Коэффициент мощности: Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, формула

Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, формула

Пример HTML-страницы

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.

Содержание

1. Математически cos φ
2. Повышение коэффициента мощности
3. Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:
4. Основные способы коррекции 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:

1. снижение потерь электроэнергии;
2. рациональное использование цветных металлов на создание электропроводящей аппаратуры;
3. 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 :

Что такое коэффициент мощности. Power Factor (PF)

Коэффициент мощности. Power Factor (PF). Смещённый коэффициент мощности. Displacement Power Factor (DPF).

Power Factor (PF) – коэффициент мощности – англ.
Displacement Power Factor (DPF) – смещенный коэффициент мощности – англ.

Коэффициент мощности – это комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП).

Вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной.

Типовые значения коэффициента мощности:

• 1 – идеальное значение.
• 0. 9 – хороший показатель.
• 0.8 – типовая промышленная нагрузка.
• 0.7 – компьютерная нагрузка.
• 0.65 – двухполупериодный выпрямитель.

В случае линейной нагрузки коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и в зависимости от характера нагрузки может носить емкостной или индуктивный характер.

В случае активной нелинейной нагрузки коэффициент мощности определяется отношением активной мощности первой гармоники тока к полной мощности, потребляемой нагрузкой (это определение справедливо только в частном случае, когда напряжение имеет чистую синусоидальную форму).

Необходимо заметить, что реальная промышленная нагрузка является нелинейной и носит преимущественно индуктивный характер (PF=0.8).

Терминология, используемая в измерительных приборах (например, анализаторе HIOKI3197)

Если коэффициент мощности характеризует процессы в цепи с несинусоидальными сигналами, то могут применяться два различных термина обозначающих коэффициента мощности:

Power Factor (PF) – коэффициент мощности. Вычисляется с использованием среднеквадратичных значений (СКЗ) всех гармоник сигнала.

Displacement Power Factor (DPF) – смещённый коэффициент мощности. Вычисляется с использованием среднеквадратичных значений (СКЗ) только основной (первой / фундаментальной) гармоники сигнала. То есть он равен косинусу (cos) фазового сдвига между током и напряжением основной гармоники.

PF=DPF при гармонических (синусоидальных) сигналах.

Коэффициент мощности несинусоидальных токов и напряжений

Коэффициент мощности токов и напряжений, в которых присутствуют гармонические (нелинейные) искажения, вычисляется так же как и в случае синусоидальных сигналов (см. «Г.И. Атабеков Основы Теории Цепей» с.176, 434 с):

Коэффициенты, характеризующие периодические несинусоидальные функции. По аналогии с гармоническими функциями отношение активной мощности при несинусоидальных токах к полной мощности называется коэффициентом мощности и обозначается χ:

Планируется размещение дополнительных статей с рабочими названиями:

«Коэффициент мощности».

«Коэффициент мощности. Дополнения».

PF, DPF
Если коэффициент мощности характеризует процессы в цепи с несинусоидальными сигналами, то могут использоваться два различных термина обозначающих коэфф. мощности:
PF – Power Factor или Коэфф. Мощности вычисляется с использованием СКЗ значений всех гармоник сигнала.
DPF – Displacement Power Factor или Смещённый Коэфф. Мощности вычисляется с использованием СКЗ значения только основной (т.е. первой или фундаментальной) гармоники. Тоесть он равен косинусу разницы фаз между током и напряжением основной гармоники.
Для случая синусоидальных сигналов PF=DPF.
Эта терминология используется например в анализаторе HIOKI3197.

Добавить комментарий

Что такое коэффициент мощности? | Как рассчитать коэффициент мощности Формула

Коэффициент мощности является выражением энергоэффективности. Обычно он выражается в процентах, и чем меньше процент, тем менее эффективным является энергопотребление.

Коэффициент мощности (PF) представляет собой отношение рабочей мощности, измеренной в киловаттах (кВт), к полной мощности, измеренной в киловольт-амперах (кВА). Полная мощность, также известная как потребление, является мерой количества энергии, используемой для работы машин и оборудования в течение определенного периода. Его находят путем умножения (кВА = V x A). Результат выражается в единицах кВА.

PF выражает отношение фактической мощности, используемой в цепи, к полной мощности, подаваемой в цепь. Коэффициент мощности 96% демонстрирует большую эффективность, чем коэффициент мощности 75%. PF ниже 95% считается неэффективным во многих регионах.

Как понять коэффициент мощности

Пиво — активная мощность (кВт) — полезная мощность, или жидкое пиво, — это энергия, совершающая работу. Это та часть, которую вы хотите.

Пена представляет собой реактивную мощность (кВАр) — пена представляет собой потерянную мощность или потерянную мощность. Это производимая энергия, которая не совершает никакой работы, такой как производство тепла или вибрации.

mug — полная мощность (кВА) — mug — потребляемая мощность или мощность, поставляемая коммунальным предприятием.

Если бы эффективность цепи составляла 100 %, потребление было бы равно доступной мощности. Когда спрос превышает доступную мощность, на коммунальную систему оказывается нагрузка. Многие коммунальные предприятия добавляют плату за спрос к счетам крупных клиентов, чтобы компенсировать разницу между спросом и предложением (когда предложение ниже спроса). Для большинства коммунальных услуг спрос рассчитывается на основе средней нагрузки, размещенной в течение 15–30 минут. Если требования к нагрузке нерегулярны, коммунальное предприятие должно иметь больше резервной мощности, чем если бы требования к нагрузке оставались постоянными.

Пиковый спрос — это когда спрос самый высокий. Задача коммунальных служб — предоставить мощность, чтобы справиться с пиковыми нагрузками каждого клиента. Использование энергии в тот самый момент, когда она наиболее востребована, может нарушить общее предложение, если не будет достаточных резервов. Поэтому коммунальщики выставляют счета за пиковый спрос. Для некоторых крупных клиентов коммунальные службы могут даже брать самый большой пик и применять его в течение всего расчетного периода.

Коммунальные службы взимают надбавки с компаний с более низким коэффициентом мощности. Затраты на более низкую эффективность могут быть крутыми — это похоже на вождение автомобиля, пожирающего бензин. Чем ниже коэффициент мощности, тем менее эффективна схема и тем выше общие эксплуатационные расходы. Чем выше эксплуатационные расходы, тем выше вероятность того, что коммунальные службы накажут клиента за чрезмерное использование. В большинстве цепей переменного тока коэффициент мощности никогда не бывает равным единице, потому что в линиях электропередач всегда присутствует некоторый импеданс (помехи).

Как рассчитать коэффициент мощности

Для расчета коэффициента мощности вам потребуется 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)

ИЛИ

PF = Вт/ВА

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

Как показано на этой диаграмме, коэффициент мощности сравнивает фактическую потребляемую мощность с полной мощностью или потреблением нагрузки. Мощность, доступная для выполнения работы, называется реальной мощностью. Вы можете избежать штрафов за коэффициент мощности, сделав поправку на коэффициент мощности.

Низкий коэффициент мощности означает, что вы используете энергию неэффективно. Это важно для компаний, поскольку может привести к:

• Тепловым повреждениям изоляции и других компонентов схемы
• Уменьшению доступной полезной мощности
• Необходимое увеличение размеров проводника и оборудования

Наконец, коэффициент мощности увеличивает общую стоимость системы распределения электроэнергии, поскольку более низкий коэффициент мощности требует более высокого тока для питания нагрузки.

Связанные ресурсы

• Колебания напряжения, мерцание и качество электроэнергии
• Поиск и устранение неисправностей конденсаторов для коррекции коэффициента мощности
• Почему важно управлять пиковым энергопотреблением

Понимание коэффициента мощности — Laurens Electric Cooperative

Коэффициент мощности — это показатель того, насколько эффективно вы используете электроэнергию. Различные виды энергии работают, чтобы обеспечить нас электрической энергией. Вот что делает каждый.

Рабочая мощность – «истинная» или «реальная» мощность, используемая во всех электроприборах для выполнения работы по нагреву, освещению, движению и т. д. Мы выражаем ее в кВт или киловаттах. Распространенными типами резистивных нагрузок являются электрическое отопление и освещение.

Индуктивной нагрузке, такой как двигатель, компрессор или балласт, также требуется реактивная мощность для создания и поддержания магнитного поля для работы. Мы называем эту нерабочую мощность кВАр или киловольт-ампер-реактивная.

В каждом доме и офисе есть резистивные 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) представляет собой отношение рабочей мощности к полной мощности, или формула PF = кВт / кВА. Высокий PF приносит пользу как потребителю, так и коммунальному предприятию, в то время как низкий PF указывает на плохое использование электроэнергии.

Вот пример.

Операция штамповки стали выполняется при 100 кВт (рабочая мощность), а измеритель полной мощности регистрирует 125 кВА. Чтобы найти коэффициент мощности, разделите 100 кВт на 125 кВА, чтобы получить коэффициент мощности 80 %. Это означает, что только 80 % поступающего тока совершает полезную работу, а 20 % тратится на нагрев проводников. Поскольку Laurens Electric должна обеспечивать потребности всех клиентов как в кВт, так и в кВА, чем выше PF, тем эффективнее становится наша распределительная система.

Улучшение коэффициента мощности может максимизировать пропускную способность по току, повысить напряжение на оборудовании, снизить потери мощности и снизить счета за электроэнергию.

Самый простой способ улучшить коэффициент мощности — добавить в электрическую систему корректирующие конденсаторы 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 коэффициента мощности могут включаться каждый день при запуске индуктивного оборудования. Включение конденсатора может вызвать кратковременное состояние «перенапряжения». Если у заказчика возникают проблемы с самопроизвольным отключением преобразователей частоты из-за «перенапряжения» каждый день примерно в одно и то же время, проверьте последовательность управления переключением. Если клиент жалуется на перегорание предохранителей на некоторых, но не на всех конденсаторах, проверьте гармонические токи.

Коррекция коэффициента мощности конденсаторами

Описание:

Коэффициент мощности – это соотношение (фаза) тока и напряжения в электрических распределительных сетях переменного тока. В идеальных условиях ток и напряжение находятся «в фазе», а коэффициент мощности равен «100 %». Если присутствуют индуктивные нагрузки (двигатели), коэффициент мощности менее 100 % (обычно от 80 до 90 %).

Низкий коэффициент мощности, с точки зрения электротехники, вызывает более сильный ток, протекающий по линиям электропередачи, чтобы доставить определенное количество киловатт сверх электрической нагрузки.

Эффекты?

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

Мощность систем генерации и распределения электроэнергии, принадлежащих Laurens Electric, измеряется в кВА (килоамперах).

КВА = ВОЛЬТ X АМПЕР X 1,73 (трехфазная система) / 1000

При единичном коэффициенте мощности (100%), для обеспечения 2000 кВт потребуется 2000 кВА мощности генерирующей и распределительной сети. Однако, если бы коэффициент мощности упал до 85%, потребовалась бы мощность 2353 кВА. Таким образом, мы видим, что более низкий коэффициент мощности оказывает обратное влияние на генерирующие и распределительные мощности.

Низкий коэффициент мощности перегружает генерирующие, распределительные и сети с избыточным кВА.

Если вы владеете большим зданием, вам следует рассмотреть возможность корректировки низкого коэффициента мощности по одной из следующих причин или по обеим:

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

Существует несколько методов коррекции низкого коэффициента мощности. Обычно используются: емкость.

Блоки конденсаторов

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

Номинальная мощность конденсатора в кВАр показывает, сколько реактивной мощности будет отдавать конденсатор. Поскольку этот вид реактивной мощности компенсирует реактивную мощность, вызванную индуктивностью, каждый киловар емкости уменьшает чистую потребность в реактивной мощности на ту же величину. Например, конденсатор на 15 кВАр компенсирует 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 к каждой единице неисправного оборудования, перед группами двигателей (перед центрами управления двигателями или распределительными панелями) или в основных службах.