- 1. Odporne obremenitve
- 2. Reaktivne obremenitve
- Pomen faktorja moči
- Izboljšanje faktorja moči
- Izračun faktorja moči za vašo obremenitev
- Unity Power Factor in zakaj to ni praktično
Poleg varnosti in zanesljivosti je treba pri zasnovi in izvedbi električnih sistemov zasledovati še nekaj drugih ciljev, vključno z učinkovitostjo. Eno od meril učinkovitosti v električnem sistemu je učinkovitost, s katero sistem prejema prejeto energijo v koristno delo. Na to učinkovitost kaže komponenta električnih sistemov, znana kot faktor moči. Faktor moči označuje, koliko moči dejansko porabi breme za opravljanje koristnega dela in koliko moči "zapravlja". Kolikor se že sliši njegovo ime, je eden glavnih dejavnikov visokih računov za elektriko in izpadov električne energije.
Če želite pravilno opisati faktor moči in njegov praktični pomen, je pomembno, da osvežite svoj spomin o različnih vrstah električnih obremenitev in komponent napajanja, ki obstajajo.
Med osnovnimi razredi električne energije so električne obremenitve običajno dve vrsti;
- Odporne obremenitve
- Reaktivne obremenitve
1. Odporne obremenitve
Uporne obremenitve, kot že ime pove, so te obremenitve sestavljene iz popolnoma uporovnih elementov. Pri tovrstnih obremenitvah (upoštevajoč idealne pogoje) se vsa dovedena moč razprši za delo, ker je tok v fazi z napetostjo. Dober primer uporovnih obremenitev so žarnice z žarilno nitko in baterije.
Močnostna komponenta, povezana z uporovnimi obremenitvami, se imenuje dejanska moč. Ta dejanska moč se včasih imenuje tudi delovna moč, resnična moč ali resnična moč. Če ste nov v izmeničnem napajanju in se počutite zmedeno z vsemi temi valovnimi oblikami, je priporočljivo prebrati osnove izmeničnega toka, da boste razumeli, kako deluje napajalnik.
2. Reaktivne obremenitve
Po drugi strani pa so reaktivne obremenitve nekoliko bolj zapletene. Medtem ko povzročajo padec napetosti in črpajo tok iz vira, ne odvajajo nobene uporabne moči kot take, ker moč, ki jo črpajo iz napajanja, ne deluje. To je posledica narave reaktivnih obremenitev.
Reaktivne obremenitve so lahko kapacitivne ali induktivne. Pri induktivnih obremenitvah se porabljena moč porabi za nastavitev magnetnega pretoka brez kakršnega koli neposrednega dela, medtem ko se pri kapacitivnih obremenitvah moč uporablja za polnjenje kondenzatorja in ne neposredno za delo. Tako razpršena moč v reaktivnih obremenitvah se imenuje reaktivna moč. Za reaktivne obremenitve so značilne trenutne vodilne (kapacitivne obremenitve) ali zaostale (induktivne obremenitve) za napetostjo, saj taka razlika med tokom in napetostjo običajno obstaja.
Zgornja dva grafa predstavljata induktivno in kapacitivno obremenitev, kjer faktor moči zaostaja oziroma vodi. Na razlike v teh dveh vrstah obremenitve vodi v obstoj treh električnih komponent v električnih sistemih, in sicer;
- Dejanska moč
- Reaktivna moč
- Navidezna moč
1. Dejanska moč
To je moč, povezana z uporovnimi obremenitvami. Gre za komponento moči, ki se razprši za dejansko delo v električnih sistemih. Od ogrevanja do razsvetljave itd. Izraža se v vatih (W) (skupaj s pomnoževalci, kilo, mega itd.) In je simbolično predstavljena s črko P.
2. Reaktivna močTo je moč, povezana z reaktivnimi obremenitvami. Zaradi zakasnitve med napetostjo in tokom v reaktivnih obremenitvah energija, ki jo vleče reaktivna (bodisi kapacitivna bodisi induktivna), ne povzroči dela. Imenuje se reaktivna moč, njegova enota pa je Volt-Ampere Reactive (VAR).
3. Navidezna močTipični električni sistemi so sestavljeni tako iz uporovnih kot induktivnih obremenitev. Zamislite si žarnice in grelnike za uporovne obremenitve ter opremo z motorji, kompresorji itd. Kot induktivne obremenitve. Tako je v električnem sistemu skupna moč kombinacija dejanske in jalove komponente moči, ta skupna moč se imenuje tudi navidezna moč.
Navidezna moč je podana v vsoti dejanske moči in jalove moči. Njegova enota je volt-amper (VA) in je matematično predstavljena z enačbo;
Navidezna moč = dejanska moč + reaktivna moč
V idealnih situacijah je dejanska moč, ki se odvede v električnem sistemu, običajno večja od jalove moči. Spodnja slika prikazuje vektorski diagram, narisan s pomočjo treh komponent napajanja
Ta vektorski diagram lahko pretvorimo v trikotnik moči, kot je prikazano spodaj.
Faktor moči lahko izračunamo tako, da dobimo zgoraj prikazan kot theta (ϴ). Tu je theta kot med realno močjo in navidezno močjo. Nato lahko po pravilu kosinusa (Sosednje nad hipotenuzo) faktor moči ocenimo kot razmerje med dejansko močjo in navidezno močjo. V enačbah za izračun moči Factor je navedeno spodaj
PF = dejanska moč / navidezna moč ali PF = Cosϴ
Če to postavimo ob bok enačbi za določanje navidezne moči, je lahko videti, da povečanje jalove moči (prisotnost velikega števila jalovih obremenitev) vodi do povečanja navidezne moči in večje vrednosti za kot ϴ, ki na koncu povzroči nizek faktor moči, ko dobimo njegov kosinus (cos ϴ). Na drugi strani zmanjšanje jalove obremenitve (jalove moči) vodi do povečanega faktorja moči, kar kaže na visoko učinkovitost v sistemih z manj reaktivnimi obremenitvami in obratno. Vrednost faktorja moči bo vedno med vrednostjo 0 in 1, bližje kot je ena, večja bo učinkovitost sistema. V Indiji velja, da je idealna vrednost faktorja moči 0,8. Vrednost faktorja moči nima enote.
Pomen faktorja moči
Če je vrednost faktorja moči nizka, to pomeni, da se energija iz omrežja zapravlja, saj se velik del te energije ne porabi za smiselno delo. To je zato, ker tovor porabi več jalove moči v primerjavi z dejansko močjo. To predstavlja obremenitev oskrbovalnega sistema, ki povzroča preobremenitev distribucijskega sistema, saj se iz sistema črpa tako dejanska moč, ki jo zahteva obremenitev, kot tudi jalova moč, ki se uporablja za zadovoljevanje jalovih obremenitev.
Ta obremenitev in "zapravljanje" običajno privede do velikih računov za električno energijo za potrošnike (zlasti industrijske), saj komunalna podjetja izračunajo porabo glede na navidezno moč, saj na koncu plačajo za električno energijo, ki ni bila uporabljena za kakršno koli "smiselno" delo. Nekatera podjetja svoje potrošnike tudi kaznujejo, če porabijo več jalove moči, saj ta povzroči preobremenitev sistema. Ta globa se naloži tako, da se zmanjša faktor nizke moči, ki povzroča obremenitve, ki se uporabljajo v industriji.
Tudi v situacijah, ko električno energijo zagotavljajo proizvajalci podjetja, se denar zapravlja za večje generatorje, večje kable itd., Ki so potrebni za oskrbo z električno energijo, ko bo le-ta zapravljena. Da bi to bolje razumeli, si oglejte spodnji primer
Tovarno, ki obratuje z močjo 70 kW, bi lahko uspešno napajali generator / transformator in kabli z močjo 70 kVA, če tovarna obratuje s faktorjem moči 1. Če pa faktor moči pade na 0,6, pa tudi z enako obremenitvijo 70 kW, bo potreben večji generator ali transformator z močjo 116,67 kVA (70 / 0,6), saj bo moral generator / transformator dovajati dodatno moč za jalovo obremenitev. Poleg tega velikega povečanja potreb po moči bi bilo treba povečati tudi velikost uporabljenih kablov, kar bi povzročilo znatno povečanje stroškov opreme in povečane izgube moči zaradi upora vzdolž vodnikov. Kazen za to presega visoke račune za elektriko v nekaterih državah, saj podjetja s slabim faktorjem moči običajno dobijo globe v velikem znesku, da spodbudijo popravek.
Izboljšanje faktorja moči
Z vsem povedanim se boste strinjali z mano, da je bolj ekonomsko smiselno odpraviti slab faktor moči kot pa še naprej plačevati velike račune za elektriko, zlasti za velike industrije. Ocenjuje se tudi, da je mogoče v velikih industrijah in proizvodnih obratih prihraniti več kot 40% računov, če se faktor moči popravi in je nizek.
Poleg znižanja stroškov za potrošnike delovanje učinkovitega sistema prispeva k splošni zanesljivosti in učinkovitosti elektroenergetskega omrežja, saj lahko komunalna podjetja zmanjšajo izgube v vodih in stroške vzdrževanja, hkrati pa tudi zmanjšajo količino transformatorjev in podobna podporna infrastruktura, potrebna za njihovo delovanje.
Izračun faktorja moči za vašo obremenitev
Prvi korak pri popravljanju faktorja moči je določitev faktorja moči za vašo obremenitev. To lahko stori;
1. Izračun jalove moči z uporabo podatkov o reaktanci obremenitve
2. Določitev dejanske moči, ki jo razprši obremenitev, in kombiniranje z navidezno močjo za pridobitev faktorja moči.
3. Uporaba merilnika faktorja moči.
Merilnik faktorja moči se večinoma uporablja, saj pomaga pri lažjem pridobivanju faktorja moči v velikih sistemskih nastavitvah, kjer je določanje reaktančnih podrobnosti obremenitve in dejanske razpršene moči lahko težka pot.
Z znanim faktorjem moči ga lahko nato popravite, tako da ga prilagodite čim bližje 1. n Priporočeni faktor moči, ki ga izvajajo podjetja za oskrbo z električno energijo, je običajno med 0,8 in 1, kar je mogoče doseči le, če uporabljate skoraj povsem uporovna obremenitev ali induktivna reaktanca (obremenitev) v sistemu je enaka reaktanci kapacitivnosti, saj se bosta oba medsebojno izničila.
Ker je uporaba induktivnih obremenitev pogostejši vzrok za nizek faktor moči, zlasti v industrijskih okoljih (zaradi uporabe težkih motorjev itd.), Je eden najpreprostejših načinov popravljanja faktorja moči preklic induktivna reaktanca z uporabo korekcijskih kondenzatorjev, ki v sistem vnašajo kapacitivno reaktanco.
Kondenzatorji za korekcijo faktorja moči delujejo kot generator jalovega toka in izravnajo / izravnajo moč, ki jo "zapravijo" induktivne obremenitve. Vendar je treba pri vstavljanju teh kondenzatorjev v nastavitve skrbno razmisliti, da se zagotovi nemoteno delovanje opreme, kot so pogoni s spremenljivo hitrostjo, in učinkovito ravnovesje s stroški. Glede na objekt in razporeditev obremenitve lahko načrt vključuje kondenzatorje s fiksno vrednostjo, nameščene na induktivnih obremenitvenih točkah, ali samodejne korekcijske kondenzatorske banke, nameščene na vodilih razdelilnih plošč, za centralizirano korekcijo, ki je običajno stroškovno učinkovitejša v velikih sistemih.
Uporaba kondenzatorjev za korekcijo faktorja moči v nastavitvah ima slabosti, zlasti kadar se ne uporabljajo pravi kondenzatorji ali sistem ni pravilno zasnovan. Uporaba kondenzatorjev bi lahko vklopila kratek čas "prenapetosti", kar bi lahko vplivalo na pravilno delovanje opreme, kot so pogoni s spremenljivo hitrostjo, zaradi česar bi se občasno izklopili ali pregoreli varovalke na nekaterih kondenzatorjih. To pa bi lahko rešili tako, da bi poskušali prilagoditi zaporedje krmiljenja preklopov v primeru pogonskih sklopov ali odpraviti harmonične tokove v primeru varovalk.
Unity Power Factor in zakaj to ni praktično
Ko je vrednost vašega faktorja moči enaka 1, potem naj bi bil faktor moči faktor enote moči. Mogoče bi bilo skušnjavo doseči optimalni faktor moči 1, vendar ga je skoraj nemogoče doseči, ker noben sistem ni zares idealen. V tem smislu nobena obremenitev ni zgolj uporovna, kapacitivna ali induktivna. Vsaka obremenitev obsega nekatere elemente drugega, ne glede na to, kako majhni so, saj je tipično območje faktorja moči, ki ga je mogoče uresničiti, običajno do 0,9 / 0,95. O teh parazitskih lastnostih elementov RLC smo že izvedeli v naših člankih ESR in ESL s kondenzatorji.
Faktor moči je dejavnik, kako dobro uporabljate energijo in koliko plačate račune za elektriko (zlasti za industrijo). Poleg tega pomembno prispeva k obratovalnim stroškom in bi lahko bil tisti dejavnik za znižano stopnjo dobička, na katerega niste bili pozorni. Izboljšanje faktorja moči vašega električnega sistema bi lahko pomagalo zmanjšati račune za elektriko in zagotovilo, da je zmogljivost čim večja.