Коэффициент мощности в чем измеряется

В данной статье мы рассмотрим понятие коэффициента мощности в электрических системах, причины его низкого значения и способы его улучшения с использованием компенсационных устройств, а также приведем примеры практического применения.

Понятное объяснение коэффициента мощности и способы его улучшения в электрических системах обновлено: 25 ноября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

В электротехнике коэффициент мощности является важным показателем эффективности электрических систем. Он определяет соотношение между активной мощностью, которая используется для выполнения работы, и полной мощностью, потребляемой системой. Низкий коэффициент мощности может привести к неэффективному использованию энергии и повышенным затратам. В данной статье мы рассмотрим определение и свойства коэффициента мощности, а также причины его низкого значения и способы его улучшения. Также мы рассмотрим примеры практического применения улучшения коэффициента мощности в различных электрических системах.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Коэффициент мощности (cos φ). Понятие, физический смысл, измерение.

Осциллограмма фазового сдвига

Коэффициент мощности (cos φ) это параметр, характеризующий искажения формы тока, потребляемого от электросети переменного тока. Важный показатель потребителя электроэнергии. Во многом он определяет требования к питающей сети. От него зависят потери в проводах и на внутреннем сопротивлении сети.

В цепях постоянного тока мощность, впрочем, как и все остальные параметры, не меняет своего значения в течение определенного отрезка времени. Поэтому, при постоянном токе, существует единственное понятие электрической мощности как произведение значений тока и напряжения.

При переменном токе значения тока и напряжения постоянно меняются с течением времени. Мощность тоже меняется. Поэтому вводится понятие мгновенной мощности.

Мгновенная мощность.

Мгновенная мощность это произведение значения мгновенного напряжения цепи на значение мгновенного тока. На практике мощность связана с выделением тепла, механической работой и т.п. А эти явления имеют инерционный характер. Поэтому понятие мгновенной мощности не имеет практического значения, а используется для расчетов и понимания происходящих процессов.

Действующие значения тока и напряжения.

Для оценки и расчетов цепей переменного тока используются действующие значения тока и напряжения.

Коэффициент мощности простыми словами

Действующее значение переменного тока определяется как величина такого эквивалентного постоянного тока, который проходя через то же активное сопротивление, что и переменный ток, выделяет на нем за период то же количества тепла. Математически действующее значение определяется как среднеквадратичное за период.

Вольтметры и амперметры переменного тока показывают именно действующие значения. Все операции по тепловым расчетам происходят так же, как и на постоянном токе, только с использованием действующих значений. Но это не всегда правильно.

Полная мощность.

Полная мощность вычисляется как произведение действующих значений тока и напряжения цепи.

В случае синусоидальной формы тока и напряжения, а также отсутствия фазового сдвига, вся полная мощность выделяется на нагрузке. Расчеты для переменного тока соответствуют анализу цепей постоянного тока, только используются действующие значения тока и напряжения.

Полная мощность фактически показывает требования к электрической сети. Измеряется она в В ·А , не в Вт.

Реактивная мощность.

Как только в цепи переменного тока появляются реактивные элементы ( индуктивность и емкость) все меняется. Реактивные элементы обладают способностью накапливать энергию и отдавать ее в цепь обратно. Появляется реактивная мощность.

Реактивная мощность не выделяется на нагрузке, не создает полезной работы. Она накапливается на реактивных элементах нагрузки ( конденсаторах, катушках индуктивности), а затем возвращается обратно в питающую сеть. Понятно, что возвращается она с потерями на проводах, на внутреннем сопротивлении питающей сети и т.п. Поэтому в любой энергосистеме стремятся уменьшить реактивную мощность до минимума.

Реактивная мощность может быть как положительной (для индуктивных цепей), так и отрицательной (для емкостной составляющей).

Единица измерения – вольт-ампер реактивный (ВАР).

Активная мощность.

На нагрузке остается активная мощность. Она и совершает полезную работу. Активная мощность это среднее значение мгновенной мощности за период.

Основные соотношения между параметрами.

Полная мощность в цепях переменного тока равна квадратному корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей.

Активная мощность вычисляется как:

I и U это действующие значения тока и напряжения.

Т.е. активная и полная мощности связаны через коэффициент — cos φ.

cos φ – это косинус угла сдвига между напряжением питающей сети и током, потребляемым нагрузкой. Это соотношение верно только для синусоидальной формы тока и напряжения. При cos φ = 1 активная мощность на нагрузке равна полной. Вся энергия питающей сети используется для полезной работы. Происходит это только на чисто активной нагрузке, без реактивной составляющей.

cos φ и есть коэффициент мощности (КМ) для переменных цепей с током и напряжением синусоидальной формы.

Но многие потребители энергии не только сдвигают фазу, но искажают форму тока. Примером может служить блок питания с бестрансформаторным входом. Это эквивалентная схема подключения его к питающей сети.

Эквивалентная схема бестрансформаторного БП

В подобных устройствах напряжение питающей сети выпрямляется и сглаживается на конденсаторе большой емкости. Полученное постоянное напряжение с малым уровнем пульсаций используется для дальнейшего преобразования.

Для питающей сети эта схема представляет нагрузку активно-емкостного характера. Но диоды выпрямительного моста имеют нелинейную характеристику. В начале и в конце периода они закрыты и нагрузка отключена. А в середине периода диоды открываются и кроме активной нагрузки подключают к сети значительную емкость сглаживающего фильтра. В результате ток имеет искаженную форму, показанную на рисунке.

Осциллограмма искажения тока в бестрансформаторных БП

Это один из самых неприятных типов нагрузки, но и самый распространенный. Вся бытовая техника (телевизоры, компьютеры . ) представляют такой характер нагрузки.

Коэффициент мощности (КМ) в переменных цепях с искаженной формой тока определяется как отношение активной мощности к полной.

Следующие диаграммы иллюстрируют, как КМ влияет на работу потребителей электроэнергии.

Диаграмма cos φ = 1

На этом рисунке показаны осциллограммы чисто активной нагрузки. Фазового сдвига нет, cos φ = 1, вся энергия из сети переходит в активную мощность на нагрузке.

На втором рисунке крайний, самый плохой вариант.

Диаграмма cos φ = 0

Сдвиг фазы между током и напряжением 90°, cos φ = 0. Видно, что диаграмма мгновенной мощности расположена симметрично относительно 0. Средняя активная мощность равна 0. Конечно, устройств с cos φ = 0 на практике не бывает, но промежуточных вариантов сколько угодно. Например, бестрансформаторный блок питания, приведенный в качестве примера выше, имеет КМ 0,6 — 0,7.

Значимость КМ можно показать простейшими расчетами.

Два потребителя электроэнергии с одинаковой активной (полезной) мощностью. У первого cos φ = 1, а у второго 0,5. Это означает, что второй потребитель потребляет от сети ток в два раза больше, чем первый. Т.к. зависимость потерь в проводах от тока имеет квадратичный характер (P = I 2 * R), то потери на активном сопротивлении проводов во втором случае будут в 4 раза больше. Потребуются провода большего сечения.

Для мощных нагрузок, длинных линий электропередач высокий КМ особенно важен.

Измерение коэффициента мощности.

Для измерения cos φ используются специальные приборы – фазометры. Они применяются в сетях с потребляемым током синусоидальной формы, без искажения.

Фазометр

Для измерения КМ у нагрузок, искажающих ток, обычно пользуются следующей методикой.

Схема измерения коэффициента мощности.

Схема измерения коэффициента мощности

Необходимо вычислить полную мощность, как произведение показаний вольтметра и амперметра.

Теперь надо активную мощность (показания ваттметра) разделить на полную.

При отсутствии ваттметра можно использовать счетчик электроэнергии.

Для этого необходимо замерить время 10 калибровочных импульсов (миганий светодиода на корпусе счетчика). Вычислить время периода одного импульса (разделить на 10). Зная коэффициент счетчика (обычно 3200 импульсов на кВт) можно посчитать активную мощность нагрузки. С учетом того, что счетчики электроэнергии имеют класс точности 1.0, измерение получится довольно точным.

Коррекция коэффициента мощности.

Для увеличения КМ существуют специальные устройства – корректоры коэффициента мощности (ККМ). Они бываю пассивными и активными.

Для пассивной коррекции КМ в цепь питания последовательно включают дроссель. Такое решение часто применяется для трансформаторных станций катодной защиты. Но это от безвыходности. Других решений для трансформаторных станций не существует. Дроссель требуется громадных размеров, не меньше чем силовой трансформатор станции. Размеры, вес, цена станции увеличиваются практически в 2 раза, а коэффициент мощности удается поднять только до 0,85.

В инверторных станциях катодной защиты без корректора мощности (выпрямительно-емкостная нагрузка, пример был выше) КМ порядка 0,6 — 0,7. Для его увеличения используют специальные электронные модули – активные корректоры коэффициента мощности. Их схемы, построены по принципу повышающего импульсного преобразователя. Специальные управляющие микросхемы отслеживают форму тока потребления и так управляют ключом преобразователя, что она становится синусоидальной. На выходе активного ККМ формируется постоянное напряжение 380 – 400 В. Поэтому использовать их с трансформаторами невозможно.

Активные корректоры повышают КМ до 0,95 – 0,99.

Пример активного ККМ 2000 Вт для инверторной станции катодной защиты серии «ТИЭЛЛА».

Блок KKM 2000 Вт, станции катодной защиты

Схемотехнике активных ККМ я посвящу отдельную статью.

Расчет коэффициента мощности

Для синусоидального тока коэффициент мощности PF равен абсолютному значению косинуса фазового угла полной мощности φ (который также является фазовым углом импеданса):

PF = | cos φ |

PF — коэффициент мощности.

φ — фазовый угол дополнительной мощности.

Реальная мощность P в ваттах (Вт) равна полной мощности | S | в вольт-амперах (ВА), умноженных на коэффициент мощности PF:

P (W) = | S (VA) | × PF = | S (VA) | × | cos φ |

Когда в цепи имеется резистивная импедансная нагрузка, активная мощность P равна полной мощности | S | а коэффициент мощности PF равен 1:

PF (резистивная нагрузка) = P / | S | = 1

Реактивная мощность Q в вольт-амперах реактивной (VAR) равна полной мощности | S | в вольт-амперах (ВА), умноженных на синус фазового угла φ :

Расчет однофазной цепи на основе показаний счетчика реальной мощности P в киловаттах (кВт), напряжения V в вольтах (В) и тока I в амперах (A):

Расчет трехфазной цепи на основе показаний счетчика реальной мощности P в киловаттах (кВт), межфазного напряжения V L-L в вольтах (В) и тока I в амперах (A):

Расчет трехфазной цепи на основе показаний счетчика реальной мощности P в киловаттах (кВт), между фазой и нейтралью V L-N в вольтах (В) и током I в амперах (A):

Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности — это регулировка электрической цепи для изменения коэффициента мощности около 1.

Коэффициент мощности, близкий к 1, снизит реактивную мощность в цепи, и большая часть мощности в цепи будет реальной. Это также снизит потери в линиях электропередач.

Коррекция коэффициента мощности обычно выполняется путем добавления конденсаторов в цепь нагрузки, если в цепи есть индуктивные компоненты, например, в электродвигателе.

Расчет коррекции коэффициента мощности

Полная мощность | S | в вольт-амперах (ВА) равно напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (А):

Реактивная мощность Q в вольт-амперах реактивной (VAR) равна квадратному корню из квадрата полной мощности | S | в вольт-амперах (ВА) минус квадрат реальной мощности P в ваттах (Вт) (теорема Пифагора):

Реактивная мощность Q в вольт-амперах, реактивная (VAR) равна квадрату напряжения V в вольтах (В), деленному на реактивное сопротивление Xc:

Таким образом, конденсатор коррекции коэффициента мощности в Фараде (F), который следует добавить в цепь параллельно, равен реактивной мощности Q в реактивных вольт-амперах (VAR), деленной на 2π, умноженную на частоту f в Герцах (Гц), умноженную на квадрат напряжение V в вольтах (В):

Как компенсируют реактивную составляющую мощности?

Для понижения (компенсации) индуктивного характера реактивной составляющей используют введение емкостной составляющей в нагрузку, которая имеет положительный сдвиг фаз напряжения и тока (ток опережает напряжение). Реализуется это путем подключения параллельно нагрузке конденсаторов необходимой емкости. В результате происходит компенсация, и нагрузка со стороны питающей сети становится активной, с малой долей реактивной составляющей.

Компенсаторная установка на конденсаторах

Компенсаторная установка на контакторах

Важно, чтобы не происходило перекомпенсации. То есть, даже после компенсации косинус не должен быть выше 0,98 – 0,99, и характер мощности всё равно должен оставаться индуктивным. Ведь компенсация имеет ступенчатый характер (контакторами переключаются трехфазные конденсаторы).

Конденсатор компенсатора

Конденсатор компенсатора реактивной мощности

Однако, для конечного потребителя компенсация реактивной мощности не имеет особого смысла. Польза в её компенсации есть только там, где имеются длинные сети передачи, которые “забиваются” реактивной мощностью, что в итоге снижает их пропускную способность.

Поэтому компенсация реактивной мощности относится к вопросу энергосбережения – она позволяет экономить расход топлива на электростанциях, и выработку бесполезной реактивной энергии, которая в конечном счете преобразуется в тепловую энергию и выбрасывается в атмосферу.

На предприятиях учитывается и активная, и реактивная потребляемые мощности, и при составлении договора оговаривается минимальное значение коэффициента мощности, которое нужно обеспечить. Если косинус упал – включается повышающий коэффициент при оплате.

Отрицательный косинус

Из школьного курса геометрии известно, что cos (φ) = cos (-φ), то есть косинус любого угла будет положительной величиной. Но как же отличить индуктивную нагрузку от емкостной? Всё просто – электрики всех стран условились, что при емкостной нагрузке перед знаком косинуса ставится минус!

В практике пользования прибором анализа напряжения HIOKI у меня были случаи, когда значение косинуса было отрицательным. В последствии выяснилось, что была неправильно включена компенсаторная установка и произошла перекомпенсация. То есть cos φ < 0, что и должно быть, но конденсаторные установки используются неправильно, и возможны ситуации, когда напряжение в сети из-за этого может подняться.

Определение коэффициента мощности

Коэффициент мощности равен реальной или истинной мощности P в ваттах (Вт), деленной на полную мощность | S | в вольт-амперах (ВА):

PF — коэффициент мощности.

P — активная мощность в ваттах (Вт).

| S | — полная мощность — величина комплексной мощности в вольт-амперах (ВА).

Расчет коэффициента мощности

Для синусоидального тока коэффициент мощности PF равен абсолютному значению косинуса фазового угла полной мощности φ (который также является фазовым углом импеданса):

PF = | cos φ |

PF — коэффициент мощности.

φ — фазовый угол дополнительной мощности.

Реальная мощность P в ваттах (Вт) равна полной мощности | S | в вольт-амперах (ВА), умноженных на коэффициент мощности PF:

P (W) = | S (VA) | × PF = | S (VA) | × | cos φ |

Когда в цепи имеется резистивная импедансная нагрузка, активная мощность P равна полной мощности | S | а коэффициент мощности PF равен 1:

PF (резистивная нагрузка) = P / | S | = 1

Реактивная мощность Q в вольт-амперах реактивной (VAR) равна полной мощности | S | в вольт-амперах (ВА), умноженных на синус фазового угла φ :

Расчет однофазной цепи на основе показаний счетчика реальной мощности P в киловаттах (кВт), напряжения V в вольтах (В) и тока I в амперах (A):

Расчет трехфазной цепи на основе показаний счетчика реальной мощности P в киловаттах (кВт), межфазного напряжения V L-L в вольтах (В) и тока I в амперах (A):

Расчет трехфазной цепи на основе показаний счетчика реальной мощности P в киловаттах (кВт), между фазой и нейтралью V L-N в вольтах (В) и током I в амперах (A):

Что такое коэффициент мощности (power factor, PF)

Для синусоидального тока и напряжения (линейная нагрузка, например, утюг, электродвигатель, трансформатор, конденсаторные батареи):
PF = P/S = cosφ,
где,
PF — коэффициент мощности.
P — Потребляемая (полезная, активная) мощность. P=UIcosφ. Измеряется в ваттах (Вт, международное W)
S — Полная мощность. S = UI. Измеряется в Вольт-амперах (ВА, или международное VA).
φ — Угол сдвига фаз между током и напряжением, созданный реактивными элементами нагрузок (обмотки электродвигателей, трансформаторов, электромагнитов), в зависимости от значения этого угла (емкостная или индуктивная нагрузка) PF может характеризоваться как опережающий или отстающий.

Коэффициент мощности при нелинейных нагрузках

Реактивная составляющая даёт только один из видов нелинейных искажений (фазовый сдвиг). Однако коэффициент мощности реагирует на любую нелинейность нагрузки (нелинейность ВАХ), когда ток меняется непропорционально приложенному напряжению. Например, коэффициент мощности нагрузки, которая представляет собой последовательно соединённые диод и обычный резистор, составляет около 0,71. Здесь нет никакой реактивной нагрузки, просто нелинейная ВАХ диода приводит к уменьшению коэффициента мощности.
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).
Некоторые нагрузки могут значительно искажать и форму напряжения.
В случае несинусоидального тока уже следует рассматривать неактивную мощность, состоящую (как минимум) из реактивной и мощности искажения (зависит от коэффициента искажения кривой тока).

PF большинства потребителей меняется в зависимости от их режима работы (как правило он меньше на холостом ходу и выше при номинальной нагрузке)

Коэффициент мощности в чем измеряется

  • Работа в компании
  • Закупки
  • Библиотека
  • Охрана труда
  • Рус / Eng
  • О заводе
  • Каталог
  • Установки компенсации реактивной мощности
  • Регулируемые конденсаторные установки КРМ (АУКРМ) — 0,4 кВ
  • Нерегулируемые конденсаторные установки КРМ (УКРМ ) — 0,4 кВ
  • Тиристорные конденсаторные установки КРМТ (АУКРМТ) — 0,4 кВ
  • Комплектующие для конденсаторных установок
  • Серия PSPE1 (однофазные конденсаторы)
  • Серия PSPE3 (трехфазные конденсаторы)
  • Конденсаторы серии AFC3
  • Конденсаторы серии FA2
  • Конденсаторы серии FA3
  • Конденсаторы серии FB3
  • Конденсаторы серии FO1
  • Конденсаторы серии PO1
  • Конденсаторы серии SPC
  • Серия K78-99 (пластиковый корпус)
  • Серия К78-99 A (алюминиевый корпус)
  • Серия К78-99 AP2 (взрывозащищенный)
  • Серия К78-98 (пластиковый корпус)
  • Серия К78-98 A (алюминиевый корпус)
  • Серия К78-98 АР2 (взрывозащищенный)

rezident

• офис: с 9 00 до 17 30
• склад: с 9 00 до 17 00

+7 (925) 517-34-27 (отдел продаж);

+7 (495) 744-31-71 (отдел продаж);
+7 (926) 673-77-58 (отдел персонала).

  • Охрана труда
  • Установки компенсации реактивной мощности
  • Регулируемые конденсаторные установки КРМ (АУКРМ) — 0,4 кВ
  • Нерегулируемые конденсаторные установки КРМ (УКРМ ) — 0,4 кВ
  • Тиристорные конденсаторные установки КРМТ (АУКРМТ) — 0,4 кВ
  • Комплектующие для конденсаторных установок
  • Серия PSPE1 (однофазные конденсаторы)
  • Серия PSPE3 (трехфазные конденсаторы)
  • Конденсаторы серии AFC3
  • Конденсаторы серии FA2
  • Конденсаторы серии FA3
  • Конденсаторы серии FB3
  • Конденсаторы серии FO1
  • Конденсаторы серии PO1
  • Конденсаторы серии SPC
  • Серия K78-99 (пластиковый корпус)
  • Серия К78-99 A (алюминиевый корпус)
  • Серия К78-99 AP2 (взрывозащищенный)
  • Серия К78-98 (пластиковый корпус)
  • Серия К78-98 A (алюминиевый корпус)
  • Серия К78-98 АР2 (взрывозащищенный)

Сертификаты
ЗАДАТЬ ВОПРОС
ЗАДАЙТЕ ВОПРОС ONLINE
на Ваши вопросы ответят профильные специалисты
ЗАДАТЬ ВОПРОС
Спасибо за интерес, проявленный к нашей Компании

  • Словарь терминов
  • Коэффициент мощности

Коэффициент мощности
Отправить другу

Коэффициентом мощности или cos φ электрической сети называется отношение активной мощности к полной мощности нагрузки расчетного участка.

cos φ = P/S, где:

  • cos φ – коэффициент мощности;
  • Р — активная мощность Вт;
  • S — полная мощность ВА;

Коэффициент мощности можно определить как расчетным путем, так и измерить специальными приборами. Только в том случае, когда нагрузка имеет исключительно активный характер, cos φ равен единице. В основном же, активная мощность меньше полной и поэтому коэффициент мощности меньше единицы.

Следует учитывать, что низкий коэффициент мощности потребителя приводит:

  • к необходимости увеличения полной мощности трансформаторов и электрических станций, а также к увеличению сечения питающих линий электропередач;
  • к понижению коэффициента полезного действия вырабатывающих и трансформирующих элементов цепи;
  • к увеличению потерь мощности и напряжения в проводах. При одних и тех же значениях мощности и напряжения уменьшение коэффициента мощности сопровождается увеличением тока в проводах, вследствие чего возрастают потери на нагрев, что, в свою очередь, приводит к падению напряжения в сети;

Чем меньше коэффициент мощности сети, тем менее загружена сеть активной мощностью и тем меньше коэффициент полезного действия использования сети. В связи с этим необходимо, чтобы как можно большую часть в полной мощности составляла именно активная мощность, а не реактивная, в этом случае коэффициент мощности будет ближе к единице.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?
или заполните простую форму

Чтобы лучше понять данный вопрос, давайте рассмотрим причины низкого коэффициента мощности:

  • Недогрузка асинхронных электродвигателей. Потребляемая активная мощность уменьшается пропорционально нагрузке, а реактивная мощность изменяется меньше;
  • Неправильный выбор типа электродвигателя. Двигатели быстроходные и большой мощности имеют более высокий коэффициент мощности, чем тихоходные и маломощные;
  • Повышение напряжения в сети. Ведет к увеличению намагничивающего тока индуктивных потребителей реактивной составляющей полного тока;

Для увеличения коэффициента мощности можно:

  • изменить мощность и тип устанавливаемых электродвигателей;
  • увеличить загрузку электродвигателей в процессе работы;
  • уменьшить время работы в холостом режиме оборудования потребляющего индуктивную мощность;
  • установить установку компенсации реактивной мощности с конденсаторами производства «Нюкон»;

Преимущества использования конденсаторных установок «Нюкон» для компенсации реактивной мощности

  • малые удельные потери активной мощности установками КРМ (собственные потери косинусных конденсаторов напряжением 0,4 кВ не превышают 0,5 Вт на 1000 ВАр);
  • отсутствие вращающихся частей;
  • удобный монтаж и надежные эксплуатационные характеристики;
  • возможность выбора любого необходимого шага компенсации реактивной мощности;
  • возможность установки и подключения в необходимой точке электросети;
  • отсутствие шума во время работы;
  • малые эксплуатационные затраты;
  • хорошая цена.

Если Вы желаете купить конденсаторную установку или узнать цену на установки компенсации реактивной мощности, позвоните по телефону указанному ниже или заполните приведенную форму. В этом случае, в ближайшее время мы с Вами свяжемся для уточнения особенностей Вашего проекта, необходимых для расчета стоимости КРМ

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий