Коэффициента мощности формула: Коэффициент мощности

Содержание

Коэффициент мощности

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

Реактивная составляющая

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

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

PF = P/S = cosφ

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

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

Гармонические искажения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Другие полезные статьи:
Закон Ома.
Дизель-генератор.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Описание параметра «Полная мощность» — Профсектор

Полная выходная мощность стабилизатора (VA) определяет максимальную величину мощности подключаемой к нему нагрузки.

Выбор стабилизатора напряжения по мощности.

При выборе стабилизатора необходимо учитывать:

1. суммарную мощность подключенной нагрузки — выходная мощность стабилизатора должна быть больше мощности, потребляемой нагрузкой.

Немного теории.

Полная мощность (S) состоит из активной мощности (P) и реактивной мощности (Q).

Связь между мощностями следующая:

S — измеряется в вольт-амперах (ВА, VA)
P — измеряется в ваттах (Вт, W)
Q — измеряется в варах (Вар, var)

Существуют электроприборы, которые потребляют только активную мощность. Это любые нагревательные приборы (тэны, утюги, чайники и т.д.), лампы накаливания и т.д. Они не потребляют реактивную мощность, поэтому при выборе стабилизаторов для таких приборов можно учитывать в расчетах, что полная мощность равна активной мощности, S(VA)=P(W).

Также существуют электроприборы, которые потребляют не только активную мощность, но и реактивную мощность. Это электродвигатели, дроссели, трансформаторы и т.д.
Для расчета полной мощности для таких устройств используют специальный коэффициент мощности, cos (φ).
Формула расчет будет выглядеть следующим образом:

Cos (φ) определен для большинства типов оборудования и обычно он пишется на шильдике соответствующего прибора. В тех случаях, когда нет возможности узнать значение cos (φ), примерный расчет производится с коэффициентом 0,75.

Примерные мощности электроприборов и их коэффициенты cos (φ) приведены в таблице.

Электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)	Электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)
Электроплита	1200 — 6000	1	Бойлер	1500 — 2000	1
Обогреватель	500 — 2000	1	Компьютер	350 — 700	0.95
Пылесос	500 — 2000	0.9	Кофеварка	650 — 1500	1
Утюг	1000 — 2000	1	Стиральная машина	1500 — 2500	0. 9
Фен	600 — 2000	1	Электродрель	400 — 1000	0.85
Телевизор	100 — 400	1	Болгарка	600 — 3000	0.8
Холодильник	150 — 600	0.95	Перфоратор	500 — 1200	0.85
СВЧ-печь	700 — 2000	1	Компрессор	700 — 2500	0.7
Электрочайник	1500 — 2000	1	Электромоторы	250 — 3000	0.7 — 0.8
Лампы накаливания	60 — 250	1	Вакуумный насос	1000 — 2500	0.85
Люминисцентные лампы	20 — 400	0.95	Электросварка (дуговая)	1800 — 2500	0. 3 — 0.6

2. пусковые токи — все электроприборы, в состав которых входит двигатели или дроссели в момент запуска потребляют в несколько раз больше мощности чем в рабочем режиме. В таких случаях полную мощность данного оборудования рассчитывают путем умножения потребляемой мощности (указана в паспорте прибора) на кратность пусковых токов (обычно 3-7).

3. запас мощности — чтобы увеличить срок службы стабилизатора, рекомендуется предусмотреть 20%-ный запас мощности. Таким образом, режим работы стабилизатора будет более «щадящим», а при необходимости можно будет подключить дополнительные электроприборы.

4. влияние входного напряжения на мощность — при уменьшении входного напряжения, уменьшается мощность стабилизатора. Данная зависимость приведена на графике.

Примечание. В соответствии с международными, а также отечественными отраслевыми стандартами производителей автотрансформаторных стабилизаторов максимальная мощность устройства нормируется для входного напряжения 190В или для разности входного и выходного напряжений 30В.

ВНИМАНИЕ! Большинство аварий стабилизаторов, возникает от перегрузки по мощности при снижении выходного напряжения до величины менее минимально допустимой, обычно это 150…160 В

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

Формула коэффициента мощности для одной фазы

Коэффициент мощности для однофазной цепи переменного тока определяется как мера энергоэффективности. Обычно выражается числом от 0 до 1. Это отношение рабочей мощности (или фактической мощности) к кажущейся мощности. Фактическая мощность выражается в ваттах, а полная мощность выражается в вольт-амперах. Наиболее важной концепцией здесь является то, что коэффициент мощности применим только к цепям переменного тока. Поскольку между током и напряжением нет разности частоты или фазового угла, цепь постоянного тока не может иметь коэффициент мощности. Коэффициент мощности цепи обозначается символом P. Это безразмерная величина, не имеющая размерной формулы. Значение коэффициента мощности для однофазной всегда меньше 1. В то время как для цепи с чистым сопротивлением его значение равно 1,9.0003

Формула

P = Вт/А

где

P — коэффициент мощности,

A — полная мощность,

A — рабочая мощность,

Коэффициент мощности также определяется косинусом угла между напряжением и током.

cos θ = P/VI

где,

cos θ – коэффициент мощности,

P – мощность цепи,

В – напряжение,

I — текущее значение.

Коэффициент мощности также может быть выражен как отношение сопротивления к полному сопротивлению.

cos θ = R/Z

or

cos θ = R/√[R ² + (X _L + X _C ) ² ]

where ,

R — сопротивление цепи,

Z = √[R ² + (X _L + X _C ) ² ] — сопротивление тока,

X _L — индуктивное сопротивление,

X _C — емкостное сопротивление.

Примеры задач

Задача 1. Рассчитать коэффициент мощности цепи переменного тока для рабочей мощности 20 Вт и полной мощности 40 Вт.

Решение: = 20

A = 40

Используя формулу получаем,

P = W/A

= 20/40

= 1/2

= 0,5

Задача 2. Рассчитать коэффициент мощности цепи переменного тока для рабочей мощности 50 Вт и полной мощности 200 Вт.

Решение:

А = 200

Используя формулу получаем,

P = Вт/А

= 50/200

= 1/4

= 0,25

2 Задача 3. Рассчитайте рабочую мощность переменного тока 3. схема для коэффициента мощности 0,6 и полной мощности 150 Вт.

Решение:

Мы имеем,

P = 0,6

A = 150

Используем формулу, которую мы получаем,

P = W/A

=> W = PA

=> W = 0,6 (150)

=> W = 90 Вт

Задача 4. Рассчитать коэффициент мощности цепи переменного тока для мощности 100 Вт, тока 4 А и напряжения 200 В.

Решение :

У нас есть,

Р = 100

I = 4

V = 200

Используя формулу, получаем 0,125

Задача 5.