компенсация позволяет обеспечить отсутствие всплесков потребляемого тока на пике синусоиды, равномерную нагрузку на питающую линию.

Основные способы коррекции cos φ

1. Коррекция реактивной составляющей мощности производится путём включения реактивного элемента, имеющего противоположное действие. К примеру, для компенсации работы асинхронной машины, обладающей высокой индуктивной реактивной составляющей мощности, в параллель включается конденсатор.

2. Корректировка нелинейности электропотребления. При потреблении тока нагрузкой непропорционально основной гармонике напряжения, для повышения коэффициента мощности в схему вводят пассивный (активный) корректор коэффициента мощности. Наиболее простым примером пассивного корректора cos φ является дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой. Дроссель производит сглаживание импульсного потребления нагрузки и создание низшей, основной гармоники тока.

3. Корректировка естественным способом, не предусматривающая установку дополнительных устройств, предполагает упорядочение технологического процесса, рациональное распределение нагрузок, ведущее к улучшению режима потребления электроэнергии оборудованием, повышению коэффициента мощности.

Подробное видео с объяснением, что такое cosφ :

👆Корректор коэффициента мощности блока питания APFC — что это и зачем он нужен | Блоки питания компьютера | Блог

Подбирая современный блок питания для настольного ПК, пользователь сталкивается с понятием корректора коэффициента мощности. В английской интерпретации это понятие звучит как power factor corrector (PFC). Что это такое, что он корректирует в современных блоках питания и какая от него польза? Попробуем разобраться.

Полная и активная мощность ПК

Для начала, разделим активный и пассивный корректоры коэффициента мощности (ККМ). Пассивные ККМ в современных блоках питания не применяются из-за низкой эффективности. Их мы рассматривать не будем. Далее речь пойдет только об активных ККМ (APFC).

В некоторых блоках питания APFC есть, в других нет. APFC в БП обычно преподносится производителем как неоспоримое преимущество.

Но для начала нужно разобраться с мощностью самого компьютера. Для определения мощности необходимо измерить ток, напряжение и перемножить их. Закон Ома, однако.

Измерим потребляемую мощность ПК, в составе которого установлен БП без корректора.

Измеритель показывает напряжение 220 вольт при токе 0.756 ампер. Все это перемножаем и получаем мощность 166 Вт. Странно, но прибор показывает мощность 100 Вт. Что это, ошибка?

Нет, просто мы сравнили разные мощности. После перемножения тока на напряжение была получена так называемая полная мощность — 166 Вт. А измеритель показал активную мощность 100 Вт, то есть именно ту, которая делает для нас работу. Остальная мощность просто не используются и ее можно условно назвать неактивной мощностью. В понятие неактивной мощности входят составляющие реактивной мощности и мощности гармонических искажений. вычисляются они немного сложнее, чем просто разность полной и активной мощности и останавливаться на этом мы не будем.

Чтобы не запутаться, полную мощность измеряют в вольт-амперах (ВА), активную в ваттах (Вт)

Наверняка пытливый читатель сразу же задался корыстным вопросом: а за какую электрическую мощность мы платим, что учитывает электросчетчик. Так вот, счетчик считает только активную потребленную мощность.

Коэффициент мощности, он же Power Factor

Так вот, отношение активной мощности к полной дает нам так называемый коэффициент мощности (КМ), в английском это Power Factor (PF). Разделим 100 Вт на 166 и получим PF=0.60. Обратите внимание, именно это значение PF и показывает нам измеритель.

Не зная PF, невозможно достоверно определить мощность нелинейной нагрузки в сети переменного тока. Простой амперметр и вольтметр тут не годятся.

Иногда коэффициент мощности путают с коэффициентом полезного действия (КПД). На самом деле это совершенно разные показатели, не имеющие друг к другу никакого отношения.

PF показывает, насколько эффективно БП использует сеть переменного тока. КПД показывает, насколько эффективно БП преобразует мощность из сети для питания компонентов компьютера.

Именно коэффициент мощности и должен скорректировать корректор (PFC), пытаясь довести его до единицы и свести к нулю неиспользуемую мощность. Возникает вопрос: зачем? Ведь счетчик ее не учитывает, зачем же платить за корректор коэффициента мощности, который мы покупаем в одном корпусе с блоком питания.

Зачем корректировать коэффициент мощности

Первая причина — она же главная

Сама по себе неактивная мощность не используется и напрямую мы за нее не платим, но она бегает по проводам, по контактам выключателей и реле, по обмоткам трансформаторов и тем самым нагружает их почем зря.

Судите сами, наш подопытный БП потребляет ток 0.756 ампер. А если бы коэффициент мощности был равен 1, то потребляемый ток составил всего 0.45 А.

«А для моей новенькой медной проводки в квартире без разницы», — скажет читатель и будет прав, но только в границах своей квартиры. Для примера возьмем большое офисное здание, в котором установлены 1000 компов. Если все они будут с корректором коэффициента мощности, то общий потребляемый ток будет 450 Ампер. А если все будут без корректора, то мы получим ток в 750 А, из которых 300 А будут лишний раз нагревать провода, кабели и обмотки генераторов, увеличивая общие потери электроэнергии. Теперь умножьте все это на масштабы города, страны или даже всей планеты.

Вторая причина, тоже важная

Импульсный блок питания компьютера имеет на входе достаточно большую емкость в виде электролитического конденсатора. Кто хоть раз вскрывал БП, знает об этом. Именно этот конденсатор является главным виновником низкого PF и необходимости использования APFC.

Дело в том, что конденсатор потребляет ток не равномерно, а только в определенные моменты. И вот в эти моменты возникает бросок тока.

Ниже желтая осциллограмма — это напряжение сети, а голубым цветом как раз обозначены импульсы тока зарядки конденсатора в моменты максимальных значений напряжения.

Все это приводит к искажению формы и симметрии синусоидального напряжения в сети. Даже на этой осциллограмме видно, что макушки синусоиды срезаны, и причина этому — как раз неравномерное потребление тока. Это негативно сказывается на работе других электроприборов, для которых «чистый» синус — залог хорошей работоспособности.

Для сравнения ниже показана осциллограмма, полученная при измерении тока через БП с APFC.

Нетрудно заметить, что форма тока в БП с APFC синхронно повторяет форму напряжения, именно это и требуется от APFC. В данном случае PF составлял 0.98. Кстати, это блок питания be quiet! Pure Power 11 500W.

Требования энергоэффективности

В целях повышения энергоэффективности компьютерных блоков питания была предложена программа сертификации — 80 PLUS. Чуть позже требования программы были включены в международный стандарт энергоэффективности потребительских товаров Energy Star, который является обязательным во многих странах мира.

В стандарте 80 PLUS, кроме базовых требований, существуют несколько дополнительных уровней, которые добавлялись по мере совершенствования технологий изготовления БП.

Обозначаются уровни энергоэффективности вот такими симпатичными значками.

О КПД мы говорить не будем, это совсем другая история, а вот на коэффициент мощности как раз стоит обратить внимание. Как следует из таблицы, даже в базовых требованиях стандарта 80 PLUS коэффициент мощности должен быть не ниже 0.8, и с каждым уровнем энергоэффективности требования к коэффициенту мощности только возрастают.

Получить такой коэффициент мощности можно, только если применять активный корректор коэффициента мощности (APFC). Теперь причина применения APFC в БП становится понятной и заключается в необходимости соответствовать требованиям стандарта 80 PLUS. Кроме того, получение сертификата определенного уровня энергоэффективности является делом чести уважающего себя производителя. Ведь чем выше сертификат, тем более престижным и продвинутым среди покупателей считается блок питания.

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ТРЕУГОЛЬНИК МОЩНОСТЕЙ, ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Особенности индуктивных нагрузок

Большинство нагрузок в современных системах электроснабжения имеют индуктивный характер. К ним, например, относятся электродвигатели, трансформаторы, балласты люминесцентных ламп, индукционные печи. Для нормальной работы подобных нагрузок в них требуется создать магнитное поле.

Индуктивные нагрузки требуют наличия двух составляющих тока:

Активной составляющей, за счет которой происходит нагрев, получение света, механическое движение, полезная работа и т.п.;
Реактивной составляющей, необходимой для получения и поддержания магнитного поля.

Активная составляющая тока отвечает за потребление активной мощности, которая может быть измерена с помощью ваттметра. Она измеряется в ваттах (Вт) и киловаттах (кВт). Реактивная мощность не совершает никакой полезной работы, но циркулирует между генератором и нагрузкой. При этом она увеличивает нагрузку на источники питания и распредсистему. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах-реактивных (вар).

Вместе активная и реактивная мощность образуют полную или кажущуюся мощность. Она измеряется в киловольт-амперах (кВА).

Рис. 1. Активная мощность

Рис. 2.Реактивная мощность

Понятие коэффициента мощности (косинуса фи)

Под коэффициентом мощности понимают отношение активной мощности к полной. Этот коэффициент характеризует, насколько эффективно используется электроэнергия. Высокие значения коэффициента мощности соответствуют эффективному использованию электроэнергии, а низкие – напротив, неэффективному.

Для определение коэффициента мощности (PF) следует разделить активную мощность (в кВт) на полную (кВА). Для линейных систем с синусоидальными токами коэффициент мощности численно равен cos ?:

PF = кВт/кВА = cos ?

Например, для токарно-карусельного станка, работающего с полезной мощностью 100 кВт и полной мощностью 125 кВА, коэффициент мощности составит 100/125 = 0,8.

Рис. 3. Полная мощность

Рис. 4. Треугольник мощностей

Примечание: показанный на рис.4 треугольник мощностей используется для иллюстрации соотношений между активной, реактивной и полной мощностями.

Должен ли нас волновать низкий коэффициент мощности PF (косинус фи — cos ?)?

Низкий cos ? означает, что вы не полностью используете оплачиваемую вами электроэнергию.

Из показанных на рис.5 соотношений можно видеть, что полная мощность уменьшается с ростом коэффициента мощности. При коэффициенте мощности, равном 70%, для получения 100 кВт требуется 142 кВА. При коэффициенте мощности, равном 95%, для получения 100 кВт требуется только 105 кВА. Если посмотреть на все это с точки зрения величины тока, получается, что при коэффициенте мощности 70% требуется на 35% больший ток для совершения той же самой полезной работы.

Рис. 5. Типичные треугольники мощностей

Что можно сделать для повышения косинуса фи (коэффициента мощности)?

Коэффициент мощности можно повысить путем установки компенсирующих конденсаторов в распредсистеме предприятия

Если полная мощность (кВА) больше, чем полезная мощность (кВт), через энергосистему протекает сумма активного и реактивного токов. Силовые конденсаторы являются своего рода генератором реактивной мощности (см. рис. 6). Выдавая реактивный ток, они снижают общий ток, протекающий от энергосистемы к нагрузкам.

Наиболее выгодным является коэффициент мощности 95%

Теоретически конденсаторы могут выдать 100% требуемой реактивной мощности. Однако наиболее выгодным является поддержание коэффициента мощности на уровне 95%.

На рис.7 показано потребление полной мощности в системе до и после установки конденсаторов. Установка конденсаторов и увеличение коэффициента мощности до 95% обеспечивает снижение полной мощности со 142 кВА до 105 кВА, т.е. снижение составляет 35%.

Рис.6. Конденсаторы как генераторы реактивной мощности

Рис.7. Требуемая полная мощность до и после компенсации

Компенсация реактивной мощности: руководство для главного энергетика

Какова будет экономия при установке компенсирующих конденсаторов

Силовые конденсаторы дают множество преимуществ:

снижение расходов на электроэнергию;
снижение требований к мощности системы;
улучшение стабильности напряжения;
снижение потерь.

Снижение расходов на оплату электроэнергии

Ваша энергоснабжающая организация поставляет как активную (кВт), так и реактивную мощность (квар). Хотя реактивная мощность и не регистрируется счетчиками электроэнергии (считающими киловатт- часы), распределительная сеть должна быть достаточно мощной, чтобы обеспечить необходимую полную мощность. Поэтому у энергоснабжающих компаний есть масса способов заставить потребителей компенсировать их расходы на более мощные генераторы, трансформаторы, кабели, выключатели и т.п.

Как показано в случае ниже, конденсаторы могут сэкономить ваши деньги вне зависимости от того, как именно происходит начисление платы за электроэнергию.

Начисление за полную мощность (кВА)

Энергоснабжающая организация измеряет и тарифицирует каждый ампер потребляемого тока, включая реактивную составляющую.

Начисление за кВт с учетом коэффициента мощности

Энергоснабжающая организация начисляет плату в соответствии с потребляемой активной энергией и добавляет пени при низком коэффициенте мощности. Также может использоваться поправочный коэффициент, на который умножается величина активной энергии. Следующая формула иллюстрирует начисление, при котором «отправной точкой» является коэффициент мощности, равный 90%:

Потребление в кВт х 0,90

фактический коэффициент мощности

Если коэффициент мощности равен 0,84, поставщик электроэнергии увеличит плату на % в соответствии с формулой:

кВт х 0,90 / 0,84 = 107 (множитель)

Некоторые энергоснабжающие организации требуют дополнительную плату за низкий коэффициент мощности, но предоставляют вычеты или бонусы за потребление свыше определенного уровня.

Начисление за реактивную мощность

Энергоснабжающая организация напрямую взимает плату за реактивную мощность, которая обычно составляет определенную долю от активной мощности (кВт). Например, если эта плата составляет 1 рубль за каждый квар для всего, что находится сверх 50% активной мощности. Иными словами, если имеется нагрузка 400 кВт, энергоснабжающая организация предоставит 200 квар бесплатно.

Увеличение пропускной способности системы при компенсации реактивной мощности

Применение конденсаторов для компенсации реактивной мощности увеличивает пропускную способность системы по току. Повышение коэффициента мощности снижает количество квар на кВт полезной нагрузки. Таким образом, используя конденсаторы можно увеличить полезную нагрузку при сохранении величины полной мощности (кВА).

Рис.8. Увеличение пропускной способности трансформатора при компенсации

Компенсация реактивной мощности позволяет увеличить нагрузочную способность трансформатора

Предприятие имеет трансформатор мощностью 500 кВА, работающий почти на номинальной мощности. Он потребляет 480 кВА или 578 А при 400 В. Существующий коэффициент мощности – 75%, соответственно доступная активная мощность составляет 360 кВт.

Желательно увеличить производительность на 25%, т.е. необходимо получить 450 кВт. Как этого добиться? Самый простой выход – установить новый трансформатор. Для получения 450 кВт потребуется трансформатор мощностью 600 кВА при работе с коэффициентом мощности 75%. При этом, скорее всего, понадобится следующий стандартный типоразмер трансформатора (750 кВА).

Возможно, лучшим решением будет повысить коэффициент мощности, чтобы трансформатор смог работать с дополнительной нагрузкой. Для повышения коэффициента мощности с 75 до 95% при нагрузке в 450 кВт потребуется конденсатор с мощностью 450 х 0,553 = 248,8 квар.

Аналогичный принцип используется при необходимости снизить ток, протекающий через перегруженное оборудование. Повышение коэффициента мощности с 75 до 95% при той же активной мощности приводит к снижению тока на 21%. Если посмотреть по другому, при работе с коэффициентом мощности 75% ток возрастает на 26,7%, а при 65% — на 46,2%.

Отрасли промышленности с низким коэффициентом мощности, в которых выгодно использовать конденсаторы

Низкий косинус фи является следствием того, что множество двигателей работают с нагрузкой ниже номинальной. Такое часто происходит в циклических технологических процессах, например, при использовании циркулярных пил, шаровых мельниц, конвейеров, компрессоров, шлифовальных станков, прессов и т.п. Для подобных механизмов двигатели обычно выбираются, исходя из максимально возможной нагрузки. Примерами механизмов, работающих с низким коэффициентом мощности (от 30 до 50%), можно считать токарный станок, работающий в режиме неглубокого реза, ненагруженный компрессор, циркулярную пилу в отсутствии заготовки.

С низким коэффициентом мощности обычно работают предприятия в следующих отраслях:

Отрасли с низким коэффициентом мощности

Отрасль	Нескомпенсированный коэффициент мощности
Лесопильни	45-65%
Производство пластмасс (особенно экструдеры)	55-70%
Металлообрабатывающие станки, прессы	60-70%
Гальванопокрытия, текстиль, химическая промышленность, пивоварни	65-75%
Больницы, склады, литейное производство	70-80%

Включайте конденсаторы КРМ в новые проекты и проекты расширения производства

Включение конденсаторов в новые проекты и проекты модернизации производства позволяет уменьшить типоразмеры трансформаторов, шин, выключателей и т.п., что ведет к прямой экономии.

На рис. 9 показано, как высвобождается полная мощность системы (кВА) при увеличении коэффициента мощности. Увеличение коэффициента мощности с 70 до 90% высвобождает 0,32 кВА на кВт. При нагрузке 400 кВт высвобождается 128 кВт.

Повышение стабильности напряжения

Пониженное из-за больших потребляемых токов напряжение приводит к затрудненному пуску двигателей и их перегреву. По мере снижения коэффициента мощности растет общий ток в линии, что приводит к увеличению падения напряжения. Установка конденсаторов и конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности и снижение просадок позволяют добиться более эффективной работы двигателей и продлить их срок службы.

Снижение потерь

Потери из-за низкого коэффициента мощности связаны с реактивным током, протекающим в системе. Эти потери связаны с выделением тепла и могут быть устранены за счет коррекции коэффициента мощности. Мощность потерь (в ваттах) в распредсистеме рассчитывается как произведение квадрата тока на активное сопротивление контура (I2R). Рассчитать снижение потерь можно по формуле:

Снижение потерь (%) = 100 – 100 х (начальный коэф. мощности/конечный коэф. мощности)²

Рис.9. Высвобождение полной мощности при коррекции коэффициента мощности

Как правильно выбрать конденсаторы для конкретного случая?

Если сделан вывод о целесообразности компенсации реактивной мощности на том или ином объекте, понадобится выбрать оптимальный типоразмер и количество конденсаторов.

Существует два основных способа установки конденсаторов: «индивидуальный» (когда отдельные конденсаторы устанавливаются непосредственно у нагрузок, обычно линейных) и «групповой» (когда батарея с фиксированной или регулируемой емкостью устанавливается на присоединении или на подстанции).

Сравнение индивидуальной и групповой компенсации

Преимущества установки индивидуальных конденсаторов рядом с нагрузками:

Предсказуемость; конденсаторы не могут создать проблемы в сети при работе без нагрузки;
Не требуются отдельные выключатели; двигатель всегда включается вместе с относящимся к нему конденсатором;
Оптимизация режимов работы двигателей за счет более эффективного использования электроэнергии и снижения просадок напряжения;
Двигатели можно переставлять вместе с относящимися к ним конденсаторами;
Проще выбрать конденсатор для конкретной нагрузки;
Снижение потерь в линии;
Повышение пропускной способности системы.

Преимущества установки конденсаторных батарей на присоединении или на подстанции:

Ниже цена за квар;
Повышение коэффициента мощности всего предприятия, что снижает или исключает любые санкции за низкий коэффициент мощности;
Автоматическое переключение конденсаторов обеспечивает получение строго необходимой реактивной мощности, что исключает перекомпенсацию и связанные с ней перенапряжения.

Преимущества и недостатки индивидуальной и групповой (с нерегулируемыми и автоматически регулируемыми батареями) компенсации

Метод	Преимущества	Недостатки
Индивидуальные конденсаторы	Наиболее эффективный метод, наибольшая гибкость	Большая стоимость установки и обслуживания
Нерегулируемая батарея	Наиболее экономичное решение, требуется меньше точек установки	Менее гибкое решение, требуются выключатели и/или контакторы
Автоматически регулируемая батарея	Наилучшее решение при меняющихся нагрузках, исключаются перенапряжения, низкая стоимость установки	Выше стоимость оборудования
Комбинированный	Наиболее подходящее решение при большом количестве двигателей	Менее гибкое решение

Изучение особенностей объекта

Для выбора оптимального решения необходимо взвесить достоинства и недостатки каждого из возможных способов компенсации. При этом следует учитывать «переменные объекта», такие как тип нагрузок, их мощность, постоянство нагрузки, нагрузочная способность сети, способы пуска двигателей и способ начисления платы за электроэнергию.

Тип нагрузок

Если на предприятии установлено много крупных двигателей с мощностью 35 кВт и более, обычно целесообразно устанавливать на каждый двигатель свой конденсатор и включать его одновременно с относящимся к нему конденсатором. Если на предприятии используется много мелких двигателей, от 0,5 до 18 кВт, можно сгруппировать эти двигатели и установить один конденсатор в центральной точке системы. Часто наилучшим решением для предприятий с множеством двигателей разных мощностей оказывается комбинирование обоих типов компенсации.

Мощность нагрузки

Для предприятий с мощными нагрузками может оказаться выгодным комбинирование индивидуальной и групповой компенсации с нерегулируемыми или автоматическими конденсаторными батареями. С другой стороны, для небольшого объекта может оказаться достаточно одного единственного конденсатора в распределительном щите.

Иногда на предприятии обнаруживается изолированный «проблемный участок», в котором требуется коррекция. Такая ситуация может возникнуть, если на предприятии используются сварочные аппараты, индукционные нагреватели или приводы постоянного тока. В этом случае, если скомпенсировать реактивную мощность на конкретном фидере, питающем нагрузку с низким коэффициентом мощности, это повысит коэффициент мощности всего предприятия, и дополнительные конденсаторы будут не нужны.

Постоянство нагрузки

Если предприятие работает круглосуточно и потребляет постоянную мощность, использование нерегулируемых конденсаторов наиболее экономично. Если нагрузка «привязана» к восьмичасовому рабочему дню и потребляется пять дней в неделю, удобно использовать конденсаторные батареи, отключаемые в периоды с меньшей нагрузкой.

Нагрузочная способность

Если фидеры или трансформаторы перегружены, или требуется увеличить нагрузку и без того нагруженных линий, компенсацию реактивной мощности необходимо производить непосредственно на нагрузке. Если распредсистема имеет запас по току, конденсаторы можно устанавливать на главных фидерах. Если нагрузка сильно меняется, разумно использовать регулируемую батарею с автоматическим переключением ступеней.

Способ начисления платы за электроэнергию

Размеры тарифов и штрафы за низкий коэффициент мощности могут существенно влиять на экономический эффект от компенсации и срок окупаемости. Во многих отраслях оптимально подобранное оборудование для коррекции коэффициента мощности окупается менее чем за два года.

Сколько квар необходимо?

Единицей измерения мощности конденсаторов для компенсации реактивной мощности является квар, равный 1000 вар (вольт-ампер-реактивный). Количество квар характеризует, какую реактивную мощность выдаст конденсатор.

Выбор типоразмера конденсаторов для индивидуальной компенсации

Для выбора конденсаторов для индивидуальной компенсации моторных нагрузок следует обратиться к таблице 3. При этом необходимо использовать данные с заводской таблички двигателя — номинальную скорость и мощность. В таблице приведены мощности конденсаторов (квар), необходимые для доведения коэффициента мощности до 95%. В таблицах также приведено, насколько снизится ток после установки конденсаторов.

Выбор типоразмера конденсаторов для компенсации всего предприятия

Если известно, какую активную мощность (кВт) потребляет предприятие, его существующий коэффициент мощности и желаемый коэффициент мощности.

Как правильно подобрать мощность вашего ИБП. Разбираем на примере Eaton

Надёжная защита компьютеров, работоспособность и долгий срок службы источников бесперебойного питания (ИБП) зависят от правильно подобранной мощности ИБП по отношению к нагрузке. В этом посте мы рассмотрим простые правила подбора ИБП по мощности — они помогут и сэкономить бюджет, и остаться уверенным, что эти устройства обеспечат защиту в случае внезапного сбоя или отключения электроснабжения.

Расчёт нагрузки при выборе мощности ИБП

При подборе ИБП оперируют тремя величинами:

мощность нагрузки,

номинальная мощность ИБП,

требуемое время автономной работы ИБП от батареи.

Это основные параметры, но есть ещё нюансы, и об этом мы тоже расскажем ниже.

С определением мощности нагрузки всё относительно просто — суммируется мощность всех устройств, которые планируется подсоединить к одному ИБП (обычно это группа устройств, расположенных рядом друг с другом). Затем полученные цифры суммируются по всем ИБП, обслуживающих такие группы устройств. Мощность, потребляемую мониторами, принтером, колонками, роутером, внешним дисководом и т.д., можно найти на этикетках устройств. Для ПК или сервера берётся мощность указанная на блоке питания.

Знатоки скажут, что это весьма приблизительный подсчёт нагрузки, поскольку в разных режимах потребляемая мощность каждого устройства может существенно отличаться от той, что указана на этикетках или в спецификациях на блоки питания. Это будет абсолютной правдой, но они же согласятся, что таким образом определяется мощность «по верхнему пределу потребления». Если реальная мощность нагрузки в результате окажется ниже рассчитанной, то ничего плохого не случится.

Дальше идёт первый нюанс — он связан с номинальной мощностью ИБП: обычно она указывается в вольт-амперах (В·А) и выносится в виде цифр в название модели ИБП. Например, модель ИБП Eaton 5P 850 имеет номинальную мощность 850 В·А. При этом мощность нагрузки подсчитывается в ваттах (Вт), так как именно в ваттах маркируются блоки питания компьютеров, мониторов и других ИТ-устройств. Удобные онлайн-калькуляторы пересчёта «В·А в Вт» есть в интернете. Если же вы хотите пересчитать самостоятельно, можно воспользоваться следующей формулой:

Активная мощность (ватты) = Полная мощность (вольт-амперы) × Коэффициент мощности (Cos φ)

Второй нюанс состоит в том, что неизвестной величиной в этой формуле будет коэффициент мощности (Cos φ). И, кстати, в онлайн-калькуляторе тоже потребуется указать значение этого параметра. Для измерения «косинуса фи» для конкретного устройства существуют специальные приборы, называемые фазометрами. Но в малом бизнесе столь точные расчеты Cos φ обычно никто не проводит. Как правило, пользуются оценочными значениями Cos φ, характерными для данного типа устройств.

Так, для типового ПК эта величина составляет 0,7, и именно с этим коэффициентом указана мощность ИБП в ваттах в каталогах Eaton.

А какой Cos φ у современных серверов, систем хранения данных и сетевого оборудования (коммутаторов, маршрутизаторов и прочего)? В них используются блоки питания с коррекцией коэффициента мощности, поэтому его значение приближается к единице (1,0). Принято считать, что такое оборудование является нагрузкой с небольшой ёмкостной составляющей, и коэффициент мощности принимают равным 0,95.

Отдельным вопросом является использование таких блоков питания с ИБП – при их использовании требуется выбрать ИБП бОльшей мощности, особенно, если ИБП выдает не чистую синусоиду напряжения на выходе, а меандр.Также могут возникнуть дополнительные требования к ИБП, связанные с принципом работы таких источников. Тема требует отдельной статьи, и таких статей уже написано множество.

Следующий параметр, значение которого следует знать перед выбором мощности ИБП — это желаемое время работы ИБП в режиме «от батарей». В каталоге для каждой модели ИБП приводится оценочное время автономной работы при нагрузке 50% и 70% от номинальной мощности.

Узнать мощность нагрузки можно с помощью самого ИБП. Источник: Eaton

Обычно для корректного завершения работы операционной системы на компьютерах достаточно 5 минут, особенно если автоматизировать этот процесс посредством программного обеспечения мониторинга и управления ИБП — стороннего или от производителя ИБП (например, Eaton Intelligent Power Manager). Однако если требуется значительно большее время на поддержание работы компьютеров, то следует выбирать более мощные модели ИБП или даже докупать и устанавливать дополнительные внешние батареи. Такие внешние батареи доступны для моделей ИБП, работающих в корпоративном секторе.

Давайте выполним пример расчёта мощности ИБП для защиты электропитания двух современных серверов, позиционируемых как «серверы для малого бизнеса» с блоками питания по 200 Вт (то есть общая мощность двух серверов — 400 Вт). Низкая мощность блоков питания объясняется тем, что в таких серверах нет никаких движущихся частей, кроме вентиляторов охлаждения. Дисковая память реализована на SSD и нет CD-дисковода. Да, и ещё предполагается, что мощных видеокарт тоже нет.

При коэффициенте мощности 0,95 и ориентации на 70-процентную нагрузку от номинальной мощности получим, что требуется ИБП не менее, чем на 600 В·А: (400 ÷ 0,95) ÷ 0,7. Таким требованиям удовлетворит, скажем, ИБП Eaton 5P 650 в корпусе «башня» или «для стойки, 1U». Согласно каталогу, время автономной работы такого источника будет порядка 6 минут. Однако если вы не уверены, что точно знаете коэффициент мощности БП вашего сервера, то лучше ориентироваться на стандартное значение 0,7, а не на близкое к идеальному 0,95. Тогда наш расчёт (400 ÷ 0,7) ÷ 0,7 даст требуемую мощность ИБП 816 В·А. Следовательно, следует выбрать следующую по мощности модель ИБП Eaton 5P 850. Всегда лучше выбирать ИБП с запасом, т.к. время автономной работы в каталогах указано приблизительно и может варьироваться в зависимости от реальной нагрузки, возраста батареи и уровня её заряда, температуры окружающей среды.

Заметим тут же, что ИБП, как и любой компонент системы электропитания (к примеру, трансформатор), должен быть рассчитан на полную мощность нагрузки. Поэтому в нормальном режиме линейно-интерактивный ИБП работает через автотрансформатор и приведенная выше методика справедлива. Но при работе от батареи преобразуется только активная составляющая, поэтому необходимо учитывать номинальную активную мощность ИБП. Для ИБП Eaton 5-й серии это значение обычно подсчитывается как S·0,6 (0,7). Для класса онлайн-ИБП в любом режиме (кроме байпаса) необходимо учитывать и активную мощность, и полную, и разрешенный диапазон коэффициента мощности нагрузки.

Мониторинг и управление шатдауном нагрузок

После того, как расчёты сделаны, ИБП куплен и нагрузка подключена, в процессе эксплуатации желательно контролировать реальный уровень нагрузки. Это можно делать, используя служебный дисплей ИБП или с помощью ПО удалённого мониторинга. На основании этих наблюдений, сделанных при разных режимах работы нагрузок, можно окончательно определить, правильно ли подобрана мощность ИБП для защищаемых устройств.

Скриншот ПО управления ИБП. Источник: Eaton

Для удалённого мониторинга нагрузок Eaton предлагает компаниям фирменное ПО управления системой бесперебойного электроснабжения Intelligent Power Manager (IPM).

Базовая версия на десять ИБП доступна бесплатно, для контроля большего числа источников потребуется платная лицензия. IPM обеспечивает удалённый контроль корпоративной инфраструктуры гарантированного энергоснабжения с любого компьютера с использованием веб-интерфейса. Кроме физических серверов, IPM поддерживает управление питанием виртуальных машин — можно автоматически завершать работу гипервизоров VMware, HyperV, RedHat KVM и Xen.

Коэффициент мощности или косинус фи индукционного электрокотла

Эффективность индукционных электрических котлов в системах теплоснабжения непосредственно связана с понятием «косинуса фи». Для специалистов-энергетиков вопрос «что такое «косинус фи», конечно, вопросом не является, однако для всех остальных этот термин может показаться непонятным. В этой статье мы разберемся с этим понятием и поймем, почему «косинус фи» индуктивно-кондуктивных нагревателей «Терманик», равный 0,985, – это так важно с точки зрения оценки эффективности индукционных нагревателей. Причем, как обычно, не будем сыпать сложными определениями и формулами, ведь мы хотим разобраться и понять, а не написать курсовую работу!

cos_φ — именно так обозначается это понятие – это отношение активной мощности к полной. cosφ не измеряется ни в Ваттах, ни в Герцах – ни в чем, потому как это коэффициент и является относительной величиной. Он может варьироваться от 0 до 1. И чем ближе к 1, тем лучше. Также этот коэффициент называется «коэффициентом мощности».

Откуда же он берется? Введем некоторые понятия. Любой прибор, имеющий в своем составе электрические элементы, создает электромагнитное поле, а для трансформатора или индукционного нагревателя, электромагнитное поле – это то, ради чего и создается прибор, так как если он не будет генерировать магнитное поле, он не будет работать, то есть станет бесполезной железякой. Возьмем, к примеру, индукционный электронагреватель «Терманик 100» с заявленной заводом-изготовителем мощностью 100 кВт. С точки зрения владельца «Терманика» — это нагреватель, который потребляет электроэнергию и производит тепло. А с точки зрения поставщика электроэнергии, «Терманик» — это нагрузка, то есть потребитель мощностью… 102 кВА. Что за разница в показаниях? И почему одна мощность измеряется в кВт, а другая – в кВА?

Дело в том, что в сети переменного тока различают активную, реактивную и полную мощность. Собственно говоря, полная мощность и состоит из двух составляющих – активной и реактивной мощности. Активная мощность – это та самая мощность, потребляя которую, электронагреватель и вырабатывает тепловую энергию, она-то и измеряется в кВт (и для нагревателя «Терманик 100» составляет 100 кВт). Но какая-то часть мощности тратится не на нагрев, а на поддержание работы самого нагревателя. В случае с индукционным нагревателем – на создание и поддержание магнитного поля, без которого он бы не работал вообще. Эта мощность и является «реактивной мощностью». Несмотря на свое название, к работе реактивного двигателя она не имеет никакого отношения. В данном случае, «реактивный» — значит направленный в противоположном от движения электротока направлении. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (Вар, кВАр), а общая мощность измеряется в кВА.

Коэффициент мощности, он же cos_φ — это отношение активной мощности к полной. Физически он показывает, какая часть полной мощности идет на совершение полезной работы (в нашем случае – на преобразование в тепло), а какая – на поддержание работоспособности самого устройства. Если наш нагреватель обладает коэффициентом мощности 0,985, значит 98,5% мощности идет на нагрев и только 1,5% преобразуется в реактивную мощность.

Так и получается, что 102 кВА х 0,985 = 100 кВт

Реактивная мощность сама по себе не совершает полезную работу, хотя, как ни парадоксально, является необходимой составляющей для ее осуществления. Реактивная мощность возвращается обратно в электросеть.

Реактивная мощность и энергия снижают показатели эффективности энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива, растут потери в подводящих сетях и приемниках, увеличивается падение напряжения в сетях. Строго говоря, большая реактивная мощность – это скорее головная боль поставщика электроэнергии. Однако и для потребителя это важно, поскольку, чем меньше реактивной мощности выдает его оборудование, тем меньше нагрузка на понижающие силовые трансформаторы, меньше нагрузка на провода и возможность использования кабелей меньшего сечения, избежание штрафов за низкий cos_φ (есть и такие!), ну и, в целом, снижение потребления электроэнергии.

Значение коэффициента мощности выше 0,9 говорит о высокой эффективность индукционных нагревателей. Ни для кого не секрет, что индукционный нагреватель небольшой мощности можно собрать и «в гараже», возможно, его даже можно будет эксплуатировать, однако если говорить о промышленном предприятии, где совокупное значение вырабатываемой всеми приборами и устройствами реактивной мощности, чрезвычайно важно, там могут применяться только высокопроизводительные машины с максимальным коэффициентом мощности.

Что такое коэффициент мощности? | Как рассчитать формулу коэффициента мощности

Как понять коэффициент мощности

Пиво — это активная мощность (кВт) — полезная мощность или жидкое пиво — это энергия, которая выполняет работу. Это то, что вам нужно.

Пена — это реактивная мощность (кВАр) — пена — это потраченная впустую или потерянная мощность. Это производимая энергия, которая не выполняет никакой работы, например, производство тепла или вибрации.

Кружка — кажущаяся мощность (кВА) — кружка — это потребляемая мощность или мощность, поставляемая коммунальным предприятием.

Если бы схема была эффективна на 100%, потребляемая мощность была бы равна доступной мощности. Когда спрос превышает имеющуюся мощность, на энергосистему оказывается нагрузка. Многие коммунальные предприятия добавляют плату за спрос к счетам крупных потребителей, чтобы компенсировать разницу между спросом и предложением (когда предложение ниже спроса). Для большинства коммунальных предприятий потребность рассчитывается на основе средней нагрузки, размещенной в течение 15–30 минут. Если требования к нагрузке нерегулярны, коммунальное предприятие должно иметь больше резервных мощностей, чем если бы требования к нагрузке оставались постоянными.

Пик спроса — это период наибольшего спроса. Перед коммунальными предприятиями стоит задача предоставить мощность, чтобы справиться с пиковыми потребностями каждого клиента. Использование электроэнергии в тот момент, когда она пользуется наибольшим спросом, может нарушить общее предложение, если не будет достаточно резервов. Таким образом, коммунальные услуги выставляют счет за пиковый спрос. Для некоторых крупных клиентов коммунальные предприятия могут даже взять самый большой пик и применить его в течение всего расчетного периода.

Коммунальные предприятия применяют надбавки к компаниям с более низким коэффициентом мощности. Издержки более низкой эффективности могут быть огромными — сродни вождению автомобиля, потребляющего много бензина.Чем ниже коэффициент мощности, тем менее эффективна схема и тем выше общие эксплуатационные расходы. Чем выше эксплуатационные расходы, тем выше вероятность того, что коммунальные предприятия накажут клиента за чрезмерную загрузку. В большинстве цепей переменного тока коэффициент мощности никогда не бывает равным единице, потому что на линиях электропередачи всегда присутствует некоторое сопротивление (помехи).

Как рассчитать коэффициент мощности

Для расчета коэффициента мощности вам понадобится анализатор качества электроэнергии или анализатор мощности, который измеряет как рабочую мощность (кВт), так и полную мощность (кВА), а также рассчитывает соотношение кВт / кВА.

Формула коэффициента мощности может быть выражена другими способами:

PF = (Истинная мощность) / (Полная мощность)

PF = W / VA

Где ватты измеряют полезную мощность, а VA измеряют потребляемую мощность. Отношение этих двух значений по существу представляет собой полезную мощность к подаваемой мощности, или:

Как показывает эта диаграмма, коэффициент мощности сравнивает реальную потребляемую мощность с полной мощностью или потребляемой нагрузкой. Мощность, доступная для выполнения работы, называется реальной мощностью.Вы можете избежать штрафов за коэффициент мощности, корректируя коэффициент мощности.

Низкий коэффициент мощности означает, что вы используете электроэнергию неэффективно. Это имеет значение для компаний, поскольку может привести к:

Тепловому повреждению изоляции и других компонентов схемы
Уменьшению доступной полезной мощности
Требуемое увеличение размеров проводов и оборудования

Наконец, коэффициент мощности увеличивает общая стоимость системы распределения энергии, потому что более низкий коэффициент мощности требует более высокого тока для питания нагрузок.

Связанные ресурсы

Понимание коэффициента мощности и его важности

Коэффициент мощности — это показатель того, насколько эффективно вы используете электроэнергию. Чтобы обеспечить нас электроэнергией, работают различные виды энергии. Вот что делает каждый.

Рабочая мощность — «истинная» или «реальная» мощность, используемая всеми электрическими приборами для выполнения работы по обогреву, освещению, движению и т. Д. Мы выражаем это как кВт или киловатт. Распространенными видами резистивных нагрузок являются электрическое отопление и освещение.

Индуктивная нагрузка, такая как двигатель, компрессор или балласт, также требует реактивной мощности для создания и поддержания магнитного поля для работы. Мы называем эту нерабочую мощность кВАр или киловольт-ампер-реактивной.

В каждом доме и на предприятии есть как резистивные, так и индуктивные нагрузки. Соотношение между этими двумя типами нагрузок становится важным по мере добавления индуктивного оборудования. Рабочая мощность и реактивная мощность составляют полную мощность, которая называется кВА, киловольт-ампер.Мы определяем полную мощность по формуле, кВА2 = кВ * А.

Идя еще дальше, коэффициент мощности (PF) — это отношение рабочей мощности к полной мощности, или формула PF = кВт / кВА. Высокий коэффициент мощности приносит пользу как потребителю, так и коммунальному предприятию, в то время как низкий коэффициент мощности указывает на плохое использование электроэнергии.

Вот пример. Операция штамповки стали выполняется при 100 кВт (рабочая мощность), а счетчик кажущейся мощности регистрирует 125 кВА. Чтобы найти коэффициент мощности, разделите 100 кВт на 125 кВА, чтобы получить коэффициент мощности 80%.Это означает, что только 80% входящего тока выполняет полезную работу, а 20% теряется из-за нагрева проводов. Поскольку Edisto Electric должна обеспечивать потребности всех клиентов как в кВт, так и в кВА, чем выше коэффициент мощности, тем эффективнее становится наша распределительная система.

Улучшение PF может максимизировать допустимую нагрузку по току, повысить напряжение в оборудовании, снизить потери мощности и снизить счета за электроэнергию. Самый простой способ улучшить коэффициент мощности — добавить в электрическую систему конденсаторы коррекции коэффициента мощности.Конденсаторы коррекции коэффициента мощности действуют как генераторы реактивного тока. Они помогают компенсировать нерабочую мощность, используемую индуктивными нагрузками, тем самым улучшая коэффициент мощности. Взаимодействие между конденсаторами PF и специализированным оборудованием, таким как приводы с регулируемой скоростью, требует хорошо спроектированной системы.

Конденсаторы коррекции

PF могут включаться каждый день при запуске индуктивного оборудования. Включение конденсатора может вызвать очень кратковременное состояние «перенапряжения». Если у заказчика возникают проблемы с приводом с регулируемой скоростью, который отключается из-за «перенапряжения» примерно в одно и то же время каждый день, исследуйте последовательность управления переключением.Если клиент жалуется на перегорание предохранителей на некоторых, но не на всех, конденсаторах, проверьте наличие гармонических токов.

Назад к основам: что означает коэффициент мощности и почему мы должны его корректировать?

Сегодняшние коммерческие, промышленные, розничные и даже домашние помещения все чаще заполняются электронными устройствами, такими как ПК, мониторы, серверы и копировальные аппараты, которые обычно получают питание от импульсных источников питания (SMPS). Если они не спроектированы должным образом, они могут представлять нелинейные нагрузки, которые создают гармонические токи и, возможно, напряжения в сети электропитания.Гармоники могут повредить кабели и оборудование в этой сети, а также другое подключенное к ней оборудование. Проблемы включают перегрев и риск возгорания, высокое напряжение и циркулирующие токи, сбои в работе оборудования и отказы компонентов, а также другие возможные последствия. Нелинейная нагрузка может генерировать эти гармоники, если у нее низкий коэффициент мощности. Другие нагрузки могут иметь низкие коэффициенты мощности, не создавая гармоник. В этом посте рассматриваются эти проблемы, обстоятельства, которые могут привести к разрушительной генерации гармоник, и практические подходы к их уменьшению.

Две причины низкого коэффициента мощности

На самом простом уровне мы могли бы сказать, что коэффициент мощности электрического или электронного устройства — это отношение мощности, которую оно потребляет от сети, и мощности, которую оно фактически потребляет. «Идеальное» устройство имеет коэффициент мощности 1,0 и потребляет всю потребляемую мощность. Он будет представлять нагрузку, которая является линейной и полностью резистивной, то есть такой, которая остается постоянной независимо от входного напряжения и не имеет значительной индуктивности или емкости.На рисунке 1 показаны формы входных сигналов, которые может показывать такое устройство. Во-первых, форма волны тока совпадает по фазе с напряжением, а во-вторых, обе формы волны синусоидальны.

Рис. 1. Осциллограммы входного напряжения и тока для устройства с коэффициентом мощности = 1,0

На практике некоторые устройства имеют единичный коэффициент мощности, а многие другие нет.Устройство имеет низкий коэффициент мощности по одной из двух причин; либо он потребляет ток, не совпадающий по фазе с напряжением питания, либо потребляет ток несинусоидальной формы. Случай несинусоидальности, известный как коэффициент мощности смещения, обычно связан с электродвигателями внутри промышленного оборудования, в то время как несинусоидальный случай, известный как коэффициент мощности искажения, обычно наблюдается с электронными устройствами, такими как ПК, копировальные устройства. и зарядные устройства аккумуляторов, приводимые в действие импульсными источниками питания (SMPS).Мы кратко рассмотрим коэффициент мощности смещения, прежде чем перейти к случаю искажения, который имеет более непосредственное отношение к проектировщикам электронных систем питания. Однако важно помнить об обоих случаях. Например, на некоторых инженерных курсах проблема коэффициента мощности обсуждается только с точки зрения двигателей, что вызывает путаницу, когда их студенты позже сталкиваются с низким коэффициентом мощности, показываемым SMPS.

Проблемы с электродвигателями и смещением коэффициента мощности

Электродвигатели создают мощные магнитные поля, которые создают напряжение или противодвижущую силу, противоположную приложенному напряжению.Это заставляет ток питания отставать от приложенного напряжения. Возникающая в результате противофазная составляющая тока не может обеспечить полезную мощность, но увеличивает требуемую мощность поставки и затраты на электроэнергию. Установка конденсаторов на двигатели снижает фазовую задержку и улучшает их коэффициент мощности.

SMPS и проблемы с коэффициентом мощности искажения

В то время как нагрузки с коэффициентом мощности смещения не вызывают гармоник и связанных с ними проблем, нагрузки с коэффициентом мощности с искажениями, такие как SMPS, будут делать это, если их коэффициент мощности не будет улучшен.

Входной каскад переменного тока SMPS обычно включает в себя мостовой выпрямитель, за которым следует большой конденсатор фильтра. Эта схема потребляет ток из сети только тогда, когда линейное напряжение превышает напряжение на конденсаторе. Это приводит к прерывистому течению тока, что приводит к несинусоидальной форме волны тока, показанной на рисунке 2.

Рис. 2: Несинусоидальная форма кривой тока, полученная SMPS с низким коэффициентом мощности

Можно использовать преобразование Фурье, математический процесс, чтобы проанализировать этот сигнал и разбить его на набор синусоидальных компонентов.Они включают в себя основную частоту — 50 Гц в Европе, 60 Гц в Америке — и набор преимущественно нечетных кратных основной частоты, известных как гармоники. Третья гармоника — 150 Гц (или 180 Гц), пятая — 250 Гц (300 Гц) и так далее. На рисунке 3 показан типичный спектр гармоник для электронной нагрузки SMPS. Основная составляющая потребляется SMPS, в то время как гармоники являются реактивными и создают проблемы, описанные выше. Отношение основной амплитуды к сумме амплитуд всех гармоник дает коэффициент мощности устройства.

Рис. 3: Типичный спектр гармоник для электронной нагрузки SMPS

Международный стандарт

Существует международный стандарт для описания и установления допустимых пределов генерации гармоник в сети. В ЕС используется стандарт IEC 61000-3-2, охватывающий уровни мощности оборудования от 75 до 600 Вт.Стандарт разделяет оборудование на четыре класса — A, B, C и D. Класс D охватывает персональные компьютеры, мониторы персональных компьютеров и телевизионные приемники.

Проверенные и инновационные решения PFC

Несмотря на то, что существуют пассивные решения для определения коэффициента мощности, в целом отрасль считает, что активные конструкции обеспечивают наилучшее улучшение коэффициента мощности. Обычно они основаны на технологии повышающего преобразователя, как в примере, показанном на Рисунке 4.

Рис.4: Схема активной коррекции коэффициента мощности с использованием повышения напряжения

Рис. 5: Формы напряжения и тока для активной цепи повышения

Для этого схема управления использует форму волны входного напряжения в качестве шаблона.Схема управления измеряет входной ток, сравнивает его с формой волны входного напряжения и регулирует повышающее напряжение, чтобы получить форму волны входного тока той же формы (5 – I). В то же время схема управления отслеживает напряжение на шине и регулирует повышающее напряжение для поддержания грубо регулируемого выходного постоянного тока (5 – B). Поскольку основной функцией схемы управления является подача синусоидального входного тока, напряжение шины постоянного тока может незначительно изменяться.

Использование активной схемы коррекции коэффициента мощности приводит к небольшому количеству разрывов входного тока и, как следствие, к низким искажениям и гармоническим составляющим, накладываемым на входной ток, потребляемый из линии.Однако недавно Vicor представила модульный интерфейс переменного тока, основанный на их новой архитектуре динамического преобразователя, названной Adaptive Cell.

Внешний интерфейс AC предлагает ряд улучшений для разработчиков систем. В частности, он обеспечивает универсальный вход _AC от 85 В до 264 В, высокую эффективность и высокую удельную мощность, особенно с учетом того, что это полное решение, включающее изолированный и регулируемый выход постоянного тока, а также выпрямление и коррекцию коэффициента мощности. Устройство снижает распространение гармоник в сети переменного тока, улучшая общее качество электроэнергии на уровне системы и объекта.Общие гармонические искажения превышают требования EN61000-2-3, а высокая частота переключения и резонансные переходы упрощают внешнюю фильтрацию и соответствие стандартам EMI.

Введение в схемы коррекции коэффициента мощности на основе конденсаторов — Блог о пассивных компонентах

Источник: блог Capacitor Faks

Часть мощности переменного тока, потребляемой индуктивными нагрузками, используется для поддержания инверсии магнитного поля из-за фазового сдвига между током и напряжением.Эту энергию можно рассматривать как потерянную энергию, поскольку она не используется для выполнения полезной работы. Цепи коррекции коэффициента мощности используются для минимизации реактивной мощности и повышения эффективности, с которой индуктивные нагрузки потребляют мощность переменного тока. Конденсаторы являются важными компонентами в схемах компенсации коэффициента мощности, и в этой статье будут рассмотрены некоторые конструктивные особенности при использовании этих компонентов для коррекции коэффициента мощности.

Реактивная мощность при индуктивных нагрузках

Индуктивные нагрузки, такие как дроссели, двигатели, оборудование для индукционного нагрева, генераторы, трансформаторы и оборудование для дуговой сварки, создают электрическую задержку, которую обычно называют индуктивностью.Эта индуктивность вызывает разность фаз между током и напряжением. На рис. 1 показаны кривые тока и напряжения для нагрузки с нулевым запаздыванием (чисто резистивная нагрузка).

Рисунок 1 Напряжение и ток для идеальной нагрузки

Из-за фазового сдвига из-за индуктивности бывают моменты, когда ток и напряжение имеют разные знаки. В это время генерируется отрицательная энергия, которая возвращается в сеть электроснабжения. Когда два возвращают одинаковый знак, для генерации магнитных полей требуется аналогичное количество энергии.Энергия, которая теряется из-за перемагничивания в индуктивных нагрузках, обычно называется реактивной мощностью.

Индуктивные нагрузки переменного тока подразделяются на линейные и нелинейные устройства. Для линейных нагрузок форма сигнала тока и форма сигнала напряжения имеют совпадающие синусоидальные профили. На рисунке 2 показаны кривые тока и напряжения для типичной линейной нагрузки. С другой стороны, поскольку нелинейные нагрузки потребляют ток на разных частотах, формы сигналов тока и напряжения различаются.Для большинства нелинейных нагрузок форма сигнала тока обычно несинусоидальная. На рис. 3 показаны кривые тока и напряжения для нелинейной нагрузки.

Рисунок 2 Напряжение и ток для линейной нагрузки

Рисунок 3 Напряжение и ток для нелинейной нагрузки

Некоторые примеры линейных электрических нагрузок включают нагревательное оборудование, двигатели и лампы накаливания. К нелинейным устройствам относятся частотно-регулируемые приводы, приводы постоянного тока, программируемые контроллеры, осветительные устройства дугового типа, индукционные печи, источники бесперебойного питания и персональные компьютеры.Известно, что нелинейные электрические нагрузки являются основной причиной гармонических искажений в системах распределения электроэнергии.

Коэффициент мощности

Эффективность, с которой электрические устройства или установки потребляют мощность переменного тока, варьируется. Некоторые нагрузки используют мощность эффективно, в то время как другие тратят значительную часть потребляемой мощности. Коэффициент мощности используется для описания эффективности, с которой нагрузки потребляют мощность переменного тока. Эта безразмерная величина находится в диапазоне от 0 до 1.

Как показано на рис. 4 и рис. 5 , общая мощность переменного тока, также известная как полная мощность, потребляемая электрическим устройством или оборудованием, зависит от двух компонентов: полезной мощности (активной мощности) и реактивной мощности. Под полезной мощностью понимается мощность, необходимая устройству для выполнения задачи. С другой стороны, реактивная мощность не дает полезной работы. Полезная мощность обычно измеряется в кВт, а реактивная мощность — в кВАр.

Рисунок 4 и 5, активная и реактивная мощности диаграммы полной полной мощности

Как показано в Уравнение 1 , коэффициент мощности равен отношению активной мощности (полезной мощности) к полной мощности (полной мощности), потребляемой электрическим устройством или оборудованием.Математически можно показать, что коэффициент мощности равен косинусу угла θ (, уравнение 2, ). Чем ближе это соотношение к 1,0, тем выше эффективность устройства или оборудования.

Для идеальной электрической нагрузки коэффициент мощности равен 1,0 (единичный коэффициент мощности). Это означает, что вся мощность, потребляемая нагрузкой, используется для выполнения полезной работы. Однако реальной электрической нагрузке добиться этого сложно. Импеданс для нагрузки, представленной , рис. 5, определяется уравнением 3, где XL — индуктивное реактивное сопротивление, которое определяется уравнением , уравнением 4 .

Почему электрической нагрузке трудно достичь единичного коэффициента мощности? Большинству электрических нагрузок присущи реактивные свойства, которые затрудняют достижение идеального коэффициента мощности. Чтобы преодолеть это ограничение, в сеть добавляются схемы коррекции коэффициента мощности для компенсации реактивных характеристик нагрузки.

Коррекция коэффициента мощности (компенсация)

Электрические нагрузки с низким коэффициентом мощности потребляют больше энергии, чем необходимо для выполнения задачи.Это может привести к значительным потерям мощности в сети и высоким потерям в трансформаторе. Такое увеличение потребления энергии увеличивает стоимость работающего оборудования или установок. Низкие коэффициенты мощности также вызывают повышенное падение напряжения в распределительной сети. Поставщики электроэнергии обычно наказывают отрасли, коэффициент мощности которых ниже установленного значения.

Поставщики электроэнергии побуждают промышленных потребителей повышать коэффициент мощности по разным причинам. Во-первых, повышение коэффициента мощности может помочь значительно сократить расходы на электроэнергию.Во-вторых, высокий коэффициент мощности помогает минимизировать потери КПД в трансформаторах потребителя. В-третьих, добавление системы коррекции коэффициента мощности помогает увеличить эффективную мощность электрической сети потребителя. Наконец, высокий коэффициент мощности способствует увеличению срока службы электрооборудования.

Сеть компенсации коэффициента мощности снижает мощность, потребляемую нагрузкой, тем самым улучшая общий коэффициент мощности. Компенсационная сеть позволяет электрическим нагрузкам достигать хорошего коэффициента мощности, обычно от 0.95 и 0,98. Коэффициент мощности 0,85 и ниже обычно рассматривается коммунальными предприятиями как плохой коэффициент мощности.

Цепи конденсаторной коррекции коэффициента мощности

Существуют различные методы повышения коэффициента мощности нагрузки или установки. Один из часто используемых методов включает добавление в сеть конденсаторов для коррекции коэффициента мощности. На рисунке 6 показана простая схема, состоящая из источника переменного тока и индуктивной нагрузки.

Рисунок 6 и 7 индуктивная нагрузка с конденсатором коррекции коэффициента мощности и без него

Как конденсатор помогает улучшить коэффициент мощности? В цепи переменного тока реверсирование магнитного поля из-за разности фаз между током и напряжением происходит 50 или 60 раз в секунду.Конденсатор помогает улучшить коэффициент мощности, освобождая линию питания от реактивной мощности. Конденсатор достигает этого за счет накопления энергии обратного магнитного поля.

На рисунке 7 показана индуктивная нагрузка с конденсатором коррекции коэффициента мощности. Рисунок 8 выше иллюстрирует улучшение коэффициента мощности при добавлении конденсатора в схему. Импеданс для цепи с конденсатором компенсации коэффициента мощности определяется уравнением , уравнение 5, , где XC — емкостное реактивное сопротивление, которое определяется уравнением , уравнением 6, .

В большинстве отраслей для компенсации реактивной мощности устанавливается система конденсаторов, управляемая контроллером коррекции коэффициента мощности. При проектировании системы коррекции коэффициента мощности важно избегать увеличения емкости сети. Добавление избыточной емкости к цепи может привести к чрезмерной коррекции, как показано на Рис. 9.

Полупроводниковые приборы также широко используются для коррекции коэффициента мощности. Использование полупроводниковых устройств в цепи для улучшения коэффициента мощности обычно называется активной компенсацией.Синхронные машины с перевозбуждением также обычно используются для улучшения коэффициента мощности сети.

Заключение

Индуктивные нагрузки, такие как трансформаторы, генераторы, двигатели, дроссели и оборудование для дуговой сварки, создают электрическую задержку, в результате чего ток и напряжение имеют разные знаки. Энергия, необходимая для поддержания разворота магнитного поля в индуктивных нагрузках, называется реактивной мощностью. Снижение реактивной мощности за счет повышения коэффициента мощности нагрузки переменного тока помогает минимизировать общие затраты на работу индуктивных нагрузок.Конденсаторы обычно используются в промышленности для повышения коэффициента мощности и минимизации потерь энергии.

предоставленное изображение: Hydra

оригинальная статья, которая впервые появилась на Capacitor Faks здесь, была отредактирована по объему и содержанию EPCI

Коэффициент мощности

— обзор

2.1.28 Мощность и коэффициент мощности переменного токасхемы

Обозначив фазовый угол между напряжением и током как ϕ, можно показать ², что средняя мощность составляет

В единицах среднеквадратичного значения. значения:

, где cos (ϕ) называется «коэффициентом мощности».

Коэффициент мощности — важный параметр при работе с электрическими трансформаторами и генераторами. Все такие машины рассчитаны на киловольт-амперы (кВА), что является мерой допустимой нагрузки по току для данного приложенного напряжения. Потребляемая мощность зависит как от номинальной мощности в кВА, так и от коэффициента мощности нагрузки.На рисунке 2.17 показана взаимосвязь между кВА, киловаттами (кВт) и коэффициентом мощности, иногда называемая треугольником мощности. Нетрудно заметить, что

Рисунок 2.17. Треугольник мощности

, где кВА _R — реактивная мощность. Таким образом, зная номинальную мощность в кВА и коэффициент мощности ряда различных нагрузок, можно определить требования к мощности от общего источника питания.

При указании коэффициента мощности в практических приложениях обычно указывается фаза тока относительно напряжения.Для индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения, и говорят, что коэффициент мощности отстает. Для преимущественно емкостной нагрузки ток опережает напряжение, а коэффициент мощности опережает.

Если питание подается, скажем, от генератора переменного тока номиналом 400 В и 1000 А, то это максимальное напряжение и ток, которые машина может выдержать без перегрева. Разность фаз между напряжением и током полностью зависит от нагрузки. Таким образом, если коэффициент мощности нагрузки равен единице, генератор переменного тока мощностью 400 кВА может обеспечить нагрузку мощностью 400 кВт.Пренебрегая потерями, первичный двигатель, приводящий в действие генератор, также должен обеспечивать мощность 400 кВт. Если же коэффициент мощности нагрузки равен 0,5, то подаваемая мощность будет только 200 кВт. Это означает, что хотя генератор будет работать на номинальной мощности в кВА, первичный двигатель, приводящий в действие генератор, будет работать только на половину своей мощности.

Альтернативный способ взглянуть на это явление — рассмотреть нагрузку, скажем, 100 кВт с запаздывающим коэффициентом мощности, равным 0.75. Если напряжение питания составляет 50 В, то требуемый ток из уравнения (2.55) равен 2,67 А. Если, однако, коэффициент мощности нагрузки должен быть увеличен до единицы, то требуемый ток будет уменьшен до 2 А. Это означает, что токопроводящие кабели при подаче пониженного тока могут иметь соответственно уменьшенную площадь поперечного сечения.

Как правило, размер электрической системы, включая линии передачи, распределительное устройство и трансформаторы, зависит от величины тока.Поэтому экономически целесообразно минимизировать ток. В качестве дополнительного стимула для промышленных потребителей органы электроснабжения обычно используют двухставочную систему тарифов. Он состоит из фиксированного тарифа, зависящего от номинальной мощности максимального потребления в кВА, и текущего заряда за единицу потребляемой киловатт в час.

По этим причинам полезно попытаться увеличить коэффициент мощности так, чтобы он был близок к единице (но не совсем). Фактически избегают единичного коэффициента мощности, поскольку он вызывает состояние резонанса (см. Раздел 2.1.29). На практике конденсаторы, соединенные параллельно, часто используются для улучшения коэффициента мощности преимущественно индуктивных нагрузок, таких как электродвигатели. Для крупномасштабных энергосистем используется отдельная установка с опережением фазы.

Что означает коэффициент мощности для ИБП?

Коэффициент мощности (pf) — это разница между фактической потребляемой энергией (Вт) и полной мощностью (вольты, умноженные на амперы) в цепи переменного тока. Он рассчитывается как десятичная дробь или в процентах от 0–1 pf до 0–100% i.е. 0,9 пФ = 90%.

Чем ближе коэффициент мощности к единице (1 пФ), тем ближе две формы сигнала совпадают по фазе друг с другом и устройство использует мощность более эффективно, поэтому коэффициент мощности связан с эффективностью ИБП.

Конвенция

предусматривает, что индуктивные нагрузки определяются как положительная реактивная мощность, а емкостные нагрузки — как отрицательная реактивная мощность. Но коэффициент мощности никогда не описывается как положительный или отрицательный, он либо отстающий, либо опережающий.

Коэффициент мощности с запаздыванием

Это нагрузки, в которых форма волны тока отстает от напряжения на коэффициент, равный реактивному сопротивлению нагрузки, обычно от 0,5 до 0,95.

На изображении ниже нагрузка 2300 ВА с запаздыванием 0,766 пФ будет иметь реальное значение мощности 1762 Вт (1,76 кВт).

Коэффициент мощности Unity

Нагрузки с коэффициентом мощности Unity (1 пФ) имеют формы сигналов тока и напряжения, совпадающие по фазе друг с другом.В приведенном ниже примере нагрузка 2300 ВА с 1 пФ имеет значение реальной мощности 2300 Вт (2,3 кВт).

Ведущий коэффициент мощности

Нагрузки с опережающим коэффициентом мощности имеют форму волны тока, которая опережает напряжение с коэффициентом, равным реактивному сопротивлению нагрузки, обычно между 0,8 и 0,95.

Используя те же 2300 ВА, что и в предыдущих примерах, опережающий коэффициент мощности 0,766 дает значение реальной мощности 1762 Вт (1,76 кВт).

Как фактор мощности влияет на конструкцию системы ИБП?

Традиционно системы ИБП были разработаны для поддержки нагрузок с единичным или запаздывающим коэффициентом мощности.

Однако современные источники бесперебойного питания теперь также могут работать с ведущими факторами мощности. Однако это требует тщательного планирования во время установки, поскольку ведущие факторы мощности могут вызвать перегрузку ИБП, которую он может не распознать.

Блейд-серверы

— лучший пример нагрузки с ведущим коэффициентом мощности. Они обладают большей вычислительной мощностью при меньшем пространстве в стойке, чем традиционные файловые серверы, и получили широкое распространение в секторах телекоммуникаций и центров обработки данных благодаря таким преимуществам, как упрощенная прокладка кабелей и пониженное энергопотребление.

Есть несколько способов уменьшить влияние ведущих факторов мощности, включая увеличение размера ИБП, но наиболее распространенным подходом является использование активных фильтров гармоник с коррекцией коэффициента мощности на выходе.

Это обеспечивает более приемлемую нагрузку на ИБП, но снижает эффективность, занимает больше места и увеличивает капитальные затраты.

Дополнительная литература:

Объяснение коэффициента мощности

— Инженерное мышление

коэффициент мощности объяснил

Объяснение коэффициента мощности.В этом уроке мы рассмотрим коэффициент мощности. Мы узнаем, что такое коэффициент мощности, что такое хороший и плохой коэффициент мощности, как сравнивать коэффициент мощности, причины коэффициента мощности, почему и как исправить коэффициент мощности, а также несколько примеров расчетов, которые помогут вам изучить электротехнику.
Прокрутите вниз, чтобы просмотреть БЕСПЛАТНЫЙ учебник YouTube

Итак, что такое коэффициент мощности?

Что такое коэффициент мощности

Коэффициент мощности — это безразмерное число, используемое в цепях переменного тока, его можно использовать для обозначения отдельного элемента оборудования, такого как асинхронный двигатель, или для потребления электроэнергии всем зданием.В любом случае он представляет собой отношение истинной мощности к полной мощности. Формула PF = кВт / кВА. Итак, что это значит?

Моя любимая аналогия для объяснения этого — использование аналогии с пивом.

Мы платим за пиво по бокалам, но внутри бокала и пиво, и пена. Чем больше у нас пива, тем меньше пены, поэтому мы получаем хорошее соотношение цены и качества. Если много пены, значит, пива не так много, и мы не получаем хорошее соотношение цены и качества.

Аналогия с пивом Power Factor

Пиво представляет собой нашу истинную мощность или наши кВт, киловатты.Это то, что нам нужно и нужно, это то, что делает работу.

Пена представляет нашу реактивную мощность или наши кВАр, реактивные киловольт-амперы. Это бесполезный материал, он всегда будет, и мы должны за него заплатить, но мы не можем его использовать, поэтому мы не хотим его слишком много. (у него действительно есть применение и цель, но мы увидим почему позже)

Комбинация этих кВт и кВАр составляет нашу полную мощность или нашу кВА. киловольт-амперы

Формула коэффициента мощности
Таким образом, коэффициент мощности

представляет собой отношение полезной мощности или истинной мощности в кВт к тому, за что мы взимаем плату в кВА.Таким образом, это говорит нам о том, сколько денег мы получаем за потребляемую электроэнергию.

Треугольник мощности — Коррекция коэффициента мощности

Если мы очень кратко коснемся терминов электротехники, мы увидим, что это выражено в виде треугольника власти. В данном случае я нарисую его как ведущий коэффициент мощности, так как это легче визуализировать. Пиво или истинная мощность — это соседняя линия, затем у нас есть пена, которая представляет собой реактивную мощность на противоположной стороне, затем для стороны гипотенузы, которая является самой длинной стороной, у нас есть кажущаяся мощность, она находится под углом к истинной мощность, угол известен как тета.

Формулы коэффициента мощности

По мере увеличения реактивной мощности или пены увеличивается и полная мощность, или кВА. Затем мы могли бы использовать тригонометрию для вычисления этого треугольника, я не буду в этой статье, так как я просто охватываю основы, поэтому мы просто увидим нужные вам формулы, но мы сделаем некоторые вычисления и рабочие примеры позже в этой статье.

Если мы посмотрим на типичный счет за электроэнергию в жилых домах, мы обычно увидим плату за количество использованных кВтч, потому что коэффициент мощности и потребление электроэнергии будут очень низкими, поэтому электроэнергетические компании, как правило, не беспокоятся об этом.

Однако в коммерческих и промышленных счетах за электроэнергию, особенно в зданиях с интеллектуальными или интервальными счетчиками электроэнергии, мы, скорее всего, увидим плату и информацию о количестве использованных кВт, кВтч, кВА и кВАр. В частности, в больших зданиях часто будет взиматься плата за реактивную мощность, но это зависит от поставщика электроэнергии.

Заряды реактивной мощности

Причина, по которой они взимают штраф за это, заключается в том, что, когда у крупных потребителей плохие коэффициенты мощности, они увеличивают ток, протекающий через электрическую сеть, и вызывают падения напряжения, которые уменьшают распределительную способность поставщиков и оказывают влияние на других потребителей.Кабели рассчитаны на пропускание определенного количества тока, протекающего через них. Таким образом, если многие крупные потребители подключаются с плохим коэффициентом мощности, кабели могут перегрузиться, им будет сложно выполнить соглашения о спросе и мощности, и новые клиенты не смогут подключиться, пока они не заменят кабели или не установят дополнительные кабели.

Плата за реактивную мощность возникает, когда коэффициент мощности здания падает ниже определенного уровня, этот уровень определяется поставщиком электроэнергии, но обычно начинается примерно с 0.95 и ниже.

Идеальный коэффициент мощности был бы 1,0, однако в действительности этого практически невозможно достичь. Мы вернемся к этому позже в видео.

В больших коммерческих зданиях общий коэффициент мощности, вероятно, будет находиться в следующих категориях

Хороший коэффициент мощности обычно составляет от 1,0 до 0,95

Плохой коэффициент мощности от 0,95 до 0,85

Плохой коэффициент мощности ниже 0,85.

Коммерческие офисные здания обычно находятся где-то между 0.98 и 0,92, промышленные здания могут быть ниже 0,7. Вскоре мы рассмотрим причины этого.

Сравнение коэффициента мощности асинхронного двигателя

Если мы сравним два асинхронных двигателя, оба имеют мощность 10 кВт и подключены к трехфазному источнику питания 415 В, 50 Гц. Один имеет коэффициент мощности 0,87, а другой — 0,92

Оба двигателя будут обеспечивать 10 кВт работы, но первый двигатель имеет более низкий коэффициент мощности по сравнению со вторым, а это означает, что мы не получаем такое же соотношение цены и качества.

Первый двигатель должен будет потреблять 11,5 кВА из электросети, чтобы обеспечить мощность 10 кВт.

Второй двигатель должен будет потреблять всего 10,9 кВА из электросети, чтобы обеспечить 10 кВт мощности.

Это означает, что у первого двигателя мощность 5,7 кВАр, а у второго двигателя — всего 4,3 кВАр.

Помните, что наши киловатты — это пиво, которое является полезным ингредиентом. КВАр — это пена, это не такая уж полезная штука. КВА — это то, за что мы будем платить, и это кВт + кВАр.2

Мы также могли бы найти коэффициент мощности из кВт и кВА, разделив 10 кВт на 11,5 кВА

PF = кВт / кВА

Мы могли бы найти кВт из коэффициента мощности и кВА, разделив 0,87 на 11,5 кВА, чтобы получить 10

кВт = PF x кВА

Так что же вызывает низкий коэффициент мощности?

В большинстве случаев на коэффициент мощности влияют индуктивные нагрузки.

Чисто резистивная нагрузка

Если бы у нас была чисто резистивная нагрузка, такая как электрический резистивный нагреватель, то формы волн напряжения и тока были бы синхронизированы или очень близки.Они оба пройдут свою точку максимума и минимума и одновременно пройдут через нулевую ось. Коэффициент мощности в этом случае равен 1, что идеально.

Если бы мы нарисовали векторную диаграмму, то напряжение и ток были бы параллельны, поэтому вся энергия, потребляемая от источника электричества, идет на выполнение работы, в данном случае на создание тепла.

Чисто индуктивная нагрузка

Если мы возьмем индуктивную нагрузку, такую как асинхронный двигатель, магнитное поле катушки сдерживает ток и приводит к фазовому сдвигу, при котором формы волны напряжения и тока не синхронизируются с током, и поэтому они проходят через нулевую точку после напряжение, это называется запаздывающим коэффициентом мощности.

Ранее в этой статье я сказал, что пена или кВАр бесполезны, это не совсем так, нам действительно нужна некоторая реактивная мощность для создания и поддержания магнитного поля, которое вращает двигатель. Реактивная мощность тратится впустую в том смысле, что мы не получаем от нее никакой работы, но все равно должны за нее платить, хотя нам она нужна, прежде всего, для того, чтобы иметь возможность выполнять эту работу. Ранее мы рассмотрели, как работают асинхронные двигатели, нажмите здесь, чтобы просмотреть это руководство.

Если мы построим векторную диаграмму для чисто индуктивной нагрузки, то ток будет под углом ниже линии напряжения, что означает, что не все потребляемое электричество выполняет работу.

Чисто емкостная нагрузка

Если взять чисто емкостную нагрузку, то с индуктивной нагрузкой произойдет обратное. Напряжение и ток не в фазе, за исключением того, что на этот раз напряжение сдерживается. Это приводит к опережающему коэффициенту мощности. Опять же, это будет означать, что не все электричество используется для работы, но мы все равно должны за это платить.

Если бы мы нарисовали векторную диаграмму для чисто емкостной нагрузки, то линия тока была бы под углом над линией напряжения, поскольку она опережает.

Коррекция недостаточного коэффициента мощности

Волновая диаграмма коррекции коэффициента мощности

Что мы можем сделать, чтобы исправить низкий коэффициент мощности и заряд реактивной мощности? В большинстве случаев мы сталкиваемся с запаздывающим коэффициентом мощности, вызванным индуктивными нагрузками, но мы можем встретить и опережающий коэффициент мощности.

Чтобы исправить низкий коэффициент мощности, мы можем добавить в схему конденсаторы или катушки индуктивности, которые вернут ток обратно в фазу и приблизят коэффициент мощности к 1. Если у нас есть запаздывающий коэффициент мощности, вызванный высокими индуктивными нагрузками в цепи, тогда мы добавьте конденсаторы, это чаще всего.Если у нас есть опережающий коэффициент мощности, вызванный высокими емкостными нагрузками, мы добавляем в схему индуктивную нагрузку. Их необходимо рассчитать, и в конце статьи мы увидим несколько примеров расчетов.

Зачем устранять плохой коэффициент мощности?

Зачем исправлять плохой коэффициент мощности

Низкий коэффициент мощности означает, что вам нужно потреблять больше энергии из электрических сетей, чтобы выполнять ту же работу, а кабели должны быть большего размера, чтобы они стоили дороже. Если коэффициент мощности становится слишком низким, поставщик электроэнергии может взимать с вас штраф или плату за реактивную мощность.Низкий коэффициент мощности может вызвать потери в оборудовании, таком как трансформаторы, и привести к большому притоку тепла. Это может привести к падению напряжения и даже сократить срок службы оборудования в экстремальных ситуациях.

Расчет конденсатора для коррекции коэффициента мощности

Давайте рассмотрим упрощенный пример расчета размера конденсатора для улучшения коэффициента мощности нагрузки. В здании трехфазный источник питания, общая рабочая нагрузка 50 кВт и коэффициент мощности 0,78, но мы хотим, чтобы он был равен 0.2 в квадрате, что дает нам 14,6 кВАр.

Следовательно, конденсатор должен компенсировать разницу между этими двумя, так что 40,1 кВАр минус 14,6 кВАр, что равняется конденсатору 25,5 кВАр. Это упрощенный пример, уточняйте у поставщика.

Коэффициент мощности — Power Factor

Коэффициент мощности

Реактивная составляющая

Гармонические искажения

Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, формула

Математически cos φ

Повышение коэффициента мощности

Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:

Основные способы коррекции cos φ

👆Корректор коэффициента мощности блока питания APFC — что это и зачем он нужен | Блоки питания компьютера | Блог

Полная и активная мощность ПК

Коэффициент мощности, он же Power Factor

Зачем корректировать коэффициент мощности

Требования энергоэффективности

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ТРЕУГОЛЬНИК МОЩНОСТЕЙ, ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Особенности индуктивных нагрузок

Понятие коэффициента мощности (косинуса фи)

Должен ли нас волновать низкий коэффициент мощности PF (косинус фи — cos ?)?

Что можно сделать для повышения косинуса фи (коэффициента мощности)?

Коэффициент мощности можно повысить путем установки компенсирующих конденсаторов в распредсистеме предприятия

Наиболее выгодным является коэффициент мощности 95%

Какова будет экономия при установке компенсирующих конденсаторов

Снижение расходов на оплату электроэнергии

Начисление за полную мощность (кВА)

Начисление за кВт с учетом коэффициента мощности

Начисление за реактивную мощность

Увеличение пропускной способности системы при компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности позволяет увеличить нагрузочную способность трансформатора

Отрасли промышленности с низким коэффициентом мощности, в которых выгодно использовать конденсаторы

Отрасли с низким коэффициентом мощности

Включайте конденсаторы КРМ в новые проекты и проекты расширения производства

Повышение стабильности напряжения

Снижение потерь

Как правильно выбрать конденсаторы для конкретного случая?

Сравнение индивидуальной и групповой компенсации

Преимущества и недостатки индивидуальной и групповой (с нерегулируемыми и автоматически регулируемыми батареями) компенсации

Изучение особенностей объекта

Тип нагрузок

Мощность нагрузки

Постоянство нагрузки

Нагрузочная способность

Способ начисления платы за электроэнергию

Сколько квар необходимо?

Выбор типоразмера конденсаторов для индивидуальной компенсации

Выбор типоразмера конденсаторов для компенсации всего предприятия

Как правильно подобрать мощность вашего ИБП. Разбираем на примере Eaton

Расчёт нагрузки при выборе мощности ИБП

Мониторинг и управление шатдауном нагрузок

Коэффициент мощности или косинус фи индукционного электрокотла

Что такое коэффициент мощности? | Как рассчитать формулу коэффициента мощности

Как понять коэффициент мощности

Как рассчитать коэффициент мощности

Связанные ресурсы

Понимание коэффициента мощности и его важности

Назад к основам: что означает коэффициент мощности и почему мы должны его корректировать?

Две причины низкого коэффициента мощности

Проблемы с электродвигателями и смещением коэффициента мощности

SMPS и проблемы с коэффициентом мощности искажения

Международный стандарт

Проверенные и инновационные решения PFC

Введение в схемы коррекции коэффициента мощности на основе конденсаторов — Блог о пассивных компонентах

— обзор

2.1.28 Мощность и коэффициент мощности переменного токасхемы

Что означает коэффициент мощности для ИБП?

Коэффициент мощности с запаздыванием

Коэффициент мощности Unity

Ведущий коэффициент мощности

Как фактор мощности влияет на конструкцию системы ИБП?

Дополнительная литература:

— Инженерное мышление

Итак, что такое коэффициент мощности?

Так что же вызывает низкий коэффициент мощности?

Коррекция недостаточного коэффициента мощности

Зачем устранять плохой коэффициент мощности?

Расчет конденсатора для коррекции коэффициента мощности

alexxlab

Вам также может понравиться

Основные дефекты сердечника статора: Неисправности и ремонт сердечников

Ток утечки как найти: Как найти утечку электричества в автомобиле

Добавить комментарий Отменить ответ