Коефіцієнт потужності (pf power factor, cos, косинус фі), повна (здається), активна і реактивна
Поділіться посиланням з друзями:
Коефіцієнт потужності (cos φ, косинус фі), Повна (здається), активна і реактивна потужність електродвигуна = електромотора і не тільки його. Коефіцієнт потужності для однофазного і трифазного електродвигуна. У чому відмінність одиниць потужності кВт і кВА? Які коефіцієнти потужності "хороші", а які "погані"? Версія для друку.
На шильдиках багатьох електромоторів (електродвигунів та ін. Пристроїв) вказують активну потужність в Вт і cosφ / або λ / або PF. Що тут до чого див. Нижче.
Маємо на увазі, що змінна напруга в мережі синусоидальное - звичайне, хоча все міркування нижче вірні і для всіх гармонік окремо інших періодичних напруг.
Повна, або здається потужність S (apparent power) вимірюється в вольт-амперах (ВА або VA, кВА або kVA) і визначається твором змінних напруги і струму системи. Зручно вважати, що повна потужність в колі змінного струму виражається комплексним числом таким, що активна потужність є його дійсною частиною, реактивна потужність - уявної. Генератор, повинен поставити в мережу саме її і саме тому потужність генератора дається в кВА.
- кут φ це кут між фазою напруги і фазою струму, званий ще зрушенням фаз, при цьому, якщо струм відстає від напруги, зрушення фаз вважається позитивним, якщо випереджає його, то негативним
- величина sin φ для значень φ від 0 до плюс 90 ° є позитивною величиною. Величина sin φ для значень φ від 0 до -90 ° є негативною величиною
- якщо sin φ> 0, то навантаження має активно-індуктивний характер (електромотори, трансформатори, котушки.) - струм відстає від напруги
- якщо sin φ<0, нагрузка имеет активно-ёмкостный характер - (конденсаторы. ) - ток опережает напряжение
- Всі співвідношення між P, S і Q визначаються теоремою Піфагора і елементарними тригонометричними тотожністю для прямокутного трикутника
Активна потужність P (active power = real power = true power) вимірюється в ватах (Вт, W) і це та потужність, яка споживається електричним опором системи на тепло і корисну роботу. Для мереж змінного струму:
- P = U * I * cosφ. де U і I - діючі = ефективні = середньоквадратичні значення напруги і струму, а φ- зрушення фаз між ними
- Потужність необхідного генератора обчислюється через активну потужність як S = P / cosφ і виражається в ВА, а не в Вт в однофазної мережі,
- Потужність необхідного генератора обчислюється через активну потужність як S = √3P / cosφ і виражається в ВА, а не в Вт в трифазній мережі,
Реактивна потужність Q (reactive power) вимірюється в вольт-амперах реактивних (вар, var) і це електромагнітна потужність, яка запасається в приймальнику і віддається назад в мережу коливальним контуром системи. Реактивна потужність в ідеалі не виконує роботи, тобто назва вводить в оману. Легко здогадатися дивлячись на малюнок, що:
- P = U * I * sinφ. де U і I - діючі = ефективні = середньоквадратичні значення напруги і струму, а φ- зрушення фаз між ними
- Потужність необхідного генератора обчислюється через реактивну потужність як S = P / sinφ і виражається в ВА, а не в Вт в однофазної мережі - це, звичайно, фантастика, що реактивна мощнать відома, а активна - немає :)
- Потужність необхідного генератора обчислюється через активну потужність як S = √3P / sinφ і виражається в ВА, а не в Вт в трифазній мережі,
Сама концепція активної і реактивної потужності актуальна для пристроїв (приймачів) змінного струму. Вона малоактуальная = ніколи не упомінатеся для приймачів постійного струму в силу малості (мізерність) відповідних ефектів, пов'язаних тільки з перехідними процесами при включенні / виключенні.
Будь-яка система, як відомо, має ємність і індуктивність = є певним коливальним контуром. Змінний струм в одній фазі накачує електромагнітне поле цього контуру енергією а в протилежній фазі ця енергія йде назад в генератор (в мережу). Це викликає в Україні 3 проблеми (для постачальника енергії!)
- Хоча теоретично, при нульових опорах передачі, на вироблення реактивної потужності не витрачається потужність генератора, але практично для передачі реактивної потужності по мережі потрібна додаткова, активна потужність генератора (втрати передачі).
- Мережа повинна пропускати і активні і реактивні струми, тобто мати запас по пропускним характеристикам.
- Генератор міг би, видаючи ті ж струм і напруга, поставляти споживачеві електроенергії більше активної потужності.
спробуємо здогадатися, що робить постачальник електроенергії? Правильно, намагається нав'язати Вам різні тарифи для разліних значень cos φ. Що можна зробити: можна замовити компенсацію реактивної потужності (тобто установку деяких блоків конденсаторів або котушок), які змусять реактивну навантаження коливатися всередині Вашого підприємства / пристрої. Чи варто це робити? Залежить від вартості установки, націнок за коефіцієнт потужності і дуже навіть часто не має економічного сенсу. У деяких країнах якість напруги живлення теж може постраждати від надлишку реактивної потужності, але в Україні проблема неактуальна в силу спочатку дуже нізкго якості в мережі живлення.
Природно, хотілося б ввести величину, яка характеризувала б ступінь лінійності навантаження. І така величина вводиться під назвою коефіцієнт потужності ( "косинус фі", power factor, PF), як відношення активної потужності до повної, природно відразу в 2-х видах, в Україні це: