Мощность коэффициент: Что такое коэффициент мощности?

Что такое коэффициент мощности?

06 июня 2019

Коэффициент мощности — величина, равная отношению активной мощности P, потребляемой нагрузкой, к ее полной мощности S.

Полная мощность — это произведение действующих значений напряжения и тока:

S=U×I, измеряется в вольт-амперах (ВА).

Активная мощность измеряется в ваттах (Вт) и вычисляется по формуле:

P=U×I×λ, где λ — это коэффициент мощности.

Рассмотрим подробнее, что это такое.

Ранее, когда в основном встречались устройства с нагрузкой линейного типа (т.е. при синусоидальном напряжении нагрузка потребляла синусоидальный же ток), более распространено было понятие cosφ («косинус фи»), учитывающее разность фаз между напряжением и током (см. рис. 1).

Рис. 1. Разность фаз между напряжением и током.

Эта величина при условии линейности нагрузки определялась по той же формуле

cosφ=P/S, или из вида осциллограммы.

Однако если форма тока сильно отличается от синусоиды, такого параметра как cosφ для оценки качества потребляемой электроэнергии не достаточно, т.к. необходимо учитывать гармонический состав потребляемого тока (см. рис. 2).

Поэтому сейчас энергетики оперируют понятием коэффициент мощности.

Обозначается чаще всего λ («лямбда»), PF (Power Factor) или по старинке cosφ:

THD — Total Harmonic Distortion или КНИ (коэффициент нелинейных искажений) — коэффициент, определяемый отношением действующего значения первой гармоники тока к корню из суммы квадратов высших гармоник.

Математический смысл коэффициента мощности — это отношение интеграла произведения мгновенных значений напряжения и тока к произведению корней интегралов квадратов мгновенных значений тока и напряжения:

Физический смысл в том, что активная мощность (т.е. та, которую показывает ваттметр) не совпадает с полной мощностью, т.е. с произведением показаний вольтметра и амперметра, при отличии формы тока от формы напряжения или при несоответствии их фаз.

На рис. 3 хорошо видно, откуда вообще берется этот коэффициент: мгновенная мощность определяется как произведение мгновенного значения тока на мгновенное значение напряжения.

Т. е. какую-то часть периода (период Т=0,02 секунды при частоте 50 Гц) ток и напряжение совпадают по «знаку» (выделено синим вдоль оси) и их произведение дает положительную величину, а в остальное время (красным) напряжение, к примеру, больше нуля, а ток — меньше, соответственно их произведение меньше нуля. Активная мощность усредняется по периоду (интегрируется), т.е. в первом приближении алгебраически складываются все значения мощности за период и делятся на величину периода, т.е. будут слагаемые со знаком «+» и со знаком «–», поэтому в итоге сумма получится меньше, чем если бы ток и напряжение совпадали по фазе (см. рис. 4).

В случае с несинусоидальными токами при синусоидальном напряжении все немного сложнее, но смысл тот же — интеграл произведения тока на напряжение за период всегда меньше произведения действующих значений тока и напряжения. Суть в том, что высшие гармоники (т.е. составляющие тока, частота которых кратна основной частоте тока и напряжения) не создают активной мощности (по причине несовпадения частот с напряжением), но нечетные гармоники (3-я — частота 150 Гц, 5-я — частота 250 Гц, 7-я, 9-я и т.д.) создают полную мощность.

Для полноты информации наглядно поясним, что такое высшие гармоники:

1. Так будет выглядеть осциллограмма тока через обычный резистор 2200 Ом при работе в наших сетях (220 В, 50 Гц):

2. Так будет выглядеть ток с частой 150 Гц (т.е. 3×50 Гц — третья гармоника основной частоты) — синяя кривая. Красным цветом — основная частота или первая гармоника:

3. А так будет выглядеть ток, равный сумме 1-й гармоники и 3-й:

4. А если в составе тока будет много высших гармоник:

Примерно такая ситуация наблюдается в компактных люминесцентных и светодиодных лампах ввиду использования в схемах ЭПРА нелинейных элементов (транзисторы, диоды и т. д.). Это означает, что при тех же значениях активной мощности Р и напряжения U, нагрузочный ток энергосберегающих источников освещения больше, чем у ламп накаливания или галогенных.

Если, например, коэффициент мощности светодиодной лампы равен 0,5, то она потребляет в 2 раза больший ток, чем лампа накаливания той же мощности Р.

Потери мощности на нагрев проводов сети пропорциональны квадрату тока:

Таким образом, при соsφ=0,5 потери мощности в сети больше в 4 раза, чем при соsφ=1. Кроме того, генераторы и трансформаторы будут загружены током в 2 раза больше, и в этом случае требуется примерно в 2 раза большее сечение проводов для обмоток.

Отсюда видно, какое важное значение имеет величина соsφ:

– в электробытовых сетях: квартиры, дачи, частные дома;

– в промышленности: производство с жесткими лимитами электроэнергии;

– в бизнесе: офисы, торговые комплекты, склады;

– а также всюду, где стоит задача минимизировать затраты на электроэнергию.

Почему в нормативных документах требуется повышать коэффициент мощности?

Потому что низкий коэффициент мощности свидетельствует о том, что при низкой потребляемой (и оплачиваемой по времени) активной мощности, ваша нагрузка потребляет бесплатную полную мощность, т.е. фактически вы «гоняете по сетям бесплатный ток», а сетям все равно бесплатный ток или платный — провода греются и даже перегорают, перегружаются трансформаторы и прочее.

Например, известен случай: в одной Подмосковной теплице установили около тысячи КЛЛ на одну сеть — итог: выгорел нулевой провод (по нему при нормальных условиях и линейной нагрузке ток течь не должен вообще).

Поэтому, кстати, стандарты МЭК (стандарт международной электротехнической комиссии) и ГОСТ, соответственно, особенно требовательны к лампам высокой мощности (более 25 Вт).

Shine.ru

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: 0,00756692886353 секунд.

§57. Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Мгновенное значение мощности. В цепи, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления, в которой ток I и напряжение u в общем случае сдвинуты по фазе на некоторый угол ?, мгновенное значение мощности р равно произведению мгновенных значений силы тока i и напряжения u. Кривую мгновенной мощности р можно получить перемножением мгновенных значений тока i и напряжения u при различных углах ?t (рис. 199, а. Из этого рисунка видно, что в некоторые моменты времени, когда ток и напряжение направлены навстречу друг другу, мощность имеет отрицательное значение. Возникновение в электрической цепи отрицательных значений мощности является вредным. Это означает, что в такие периоды времени приемник возвращает часть полученной электроэнергии обратно источнику; в результате уменьшается мощность, передаваемая от источника к приемнику. Очевидно, что чем больше угол сдвига фаз ?, тем больше время, в течение которого часть электроэнергии возвращается обратно к источнику, и тем больше возвращаемая обратно энергия и мощность.

Активная и реактивная мощности. Мгновенная мощность может быть представлена в виде суммы двух составляющих 1 и 2 (рис. 199,б). Составляющая 1 соответствует изменению мощности в цепи с активным сопротивлением (см. рис. 175,б).

Среднее ее значение, которое называют активной мощностью,

P = UI cos ? (75)

Она представляет собой среднюю мощность, которая поступает от источника к электрическим установкам при переменном токе.

Составляющая 2 изменяется подобно изменению мощности в цепи с реактивным сопротивлением (индуктивным или емкостным, см. рис. 179, а и б). Среднее ее значение равно нулю, поэтому для оценки этой составляющей пользуются ее амплитудным значением, которое называют реактивной мощностью:

Q = UI sin ? (76)

Рассматривая кривые мощности (см. рис. 199,б), можно установить, что только активная мощность может обеспечить преобразование в приемнике электрической энергии в другие виды энергии. Эта мощность в течение всего периода имеет положительный знак, т. е. соответствующая ей электрическая энергия 2, называемая активной, непрерывно переходит от источника 1 к приемнику 4 (рис. 200, а). Реактивная мощность никакой полезной работы создать не может, так как среднее значение ее в течение одного периода равно нулю. Как видно из рис. 199,б, эта мощность становится то положительной, то отрицательной, т. е. соответствующая ей электрическая энергия ,3, называемая реактивной,

Рис. 199. Зависимость мгновенной мощности р (а) и ее составляющих (б) от угла ?t

Рис. 200. Диаграмма, иллюстрирующая передачу электрической энергии между источником и приемником, содержащим активное и реактивное сопротивления, при отсутствии компенсатора (а) и при наличии его (б): 1 — источник; 2,3 — условные изображения активной и реактивной энергии; 4 — приемник; 5 — компенсатор

непрерывно циркулирует по электрической цепи от источника электрической энергии 1 к приемнику 4 и обратно (см. рис. 200, а).

Возникновение реактивной мощности в цепи переменного тока возможно только при включении в эту цепь накопителей энергии, таких как катушка индуктивности или конденсатор. В первом случае электрическая энергия, поступающая от источника, накапливается в электромагнитном поле катушки индуктивности, а затем отдается обратно; во втором случае она накапливается в электрическом поле конденсатора, а затем возвращается обратно к источнику. Постоянная циркуляция реактивной мощности от источника к приемникам загружает генераторы переменного тока и электрические сети реактивными токами, не создающими полезной работы, и тем самым не дает возможности использовать их по прямому назначению для выработки и передачи потребителям активной мощности. Поэтому в производственных условиях стараются по возможности уменьшить реактивную мощность, потребляемую электрическими установками.

Полная мощность. Источники электрической энергии переменного тока (генераторы и трансформаторы) рассчитаны на определенный номинальный ток I_ном и определенное номинальное напряжение U_ном, которые зависят от конструкции машины, размеров ее основных частей и пр. Увеличить значительно номинальный ток или номинальное напряжение нельзя, так как это может привести к недопустимому нагреву обмоток машины или пробою их изоляции. Поэтому каждый генератор или трансформатор может длительно отдавать без опасности аварии только вполне определенную мощность, равную произведению его номинального тока на номинальное напряжение. Произведение действующих значений тока и напряжения называется полной мощностью,

S = UI

Следовательно, полная мощность представляет собой наибольшее значение активной мощности при заданных значениях тока и напряжения. Она характеризует ту наибольшую мощность, которую можно получить от источника переменного тока при условии, что между проходящим по нему током и напряжением отсутствует сдвиг фаз. Полную мощность измеряют в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А).

Связь между мощностями Р, Q и S можно определить из векторной диаграммы напряжений (рис. 201, а). Если умножить на ток I все стороны треугольника ABC, то получим треугольник мощностей А’В’С’ (рис. 201,б), стороны которого равны Р, Q и S. Из треугольника мощностей имеем:

S = ?(P² + Q²)

Из этого выражения следует, что при заданной полной мощности S (т. е. напряжении U и токе I) чем больше реактивная мощность Q, которая проходит через генератор переменного тока или трансформатор, тем меньше активная мощность Р, которую он может отдать приемнику. Иными словами, реактивная мощность не позволяет полностью использовать всю расчетную мощность источников переменного тока для выработки полезно используемой электрической энергии. То же самое относится и к электрическим сетям. Ток I = ?(I_a²+I_p²), который можно безопасно пропускать по данной электрической сети, определяется, главным образом, поперечным сечением ее проводов. Поэтому если часть I_р проходящего по сети тока (см. рис. 194,б) идет на создание реактивной мощности, то должен быть уменьшен активный ток I_а, обеспечивающий создание активной мощности, которую можно пропустить по данной сети.

Рис. 201. Векторная диаграмма напряжений (а) и треугольник мощностей (б) для цепи переменного тока

Если задана активная мощность Р, то при увеличении реактивной мощности Q возрастут реактивный ток I_р и общий ток I, проходящий по проводам генераторов переменного тока, трансформаторов, электрических сетей и приемников электрической энергии. При этом увеличиваются и потери мощности ?Р = I²R_пp в активном сопротивлении R_пp этих проводов.

Таким образом, бесполезная циркуляция электрической энергии между источником переменного тока и приемником, обусловленная наличием в нем реактивных сопротивлений, требует также затраты определенного количества энергии, которая теряется в проводах всей электрической цепи.

Коэффициент мощности. Из формулы (75) следует, что активная мощность Р зависит не только от тока I и напряжения U, но и от величины cos?, называемой коэффициентом мощности:

cos ? = P/(UI) = P/S = P/?(P² + Q²)

По значению cos ? можно судить, как использует мощность источника данный приемник или электрическая цепь. Чем больше cos ?, тем меньше sin ?, следовательно, согласно формулам (75) и (76) при заданных U и I, т. е. S, тем больше активная и меньше реактивная мощности, отдаваемые источником. При повышении cos ? и постоянной активной мощности Р, поступающей в приемник, уменьшается ток в цепи I = P/(U cos ?). При этом уменьшаются потери мощности ?P = I²R_пp в проводах и обеспечивается возможность дополнительной загрузки источника и электрической сети, т. е. лучшего их использования. Если приемник питается от источника при неизменном токе нагрузки, то повышение cos ? ведет к возрастанию активной мощности Р, используемой приемником. При cos?=1 реактивная мощность равна нулю, и вся мощность, отдаваемая источником, является активной. Поэтому на всех предприятиях и во всех отраслях народного хозяйства стремятся всемерно повышать коэффициент мощности и доводить его по возможности до единицы.

Значения коэффициента мощности электрических установок переменного тока различны. Электрические лампы обладают, главным образом, активным сопротивлением, поэтому при их включении сдвиг фаз между током и напряжением практически отсутствует. Следовательно, для осветительной нагрузки коэффициент мощности можно считать равным единице. Коэффициент мощности для двигателей переменного тока зависит от нагрузки. При номинальной расчетной нагрузке двигателя cos? = 0,8-0,9, а у крупных двигателей даже выше. При недогрузке двигателей коэффициент мощности их резко снижается (при холостом ходе cos ? = 0,25-0,3).

Повышение коэффициента мощности. Cos ? повышают различными способами. Основной из них — включение параллельно приемникам электрической энергии специальных устройств, называемых компенсаторами. В качестве последних чаще всего используют батареи конденсаторов (статические компенсаторы), но могут быть применены также и синхронные электрические машины (вращающиеся компенсаторы).

Способ повышения cos ? с помощью статического компенсатора (рис. 202, а) называют компенсацией сдвига фаз, или компенсацией реактивной мощности. При отсутствии компенсатора от источника к приемнику, содержащему активное и индуктивное сопротивления, поступает ток i₁ который отстает от напряжения и на некоторый угол сдвига фаз ?₁. При включении компенсатора Х_с по нему проходит ток i_c, опережающий напряжение и на 90°. Как видно из векторной диаграммы (рис. 202,б), при этом в цепи источника будет проходить ток i<i₁ и угол сдвига фаз его ? относительно напряжения также будет меньше ?₁.

Для полной компенсации угла сдвига фаз ?, т. е. для получения cos ? =1 и минимального значения тока I_min, необходимо, чтобы ток компенсатора I_с был равен реактивной составляющей I_1p = I₁ sin ?₁ тока I₁.
При включении компенсатора 5 (см. рис. 200,б) источник 1 и электрическая сеть разгружаются от реактивной энергии 3, так как она циркулирует уже по цепи «приемник — компенсатор». Благодаря этому достигаются существенное повышение использования генераторов переменного тока и электрических сетей и уменьшение потерь энергии, возникающих при бесполезной циркуляции реактивной энергии между источником 1 и приемником 4. Компен-

Рис. 202. Схема, иллюстрирующая способ повышения cos ? с помощью компенсатора (а), и векторная диаграмма (б)

сатор в этом случае выполняет роль генератора реактивной энергии, так как токи I_св конденсаторе и I_1р в катушке индуктивности (см, рис. 202,б) направлены навстречу один другому (первый опережает по фазе напряжение на 90°, второй отстает от него на 90°), вследствие чего включение компенсатора уменьшает общий реактивный ток I_р и сдвиг фаз между током I и напряжением U. При надлежащем подборе реактивной мощности компенсатора можно добиться, что вся реактивная энергия 3 (см. рис. 200,б), поступающая в приемник 4, будет циркулировать внутри контура «приемник — компенсатор», а генератор и сеть не будут участвовать в ее передаче. При этих условиях от источника 1 к приемнику 4 будет передаваться только активная мощность 2, т. е. cos ? будет равен единице.

В большинстве случаев по экономическим соображениям в электрических установках осуществляют неполную компенсацию угла сдвига фаз и ограничиваются значением cos ? = 0,95.

Мощность и коэффициент полезного действия — урок. Физика, 8 класс.

Мощность по своей сути является скоростью выполнения работы. Чем больше мощность совершаемой работы, тем больше работы выполняется за единицу времени.

Среднее значение мощности — это работа, выполненная за единицу времени.

Величина мощности прямо пропорциональна величине совершённой работы \(A\) и обратно пропорциональна времени \(t\), за которое работа была совершена.

Мощность \(N\) определяют по формуле:

N=At.

Единицей измерения мощности в системе \(СИ\) является \(Ватт\) (русское обозначение — \(Вт\), международное — \(W\)).

Для определения мощности двигателя автомобилей и других транспортных средств используют исторически более древнюю единицу измерения — лошадиная сила (л.с.), 1 л.с. = 736 Вт.

Пример:

Мощность двигателя автомобиля равна примерно \(90 л.с. = 66240 Вт\).

Мощность автомобиля или другого транспортного средства можно рассчитать, если известна сила тяги автомобиля \(F\) и скорость его движения (v).

N=F⋅v

Эту формулу получают, преобразуя основную формулу определения мощности.

Ни одно устройство не способно использовать \(100\) % от начально подведённой к нему энергии на совершение полезной работы. Поэтому важной характеристикой любого устройства является не только мощность, но и коэффициент полезного действия, который показывает, насколько эффективно используется энергия, подведённая к устройству.  

Пример:

Для того чтобы автомобиль двигался, должны вращаться колёса. А для того чтобы вращались колёса, двигатель должен приводить в движение кривошипно-шатунный механизм (механизм, который возвратно-поступательное движение поршня двигателя преобразует во вращательное движение колёс). При этом приводятся во вращение шестерни и большая часть энергии выделяется в виде тепла в окружающее пространство, в результате чего происходит потеря подводимой энергии. Коэффициент полезного действия двигателя автомобиля находится в пределах \(40 — 45\) %. Таким образом, получается, что только около \(40\) % от всего бензина, которым заправляют автомобиль, идёт на совершение необходимой нам полезной работы — перемещение автомобиля.

Если мы заправим в бак автомобиля \(20\) литров бензина, тогда только \(8\) литров будут расходоваться на перемещение автомобиля, а \(12\) литров сгорят без совершения полезной работы.

Коэффициент полезного действия обозначается буквой греческого алфавита \(«эта»\) η, он является отношением полезной мощности \(N\) к полной или общей мощности Nполная.

Для его определения используют формулу: η=NNполная. Поскольку по определению коэффициент полезного действия является отношением мощностей, единицы измерения он не имеет.

Часто его выражают в процентах. Если коэффициент полезного действия выражают в процентах, тогда используют формулу: η=NNполная⋅100%.

Так как мощность является работой, проделанной за единицу времени, тогда коэффициент полезного действия можно выразить как отношение полезной проделанной работы \(A\) к общей или полной проделанной работе Aполная. В этом случае формула для определения коэффициента полезного действия будет выглядеть так:

η=AAполная⋅100%.

Коэффициент полезного действия всегда меньше \(1\), или \(100\) % (η < 1, или η < \(100\) %).

Коэффициент мощности светильника

Коэффициент мощности (КМ) светильника напрямую связан с появлением индуктивной составляющей (дроссели или трансформаторы) в цепях питания источников света. Традиционные лампы накаливания введения такого коэффициента не требовали — в цепях питания таких ламп реактивная составляющая отсутствует.

Определение и физика коэффициента мощности

Математическое определение КМ выражено в отношении активной мощности источника света к его полной величине, потребляемой светильником. Более понятным языком КМ формулируется как отношение полезной энергии расходуемой на освещение, к полной мощности осветительного прибора.

Разница полной и полезной мощностей является следствием появления в цепях питания светильника нелинейных электронных устройств, которые вызывают фазовый сдвиг между напряжением и током. Традиционно к таким устройствами относят дроссели или трансформаторы.

Графическое обозначение КМ принято выражать двумя символами — cos φ или λ. Первый символ показывает значение КМ в относительных величинах от 0 до 1, а второй — в процентах. При совпадении полной и активной мощности cos φ = 1, а λ = 100%.

КМ светильников разного типа

Как уже было сказано, традиционные лампы накаливания не имеют потерь на сдвиге фазы и их КМ равен 1 или 100%. Люминесцентные лампы имеют КМ от 0,92, а величина коэффициента некоторых моделей ламп ДРЛ доходит до 0,5 или 50 %. На практике это означало, что у таких ламп на освещение расходовалось лишь половина потребляемой мощности.

Светодиодные источники света по значению КМ приближаются к лампам накаливания, его величина близка к 1 или 100%. На практике это означает, что коэффициентом мощности для светодиодных источников света можно пренебречь — светодиодный светильник практически не вносит потерь в цепи питания, вся потребляемая энергия расходуется на освещение.

Коэффициент мощности в сетях с нелинейными нагрузками

В последние десятилетия развитие распределительных сетей с регулируемым нормативно-правовыми актами качеством поставляемой электроэнергии затрудняется из-за причины парадоксального характера — нагрузки (приборы, устройства, агрегаты) эволюционируют в аспекте потребительской функциональности, но одновременно с этим растет их негативное влияние на качество генерируемой и поставляемой по магистральным линиям электроэнергии.

По факту синфазные сети (с аналогичными по времени максимальными значениями тока и напряжения) с «чистой» резистивной нагрузкой и/или сети с индуктивной/емкостной нагрузками и синусоидальной формой тока/напряжения сегодня остались только в теории, а любой сегмент и распределительная сеть в целом в том или ином объеме насыщены нелинейными нагрузками, не только формирующими «нетиповой» сдвиг фаз тока/напряжения, но и искажающими форму синусоид за счет появления значительных по амплитуде токов высших гармоник.

Коэффициент мощности в потребительских сетях.

В относительно «чистых» в контексте нелинейных нагрузок сегментах потребительских сетей кривые тока и напряжения условно имеют синусоидальную форму, в случае превалирования индуктивной нагрузки ток по фазе отстает от напряжения, при преимущественно емкостной нагрузке – напряжение по фазе отстает от тока и чем ближе угол сдвига фаз к 90 градусам, тем меньше реактивная составляющая тока и доля реактивной мощности. В таких условиях бесспорно полезной будет компенсация реактивных токов и реактивной мощности конденсаторными установками КРМ, УКРМ (см. установки компенсации реактивной мощности КРМ 6,3 (10,5) кВ здесь, а конденсаторные установки КРМ/УКРМ 0.4 кВ здесь) (в случае превалирования индуктивных нагрузок!) и использование в расчетах типовой формулы с коэффициентом мощности cos ȹ или коэффициентом реактивной мощности tgȹ, хотя следует учитывать, что:

• коэффициент мощности cos ȹ (отношение активной мощности к полной мощности) в отличие от коэффициента реактивной мощности tg ȹ не дает необходимой и достаточной информации о реальной величине реактивной мощности;

• при «калькуляторных» расчетах мощности устанавливаемой конденсаторной установки (без скрупулезного аудита сегмента/сети) вполне вероятна перекомпенсация реактивной мощности, не менее вредная для компенсируемой сети, распределительной подстанции и распределительной сети более высокого уровня.

Существенно осложняется не только коррекция коэффициента мощности, но и идентификация проблемы реактивных токов в целом в сетях с нелинейными нагрузками — тиристорными контроллерами и частотными приводами, трансформаторами и устройствами плавного пуска электродвигателей, дуговыми плавильными печами и сварочными аппаратами, системами освещения с ДРЛ/люминесцентными лампами и компьютерами/компьютерной периферией, источниками бесперебойного питания и выпрямителями, конвертерами, генераторами и т.д. Так, например, импульсные источники питания показывают синфазность тока и напряжения (реальный сдвиг фаз очень мал — 10-15 градусов), однако их коэффициент мощности значительно меньше 1, поскольку активную мощность определяет ток базовой (основной) частоты, а полную мощность — ток основной частоты и токи высших гармоник, значительные по величине в 3, 5, 7, 9 и 11 гармониках.

Рис. Осциллограмма импульсного источника питания (слева) и токи высших гармоник (справа).

В больших масштабах проблему демонстрирует сегмент трехфазной сети с нелинейной нагрузкой, даже если нагрузка симметрична (равномерно распределена по фазам) — принцип частичной компенсации при векторном сложении токов в линейных проводах работает только для токов основной частоты, но в нейтральном проводе протекают токи высших гармоник, которые могут быть немного меньше по амплитуде, но существенно больше по действующему значению, чем токи в фазных проводах, что вызывает перегрузку нейтрального провода и связанные с ней негативные последствия для всей сети.

Интегральную характеристику сети с нелинейными нагрузками учитывают коэффициентом гармонических искажений Кг (в России), показывающим долю энергии гармоник высшего порядка в сравнении с энергией основной (первой) гармоники, или THD (в ЕС) — полным коэффициентом гармонических искажений (THDF — total harmonic distortion factor), демонстрирующим отношение всей энергии гармонических колебаний (без основной гармоники) к энергии основной гармоники. Активная мощность в сетях с несинусоидальными нагрузками определяется формулой P[in] = Vin(rms)* Iin(rms)*cos ȹ* cos θ, где

В 2001 году в Европейском Союзе введен в действие Стандарт IEC/EN61000-3-2, устанавливающий ограничения на гармоники входного переменного тока до 40-й гармоники включительно и определяющий четыре класса оборудования в зависимости от его типа и формы кривой тока.

Таблица. Предельные значения нелинейных искажений тока THDI в соответствии с IEC/EN61000-3-2, в зависимости от тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс.

Коэффициент мощности | Электроснабжение, электрические сети | Архивы

Страница 23 из 52

ГЛАВА IX

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ

§ 9.1. Технико-экономическое значение коэффициента мощности

Как известно, в электрической цепи переменного тока, имеющей чисто активную нагрузку, ток совпадает по фазе с приложенным напряжением.

Если в цепь включены электроприемники, обладающие активным и индуктивным сопротивлениями (например, асинхронные электродвигатели, сварочные и силовые трансформаторы и т. п.), то ток будет отставать от напряжения на некоторый угол φ, называемый углом сдвига фаз. Косинус этого угла (cosφ) называется коэффициентом мощности. Величина коэффициента мощности характеризует степень использования активной мощности источника электроэнергии. Чем выше коэффициент мощности электроприемников, тем лучше используются генераторы электрических станций и их первичные двигатели (турбины и др.), трансформаторы подстанции и электрические сети.

Наоборот, чем ниже cosφ, тем хуже используется электрооборудование электростанций и всех других элементов электроснабжения. Низкие значения cosφ при тех же величинах активной мощности приводят к дополнительным затратам на сооружение более мощных станций, подстанций и сетей, а также к дополнительным эксплуатационным расходам.

Отсюда становится ясным большое народнохозяйственное значение повышения коэффициента мощности в электрических установках.

ПУЭ (1-2-47) установлена минимальная величина cosφ = 0,92—0,95, обязательная для предприятий.

Чтобы создать заинтересованность предприятий в увеличении коэффициента мощности, существует шкала скидок и надбавок к стоимости электроэнергии в зависимости от величины его среднего значения в электрохозяйстве предприятия.

§ 9.2. Определение коэффициента мощности

Действительная мощность электроприемников предприятия непрерывно изменяется с течением времени. Это объясняется тем, что работа отдельных участков или цехов предприятий не совпадает во времени. Кроме того, часть оборудования может работать с неполной загрузкой или даже находиться в состоянии холостого хода.

Изменение активной и реактивной мощностей электроприемников влечет за собой и соответствующие изменения cosφ. Различают следующие понятия коэффициента мощности.

Мгновенный коэффициент мощности — это величина cosφ в данный момент времени.

Значение мгновенного коэффициента мощности можно определить по фазометру или по одновременным указаниям измерительных приборов — амперметра, вольтметра и киловаттметра из выражения

На предприятиях принято средневзвешенный коэффициент мощности определять за месяц.

Энергоснабжающие организации при расчетах с абонентами различают два вида средневзвешенного коэффициента мощности: естественный и общий.

Естественный средневзвешенный коэффициент мощности характеризует электрическую установку без компенсирующих устройств.

Общий средневзвешенный коэффициент мощности определяется с учетом действия компенсирующих устройств.

§ 9.3. Причины, вызывающие снижение коэффициента мощности

Основными потребителями реактивной энергии являются асинхронные электродвигатели, трансформаторы и индуктивные печи, сварочные аппараты, газоразрядные лампы и т. д.

Асинхронный электродвигатель, работающий с нагрузкой, близкой к номинальной, имеет наибольшее значение cosφ. При снижении нагрузки электродвигателя коэффициент мощности уменьшается. Это объясняется тем, что активная мощность на зажимах электродвигателя изменяется пропорционально его загрузке, в то время как реактивная мощность вследствие незначительного изменения намагничивающего тока практически остается постоянной.

При холостом ходе cosφ имеет наименьшую величину, которая в зависимости от типа электродвигателя, мощности и скорости вращения находится в пределах 0,14-0,3.

Силовые трансформаторы, как и асинхронные электродвигатели, при загрузке меньше чем на 75% имеют пониженное значение коэффициента мощности.

Перегруженные асинхронные электродвигатели тоже имеют низкий cosφ, что объясняется увеличением по токов магнитного рассеяния.

Электродвигатели открытого типа, обладающие лучшими условиями охлаждения по сравнению с закрытыми электродвигателями, могут нести большую нагрузку (активную мощность) и будут иметь, следовательно, более высокий cosφ. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором вследствие меньших значений индуктивного сопротивления рассеяния имеют cosφ выше, чем электродвигатели с фазным ротором. Значение cosφ у машин одного и того же типа возрастет с ростом номинальной мощности и скорости вращения ротора, так как при этом уменьшается относительная величина намагничивающего тока.

Увеличение напряжения на вторичной стороне силовых трансформаторов вследствие снижения нагрузки (например, во время ночных смен и в часы обеденных перерывов) ведет к повышению напряжения по сравнению с номинальным на зажимах работающих электродвигателей. Это в свою очередь приводит к увеличению намагничивающего тока и реактивной мощности электродвигателей, что влечет за собой уменьшив коэффициента мощности.

Обточка ротора, которую производят при износе подшипников, чтобы ротор не задевал статор, приводит к увеличению воздушного зазора между статором и ротором, что вызывает увеличение намагничивающего тока и понижение cosφ. Уменьшение числа проводников в пазу статора при перемотке вызывает увеличение намагничивающего тока и снижение cosφ асинхронного двигателя.

Применение газоразрядных ламп (ДРЛ и люминесцентных), имеющих в цепи индуктивное сопротивление (дроссель) при отсутствии компенсирующих устройств, также снижает коэффициент мощности электроустановок.

Что означает коэффициент мощности?

Низкий коэффициент мощности снижает пропускную способность электрической системы за счет увеличения тока. Следовательно, иметь низкий коэффициент мощности неэффективно и дорого. Но что такое коэффициент мощности и что на него влияет?

Типичная распределительная система ограничена по величине тока, которую она может нести; Коэффициент мощности, выраженный в процентах, является показателем общего тока, который можно использовать для создания работы (активная мощность).Чем ближе коэффициент мощности к 1,00 (100%), тем меньше сила тока, необходимая для выполнения указанной работы.

Например, нагрузка с коэффициентом мощности 0,80 означает, что только 80% мощности эффективно используется для выполнения работы. В идеальном мире вся энергия, получаемая от энергосистемы, была бы преобразована в полезную работу, но в реальном мире это не так. Чтобы полностью описать коэффициент мощности, необходимы сложные уравнения. Однако для более простого понимания Министерство энергетики США использует простую аналогию с мощностью, необходимой лошади, чтобы тянуть тележку по рельсам.

В идеале лошадь должна располагаться перед железнодорожным вагоном, чтобы обеспечить наиболее эффективное тяговое усилие; однако это не всегда возможно. Угол буксировки представляет собой изменение коэффициента мощности: чем меньше угол, тем лучше коэффициент мощности, чем больше угол, тем ниже коэффициент мощности (Рисунок 1).

Полная энергия, необходимая для тяги вагона, представляет собой полную мощность. Фактическая энергия, перемещающая вагон, — это реальная мощность. Неиспользованная энергия от тягового угла лошади — это реактивная мощность.Другими словами, реальная мощность, также называемая рабочей мощностью (кВт), выполняет фактическую работу движения, тепла и света. Реактивная мощность или нерабочая мощность (кВАр) поддерживает магнитное поле реактивной нагрузки (обычно индуктивной). Ток, используемый для создания реактивной мощности, не используется для создания работы; однако этот ток ложится бременем на распределительную систему, поставщика электроэнергии и счета за электроэнергию на предприятии.

Векторная сумма рабочей мощности и нерабочей мощности равна общей мощности (полной мощности):

Полная мощность = √ (Активная мощность ² + Реактивная мощность ² )

, который используется для расчета коэффициента мощности:

Коэффициент мощности = активная мощность / полная мощность = косинус угла (ϕ)

Основы напряжения и тока

Чтобы понять коэффициент мощности, мы должны сначала понять базовую теорию переменного тока (AC) и связанные с ней формы сигналов.Напряжение в системе переменного тока чередуется между положительным и отрицательным (в синусоидальной форме) и заставляет ток вести себя аналогичным образом. Это происходит 60 раз в секунду (в системе с частотой 60 Гц) в диапазоне от 0 до 360 градусов. В отличие от систем переменного тока, напряжение в системе постоянного постоянного тока (DC) не изменяется.

Поскольку мгновенное значение переменного напряжения непрерывно изменяется, наука определила другую меру для величин переменного тока, а именно среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение). Среднеквадратичное значение сигнала переменного тока дает тот же эффект нагрева, что и форма сигнала постоянного тока того же значения.

RMS — это квадратный корень из среднего арифметического квадратов набора мгновенных значений за период (цикл). Когда напряжение и ток чисто синусоидальные, среднеквадратичное значение напряжения и тока можно определить по пиковому (pk) напряжению и току:

В _СКЗ = В _пк / √2

119,5 В _RMS = 169 В _pk / 1,414

Аналогично

I _RMS = I _pk / √2

75 A _RMS = 106 A _pk /1.414

Вы можете спросить себя, какое отношение это имеет к коэффициенту мощности? Для расчета мощности переменного тока необходимо знать среднеквадратичное значение напряжения, среднеквадратичного значения тока и синусоидального фазового соотношения. Итак, вкратце, среднеквадратичное значение — это мера теплового эффекта, рассчитанная на основе формы волны, которая позволяет сравнивать переменный ток с постоянным. Любой сдвиг фазы от чисто синусоидального сигнала указывает на коэффициент мощности.

Ниже приводится сравнение того, как коэффициент мощности влияет на выходную мощность в кВА на двух разных однофазных нагрузках.

Для электрического обогревателя 9 кВт (120 В переменного тока, 75 А) с коэффициентом мощности на входе 1,0:

P = √1ϕ x 120 В переменного тока x 75 A x 1,0 PF = 9 кВт

кВА = √1ϕ x 120 В переменного тока x 75 A = 9 кВА

Для зарядного устройства на 9 кВт (120 В переменного тока, 75 А) с входом 0,866 PF:

P = √1ϕ x 120 В переменного тока x 86,6 A x 0,866 PF = 9 кВт

кВА = √1ϕ x 120 В переменного тока x 86,6 A = 10,392 кВА

Хотя каждая нагрузка потребляет 9 кВт мощности, коэффициент входной мощности зарядного устройства составляет 0,866.Более низкий коэффициент мощности требует дополнительных 11,6 А для работы, которые в конечном итоге предоставляются энергетической компанией. Необходимо не только приобрести дополнительный реактивный ток, но и увеличить размер распределительной системы, чтобы выдержать дополнительный ток.

Что влияет на коэффициент мощности?

Коэффициент мощности относится к соотношению между активной (полезной мощностью) и полной (полной) мощностью. Эта взаимосвязь является мерой того, насколько эффективно используется электричество.

Линейные резистивные нагрузки. В системе переменного тока нагрузки классифицируются по способу потребления тока. Линейная резистивная нагрузка — это чисто резистивная нагрузка без индуктивных или емкостных компонентов, таких как электрические обогреватели и лампы накаливания. Кривые напряжения и тока пересекают нулевую координату в одной и той же точке.

Кривая мощности (P) на рисунке 2 рассчитывается по напряжению (V) и току (I), показанным в виде положительной области графика. В этом примере напряжение и ток равны 120 и 75 среднеквадратичных значений соответственно.Их произведение составляет 9 кВА или 9 кВт. Напряжение и ток «синфазны», и 100% мощности (рабочей мощности) эффективно используется для выполнения полезной работы. Коэффициент мощности для этого типа нагрузки составляет 1,0.

Линейные не резистивные / реактивные нагрузки. Исключительно резистивные нагрузки встречаются редко; большинство нагрузок имеют дополнительную реактивную составляющую. Эти не резистивные / реактивные нагрузки составляют большой процент от всех нагрузок. Форма волны тока смещена от формы волны напряжения, поэтому она «не в фазе». Если нагрузка индуктивная, ток отстает от напряжения; если нагрузка емкостная, ток ведет.

Промышленные объекты обычно имеют нагрузки с отстающим коэффициентом мощности (индуктивные нагрузки). Эти типы нагрузок могут быть асинхронными двигателями, дросселями и трансформаторами.Нагрузки с опережающим коэффициентом мощности (емкостные нагрузки) встречаются реже и обычно представляют собой подземные кабели или определенные импульсные источники питания.

На рисунке 3 та же нагрузка, что и на рисунке 2, теперь имеет кривую напряжения и тока, сдвинутую по фазе на 30 градусов. Поскольку это индуктивный сигнал, ток теперь отстает.

Нелинейные нагрузки — гармоники. Сегодняшние промышленные установки имеют не только резистивные, индуктивные и емкостные нагрузки, но многие также включают твердотельное оборудование, такое как импульсные источники питания, приводы постоянного тока, частотно-регулируемые приводы (VFD), электронный балласт, сварочные аппараты для дуговой сварки и температурные -управляемые духовки.Это все нелинейные нагрузки или нагрузки, для которых ток не является синусоидальным, даже если напряжение синусоидальное. Несинусоидальный характер этих сигналов выражается с помощью гармоник.

Гармоники — это формы сигналов различной амплитуды на частотах, кратных основной частоте напряжения (50 Гц или 60 Гц). Они накладываются на синусоидальную форму волны тока для создания общей формы волны тока. На рисунке 4 показан пример такой формы волны тока.

Среднеквадратичное значение всего тока находится путем суммирования среднеквадратичного значения каждой гармоники тока. Учитывая форму волны 60 Гц, это означает, что частота 2-й гармоники будет 120 Гц (60 Гц x 2 = 120 Гц), а частоты 3-й, 4-й и 5-й гармоник будут составлять 180 Гц, 240 Гц и 300 Гц соответственно.Гармоники, кратные основной частоте, могут быть выражены как 2f, 3f, 4f и т. Д.

Общее гармоническое искажение тока (THD) — это сумма всех гармонических составляющих формы волны тока по сравнению с основной составляющей волны тока. Как показано ниже, это отношение действующего значения гармоник тока к действующему значению тока основной гармоники.

I _THD = RMS гармоник тока / RMS основной гармоники = √ (I ₂ ² + I ₃ ² + I ₄ ² +…) / I ₁ x 100%

Для чисто синусоидальных сигналов фазовый сдвиг между напряжением и током достаточен для количественной оценки коэффициента мощности (PF).Для сигналов, которые не являются синусоидальными, термин коэффициент мощности смещения (DpPF) используется для количественной оценки фазового сдвига между основными составляющими двух сигналов (составляющими 50 или 60 Гц). Для тех же несинусоидальных сигналов определен термин для количественной оценки влияния гармоник на коэффициент мощности. Этот термин называется коэффициентом мощности искажения (DF).

DF = 1 / √ (1 + THD ² )

Чтобы найти общий коэффициент мощности (PF _T ), используется следующее уравнение:

PF _T = DF x D _p PF

Корреляция коэффициента мощности

Для линейных нагрузок треугольник мощности представляет собой прямоугольный треугольник, который показывает взаимосвязь между рабочей, реактивной и полной мощностью.Соотношение между рабочей и полной мощностью — PF. Значение может находиться в диапазоне от 0,0 до 1,0.

Рабочая мощность, также называемая истинной мощностью, реальной мощностью или активной мощностью, выполняет фактическую работу движения / нагрева / освещения и т. Д. И измеряется в ваттах (Вт). Реактивная мощность поддерживает магнитное или электрическое поле в устройствах, таких как катушки соленоидов, обмотки двигателя, обмотки трансформатора, конденсаторы и балласты, не выполняя при этом реальной работы. Эта дополнительная энергия измеряется в вольт-амперах реактивной мощности (VAR) и иногда называется мощностью без мощности.Полная мощность объединяет рабочую мощность и реактивную мощность и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Фазовый угол (ϕ) в градусах представляет «неэффективность» нагрузки и соответствует общему реактивному сопротивлению (Z) текущему току в нагрузке. Чем больше фазовый угол, тем больше реактивная мощность. Нелинейные нагрузки добавляют дополнительный элемент к общей (полной) мощности, не прибавляя к активной мощности, что дополнительно снижает коэффициент мощности. ■

— Дэвид Маккиннон — старший инженер по приложениям в Ametek Solidstate Controls.Особая благодарность Bogdan Proca, PhD и Doug King за их вклад.

Понимание коэффициента мощности — Laurens Electric Cooperative

Корректировка коэффициента мощности с помощью конденсаторов

Описание:

Коэффициент мощности — это соотношение (фазы) тока и напряжения в электрических распределительных системах переменного тока. В идеальных условиях ток и напряжение «синфазны», а коэффициент мощности равен «100%». При наличии индуктивных нагрузок (двигателей) коэффициент мощности менее 100% (обычно может составлять от 80 до 90%).

Низкий коэффициент мощности, с точки зрения электричества, вызывает протекание более сильного тока в линиях распределения электроэнергии, чтобы обеспечить заданное количество киловатт сверх электрической нагрузки.

Эффекты?

Система распределения электроэнергии в здании или между зданиями может быть перегружена избыточным (бесполезным) током.

Мощность генерирующих и распределительных систем, принадлежащих Laurens Electric, измеряется в кВА (килоамперах).

кВА = НАПРЯЖЕНИЕ X АМПЕР X 1.73 (трехфазная система) / 1 000

При единичном коэффициенте мощности (100%) для выработки 2 000 кВт потребуется 2 000 кВА мощности генерирующей и распределительной сети. Однако если коэффициент мощности упадет до 85%, потребуется 2 353 кВА мощности. Таким образом, мы видим, что более низкий коэффициент мощности оказывает обратное влияние на генерирующую и распределительную мощность.

Перегрузка с низким коэффициентом мощности для генерации, распределения и сетей с избыточным значением кВА.

Если вы владеете большим зданием, вам следует подумать о корректировке низкого коэффициента мощности по одной из следующих причин или по обеим этим причинам:

• Чтобы снизить вероятность дополнительных расходов на коэффициент мощности в случае, если Laurens Electric начнет выставлять счета за корректировку коэффициента мощности и
• восстановить мощность (кВА) перегруженных фидеров в здании или строительном комплексе.

Есть несколько методов коррекции более низкого коэффициента мощности. Обычно используются: емкость.

Конденсаторные батареи

Самым практичным и экономичным устройством коррекции коэффициента мощности является конденсатор. Это улучшает коэффициент мощности, поскольку влияние емкости прямо противоположно влиянию индуктивности.

Вариант номинальной мощности конденсатора в кВАр показывает, какую реактивную мощность будет выдавать конденсатор. Поскольку этот вид реактивной мощности нейтрализует реактивную мощность, вызванную индуктивностью, каждый киловар емкости снижает чистую потребляемую реактивную мощность на ту же величину.Конденсатор на 15 кВАр, например, нейтрализует 15 кВА индуктивной реактивной мощности.

Конденсаторы могут быть установлены в любой точке электрической системы и улучшат коэффициент мощности между точкой приложения и источником питания. Однако коэффициент мощности между нагрузкой и конденсатором останется неизменным. Конденсаторы обычно добавляются в каждую часть неисправного оборудования, перед группами двигателей (перед центрами управления двигателями или распределительными щитами) или в основных службах.

Объяснение коэффициента мощности

— Объяснение коэффициента мощности Engineering Mindset

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 БЕСПЛАТНОЕ руководство на 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.

Коэффициент мощности по аналогии с пивом

Пиво представляет 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 нашу реактивную мощность в кВАр, киловольт-ампер. 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. (на самом деле у него есть применение и назначение, но позже мы увидим почему)

Комбинация этих кВт и кВАр — это наша полная мощность или наша кВА. киловольт-амперы

.

Формула коэффициента мощности

Таким образом, коэффициент мощности — это отношение полезной мощности или истинной мощности в кВт, деленное на то, 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 можем увидеть, что это выражено в виде треугольника мощности. 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.

Плата за реактивную мощность

Причина, по которой они взимают штраф за это, заключается в том, что, когда у крупных потребителей плохой коэффициент мощности, они увеличивают ток, протекающий через электрическую сеть, и вызывают падения напряжения, которые уменьшают распределительную способность поставщиков и имеют эффект детонации для другие клиенты.Кабели рассчитаны на пропускание определенного количества тока, протекающего через них. Таким образом, если большое количество крупных потребителей подключается с плохим коэффициентом мощности, кабели могут быть перегружены, им может быть 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 должен составлять 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 составляет от 0,95 до 0,85

Плохой коэффициент мощности может быть 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 асинхронных двигателей

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

Оба двигателя обеспечивают мощность 10 кВт, но первый двигатель имеет более низкий коэффициент мощности по сравнению со вторым, а это означает, что мы не получаем такой большой ценности. за деньги.

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

Второй двигатель потребляет всего 10,9 кВА из электросети, чтобы обеспечить мощность 10 кВт.

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 могли бы также найти коэффициент мощности из кВт и кВА, используя 10 кВт, разделенные на 11,5 кВА

PF = кВт / кВА

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

кВт = PF x кВА

Итак, что 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 волны 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 катушек сдерживает ток и приводит к фазовому сдвигу, при котором формы волн напряжения и тока не синхронизируются с током, и поэтому они проходят через нулевая точка после напряжения, 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 мы взяли 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 мы построим векторную диаграмму для чисто емкостной нагрузки, то линия тока будет располагаться под углом над линией напряжения, поскольку она опережает.

Коррекция низкого 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 добавляем 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 устранять 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 больше, 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 ожидаемый срок службы оборудования в экстремальных ситуациях.

Расчет конденсатора для коррекции коэффициента мощности

Рассмотрим упрощенный пример расчета размера конденсатора для улучшения коэффициента мощности нагрузки. В здании 3-фазный 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.

Конденсатор, следовательно, 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.

Понятие о коэффициенте 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 на оборудование, 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 клиента 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.

СЛЕДУЮЩИЙ

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. Рисунок 1 показывает формы сигналов тока и напряжения для нагрузки с нулевой задержкой (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 оба 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 рис. 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, различается. Некоторые нагрузки используют энергию 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.

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

Как показано в уравнении 1 , коэффициент мощности равен отношению активной мощности (полезной мощности) к общей мощности (полной мощности), потребляемой электрическим устройством или оборудованием.Математически можно показать, что коэффициент мощности равен косинусу угла θ ( Уравнение 2 ). Чем ближе это отношение 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 полезной работы. Однако реальной электрической нагрузке добиться этого сложно. Импеданс для нагрузки, представленной как , рис. 5, определяется уравнением 3, где XL — индуктивное реактивное сопротивление, и определяется как , уравнение 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 (компенсация) коэффициента мощности

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. Начнем с того, что 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 коррекции коэффициента мощности. На рисунке 6 показана простая схема, состоящая из источника переменного тока и индуктивной нагрузки.

Фиг.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 по формуле , уравнение 5, , где XC — емкостное реактивное сопротивление, которое определяется уравнением , уравнение 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

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 пФ до 0–100%, то есть 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 кривой 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:

Коррекция коэффициента мощности — что это такое? Зачем это нужно? Как это достигается?

Базовый коэффициент мощности:

Качество электроэнергии важно для эффективной работы оборудования, и коэффициент мощности этому способствует.

Коэффициент мощности — это показатель того, насколько эффективно поступающая мощность используется в электрической установке. Это отношение активной мощности к полной, когда:

Треугольник власти:

Низкий коэффициент мощности (например, менее 95%) приводит к тому, что для того же объема работы требуется больший ток.

Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности (PFC) направлена ​​на улучшение коэффициента мощности и, следовательно, качества электроэнергии. Это снижает нагрузку на систему распределения электроэнергии, повышает энергоэффективность и снижает затраты на электроэнергию. Это также снижает вероятность нестабильности и выхода оборудования из строя.

Коррекция коэффициента мощности достигается за счет подключения конденсаторов, которые производят реактивную энергию в противоположность энергии, потребляемой нагрузками, такими как двигатели, локально близко к нагрузке.Это улучшает коэффициент мощности от точки подключения источника реактивной мощности, предотвращая ненужную циркуляцию тока в сети.

Определение необходимого PFC

Выбор оборудования для коррекции коэффициента мощности должен производиться в соответствии со следующим четырехэтапным процессом лицами с соответствующими навыками:

Шаг 1: Расчет необходимой реактивной мощности

Цель состоит в том, чтобы определить требуемую реактивную мощность (Qc (квар)), которую необходимо установить, чтобы улучшить коэффициент мощности (cos φ) и снизить полную мощность (S).

Qc можно определить по формуле Qc = P (tan φ — tan φ ‘), которая выводится из диаграммы.

Параметры φ и tan φ могут быть получены из данных биллинга или путем прямого измерения в установке.

Шаг 2: Выбор режима компенсации

Расположение низковольтных конденсаторов в установке может быть центральным (одно место для всей установки), по секторам (секция за секцией), на уровне нагрузки или в сочетании двух последних.

В принципе, идеальная компенсация применяется в точке потребления и на уровне, необходимом в любой момент времени. На практике выбор определяется техническими и экономическими факторами.

Местоположение определяется по:

Шаг 3: Выбор типа компенсации

В зависимости от требований к производительности и сложности управления следует применять различные типы компенсации:

Шаг 4: Учет условий эксплуатации и гармоник

Условия эксплуатации сильно влияют на срок службы конденсаторов, поэтому следует учитывать следующие параметры:

Некоторые нагрузки (двигатели с регулируемой скоростью, статические преобразователи, сварочные аппараты, дуговые печи, люминесцентные лампы и т. Д.) загрязняют электрическую сеть, повторно вводя гармоники. Поэтому также необходимо учитывать влияние этих гармоник на конденсаторы.

Преимущества коррекции коэффициента мощности

Экономия на счете за электроэнергию

Коррекция коэффициента мощности устраняет штрафы за реактивную энергию, снижает потребность в кВА и снижает потери мощности, генерируемые в трансформаторах и проводниках установки.

Увеличенная доступная мощность

Установка оборудования PFC на стороне низкого напряжения увеличивает доступную мощность на вторичной обмотке трансформатора СН / НН.Высокий коэффициент мощности оптимизирует электрическую установку, позволяя лучше использовать компоненты.

Уменьшенный установочный размер

Установка оборудования PFC позволяет уменьшить поперечное сечение проводника, поскольку компенсированная установка потребляет меньший ток при той же активной мощности.

Пониженное падение напряжения

Установка конденсаторов позволяет уменьшить падение напряжения перед точкой подключения устройства PFC, тем самым предотвращая перегрузку сети и уменьшая гармоники.