Co to jest współczynnik mocy (cosinus phi)

Współczynnik mocy osoby fizycznej (cosinus phi) jest następujący. Jak wiesz, w obwodzie prądu przemiennego występują generalnie trzy rodzaje obciążenia lub trzy rodzaje mocy (trzy rodzaje prądu, trzy rodzaje rezystancji). Aktywne P, bierne Q i całkowite moce C są związane odpowiednio z aktywnym r, reaktywnym x i całkowitym oporem z.

Z przebiegu elektrotechniki wiadomo, że opór nazywany jest aktywnym, w którym ciepło jest uwalniane podczas przepływu prądu. Rezystancja czynna związana jest ze stratami mocy czynnej dPnRówne do kwadratu prądu pomnożonego przez rezystancję dPn = Az2r W

Reaktancja przepływający przez niego prąd nie powoduje strat. Rezystancja ta wynika z indukcyjności L oraz pojemności C.

Rezystancja indukcyjna i pojemnościowa to dwa rodzaje reaktancji i są wyrażone następującymi wzorami:

• reaktancja lub rezystancja indukcyjna,

• rezystancja pojemnościowa lub pojemność,

Wtedy x = xL — НС° С… Na przykład, jeśli w obwodzie xL= 12 omów, xc = 7 omów, to reaktancja obwodu x = xL — NSc= 12 — 7 = 5 omów.

Ryż. 1. Ilustracje wyjaśniające istotę cosinusa „phi”: a — obwód szeregowego połączenia r i L w obwodzie prądu przemiennego, b — trójkąt oporu, c — trójkąt mocy, d — trójkąt mocy przy różnych wartościach ​mocy czynnej.

Impedancja z obejmuje rezystancję i reaktancję. W przypadku połączenia szeregowego r i L (ryc. 1, a) trójkąt rezystancji jest przedstawiony graficznie.

Jeśli boki tego trójkąta zostaną pomnożone przez kwadrat tego samego prądu, wówczas stosunek się nie zmieni, ale nowy trójkąt będzie trójkątem pojemności (ryc. 1, c). Sprawdź więcej szczegółów tutaj — Trójkąty oporów, napięć i mocy

Jak widać z trójkąta, w obwodzie prądu przemiennego na ogół występują trzy moce: aktywne P, reaktywne Q i całkowite S

P = Az2r = UIcosphy W,B = Az2x = Az2NSL — I2x° C = UIsin Var, S = Az2z = UIWhat.

Moc czynną można nazwać mocą roboczą, to znaczy „ciepło” (emisja ciepła), „świeci” (oświetlenie elektryczne), „porusza się” (napędy silników elektrycznych) itp. Mierzy się ją w taki sam sposób jak moc stałą , w watach.

Rozwinięty czynna mocB całkowicie bez śladu zużywa się w odbiornikach i przewodach z prędkością światła — niemal natychmiast. Jest to jedna z charakterystycznych cech mocy czynnej: tyle, ile jest wytwarzane, tyle jest zużywane.

Moc bierna Q nie jest zużywana i reprezentuje oscylację energii elektromagnetycznej w obwodzie elektrycznym.Przepływ energii od źródła do odbiornika i odwrotnie jest związany z przepływem prądu przez przewody, a ponieważ przewody mają rezystancję czynną, występują w nich straty.

Tak więc przy mocy biernej praca nie jest wykonywana, ale występują straty, które dla tej samej mocy czynnej, im większy, tym mniejszy współczynnik mocy (cosfi, cosinus «phi»).

Przykład. Wyznacz stratę mocy w przewodzie o rezystancji rl = 1 om, jeżeli przepuszczono przez niego moc P = 10 kW przy napięciu 400 V raz przy cosphi1 = 0,5 i drugi raz przy cosphi2 = 0,9.

Odpowiedź. Prąd w pierwszym przypadku I1 = P / (Ucosphi1) = 10/(0,4•0,5) = 50 A.

Strata mocy dP1 = Az12rl = 502•1 = 2500 W = 2,5 kW.

W drugim przypadku prąd Az1 = P / (Ucosphi2) = 10/(0,4•0,9) = 28 A.

Strata mocy dP2 = Az22rl = 282•1 = 784 W = 0,784 kW, tj. w drugim przypadku strata mocy jest 2,5 / 0,784 = 3,2 razy mniejsza tylko dlatego, że wartość cosfi jest wyższa.

Z obliczeń jasno wynika, że ​​im wyższa wartość cosinusa „phi”, tym mniejsze straty energii i mniejsza potrzeba umieszczania metali nieżelaznych przy instalowaniu nowych instalacji.

Zwiększając cosinus «phi», mamy trzy główne cele:

1) oszczędność energii elektrycznej,

2) oszczędzanie metali nieżelaznych,

3) maksymalne wykorzystanie zainstalowanej mocy generatorów, transformatorów i ogólnie silników prądu przemiennego.

Tę ostatnią okoliczność potwierdza fakt, że np. z tego samego transformatora można uzyskać im więcej mocy czynnej, tym większa wartość użytkowników cosfi.Zatem z transformatora o mocy znamionowej Sn= 1000 kVa przy cosfi1 = 0,7 można uzyskać moc czynną P1 = Снcosfie1 = 1000 • 0,7 = 700 kW, a przy cosfi2 = 0,95 R2 = Сncosfi2= 1000 • 0,95 = 950 kW.

W obu przypadkach transformator będzie w pełni obciążony do 1000 kVA. Silniki indukcyjne i transformatory niedociążeniowe są przyczyną niskiego współczynnika mocy w fabrykach. Na przykład silnik indukcyjny na biegu jałowym ma cosfixx w przybliżeniu równy 0,2, podczas gdy przy obciążeniu do mocy znamionowej sfin = 0,85.

Dla większej przejrzystości rozważ przybliżony trójkąt mocy dla silnika indukcyjnego (ryc. 1, d). Podczas pracy na biegu jałowym silnik indukcyjny pobiera moc bierną w przybliżeniu równą 30% mocy znamionowej, podczas gdy pobierana moc czynna wynosi w tym przypadku około 15%. Dlatego współczynnik mocy jest bardzo niski. Wraz ze wzrostem obciążenia rośnie moc czynna, a moc bierna zmienia się nieznacznie, a cosfi rośnie. Przeczytaj więcej na ten temat tutaj: Współczynnik mocy napędu

Główną działalnością podnoszącą wartość cosfi jest działanie na pełnych mocach produkcyjnych. W takim przypadku silniki asynchroniczne będą pracować ze współczynnikami mocy zbliżonymi do wartości nominalnych.

Działania związane z poprawą współczynnika mocy dzielą się na dwie główne grupy:

1) nie wymaga instalowania urządzeń kompensujących i nadaje się we wszystkich przypadkach (metody naturalne);

2) związane ze stosowaniem urządzeń kompensacyjnych (sztuczne metody).

Jednostka skraplająca zwiększająca współczynnik mocy

Działania pierwszej grupy, zgodnie z obowiązującymi wytycznymi, obejmują racjonalizację procesu technologicznego, prowadzącą do poprawy trybu energetycznego urządzeń i zwiększenia współczynnika mocy. Te same środki obejmują zastosowanie silników synchronicznych zamiast niektórych asynchronicznych (w razie potrzeby zaleca się instalację silników synchronicznych zamiast asynchronicznych w celu zwiększenia wydajności).

Przeczytaj także w tym temacie: Zasilanie AC i straty mocy