Kosinus phi u elektrotehnici je ... Čimbenik snage

Faktor snage ili kosinus u elektrotehnici je omjer aktivne snage P (W) do ukupnog S (VA): cos (phi) = P / S. Označava koliko učinkovito ovaj uređaj koristi električnu energiju.

Idealno opterećenje

Da biste objasnili fizikalnu vrijednost faktora snage, razmotrite primjer izračuna kosinusne točke za različite potrošače. Pretpostavimo da je idealni kondenzator povezan s AC vodom. Kako izmjenični napon kontinuirano mijenja polaritet, kondenzator će biti napola napunjen, a polovina će vratiti pohranjenu energiju natrag u izvor. Kao rezultat toga, elektroni će stalno kružiti u liniji, ali neće biti neto prijenos energije. Dakle, u vodiču će biti napona i struja, ali neće biti aktivne snage. Proizvod U na I naziva se zamišljenom snagom, jer je jednostavno matematički broj koji nema stvarni fizički smisao. U ovom primjeru faktor snage je 0.

Slično tome, izračunavanje cosine phi za jedan idealni induktor rezultirat će cos (phi-) = 0, osim što će njegova struja zaostajati za naponom.

Sada razmotrite suprotni ekstremni slučaj buntovnog opterećenja. U tom se slučaju sve isporučene električne energije troše i pretvaraju u druge vrste energije, kao što je toplina. Ovo je primjer kada je kosinus phi u električaru 1. Svi pravi krugovi djeluju negdje između tih dviju krajnosti.

Vektorska matematika

Kada sinusoidalni analizu signala krugovi mogu biti predstavljeni kompleksnog broja (koji se naziva vektor), koja je proporcionalna modula signala i njegova je fazni kut u odnosu na neke reference. U linearnim shemama faktor snage je cos cos cos. U elektrotehnici ovo je kut između faza napona i struje. Ovi vektori i njihove odgovarajuće aktivne i reaktivne komponente moći mogu biti predstavljene u obliku pravokutnog trokuta. Naravno, napon je električno polje, a struja je tok elektroni, pa takozvani kut između njihovih vektora nije ništa više od matematičke vrijednosti. Dogovorili smo se da induktivni teret stvara pozitivan reaktivna snaga Q (izmjereno u V-ampere reaktivnom, VAp). To je zbog takozvanog "odgođenog" koeficijenta jer struja zaostaje od napona. Slično tome, kapacitivni teret stvara negativni Q i "vodeći" lambda-.

Nelinearna izobličenja

Induktori i kondenzatori nisu jedini razlozi niske kosine phi. U elektrotehnici to je uobičajeno, kada su (s iznimkom idealnih R, L i C) električni krugovi nelinearni, posebice zbog prisutnosti aktivnih komponenti kao što su ispravljači. U takvim sustavima, struja I (t) nije proporcionalna napona V (t), čak i ako je ova posljednja čisti sinusni val, kao I (t) će se periodično, ali ne sinusna. Prema Fourierovom teoremu, svako periodično djelovanje je zbroj sinusoidalnih valova s ​​frekvencijama koje su višekratnici originalnog. Ovi valovi nazivaju se harmonici. Može se pokazati da oni ne pridonose prijenosu čiste energije, već povećavaju struju i smanjuju koeficijent lambda-. Kada je napon sinusoidno, samo prvi harmonijski I₁ će pružiti stvarnu snagu. Međutim, njegova veličina ovisi o faznom pomaku između struje i napona. Ove se činjenice odražavaju u općoj formuli za izračun faktora snage: lambda- (I₁/ I) × cos (phi). Prvi izraz u ovoj jednadžbi je izobličenje, a drugi izraz je pristranost.

Aktivna i pasivna naknada

Ispravak kosinus fi u elektro - je bilo koja tehnika povećati faktor snage od 1. Općenito, cos (phi-) može varirati od 0 do 1. Što je veći faktor snage je učinkovitije korištenje električne energije. Uzroci nesavršenosti su izobličenja i fazni pomak između napona i strujnih harmonika iste frekvencije. Stoga postoje dvije glavne kategorije metoda ispravljanja faktora snage.

Harmonijsko izobličenje uzrokovano je nelinearnim komponentama, kao što je ispravljački most u DC napajanju, koji je izravno povezan s velikim kondenzatorskim kondenzatorom. Oni se mogu prilagoditi u fazi projektiranja napajanja uvođenjem različitih pasivnih ili aktivnih kompenzacijskih krugova. Glavni izvor faznog pomaka U-I su industrijski asinkroni motori, koji sa stanovišta sklopa imaju induktivno opterećenje. Kosinus motora (koji pri brzini praznog hoda pada na 0,1) može se povećati dodavanjem vanjskih kompenzatorskih kondenzatora. U tom se slučaju moraju postaviti što je moguće bliže teretu kako bi se izbjegla cirkulacija reaktivne snage na mjesto njihove implementacije.

Kompenzacija aktivne reaktivne snage koristi aktivne elektroničke sklopove s povratnim informacijama, koji omogućuju ravnodušnost oblika ispravljene strujne krivulje.

Nelinearni uređaji proizvode harmonijske oscilacije s frekvencijom ƒ = 1 / (2pi-radic-LC). Ako se podudara s jednim od harmonika, onda će se intenzivirati, što može dovesti do različitih posljedica, uključujući katastrofalne. Kako bi se to izbjeglo, mali induktor je povezan u seriju s kompenzacijskim kondenzatorom koji tvori tzv. skretni harmonijski filtar.

Što za povećati omjer moć?

Postoji nekoliko razloga za podešavanje cos of fi za različite potrošače. Poznato je kada lambda- < 1, izmjenične struje cirkuliraju u liniji, koje ne prenose aktivnu snagu, već izazivaju rasipanje topline u ožičenju, stvaraju dodatno opterećenje generatora i zahtijevaju elektroenergetsku opremu veće veličine. Zbog toga elektroprivrede tvrtke mogu naplatiti veće naknade velikim kupcima. lambda- < 0,95, naplaćeno za puni kapacitet ili novčano kažnjeno za prekoračenje reaktivnih. Dakle, za industrijski objekt, naknada imaginarne komponente može biti korisna.

korekcija lambda - u kući

Što se tiče elektronike, postoje pravila koja ograničavaju harmonike koje donose kućanski aparati (računala, televizori, itd.) Na mrežu. Unatoč nepostojanju međunarodnih standarda koji izravno reguliraju faktor snage, njegovo ispravljanje automatski smanjuje harmonijsko izobličenje. Dakle, za programere napajanja, glavni razlog povećanja kosinusnog transformatora je zadovoljavanje specifičnih zahtjeva za sadržaj harmonika, čak i ako ne može dati nikakve izravne koristi bilo proizvođaču niti korisniku.

U svakodnevnom životu je niska lambda- smanjuje propusnost vodiča i prekidača strujnog kruga. Pored toga, suprotno rasprostranjenom zabludu osoba nepoznatim osnovama elektrotehnike, vlasnici kuće i potrošači ne koriste korekciju faktora snage.

Imaginarne prednosti

Neke "uređaje" se nude putem Interneta, čiji prodavači tvrde da će smanjiti račune za struju podešavanjem faktora snage u kućnoj električnoj mreži. Oglašavani su pod različitim nazivima. S tim u vezi, potrošači često pitaju hoće li se smanjiti naknada jalove snage za račune za struju? Doista, ispravak lambda- smanjuje potrošnju ukupne struje i time smanjuje Q. Međutim, trenutno u stambenim objektima ne naplaćuje se jalova snaga. Poznavanje osnova elektrotehnike izbjegava sudbinu žrtava takve prijevare.

Moram li nadoknaditi Q?

Potrošači plaćaju samo aktivnu energiju, tj. Za kilovat sata, i to je jedina stvar koju staromodni rotirajući brojači mogu mjeriti. Tehnički, smanjenje reaktivne komponente neznatno će smanjiti gubitak kabela između komunalnog brojača i priključne točke kompenzatora imaginarne snage, ali taj učinak je zanemariv. Uglavnom, poboljšanje koeficijenta lambda- i smanjenje zamišljene struje praktički ne utječe na očitanje brojila. Teoretski, situacija će se promijeniti ako interne tarife uključuju naknadu za kilovolt-amper-sati mjereno modernim metara, ali to je malo vjerojatno. Naravno, korisno je za električne tvrtke smanjiti Q, ali prvo morate odrediti pokazatelje kućnog opterećenja, kako ne biste učinili više zla nego što je dobro.

Trebate li ugrađene širine zglobova?

Iz istih razloga nema smisla kupiti tehniku ​​s ugrađenom korekcijom faktora snage. Zapravo, aktivni sustav naknada čak povećava troškove zbog dodavanja faze pretvorbe. Dakle, s drugim stvarima koji su jednaki, potrošnja električne energije može se povećati. Međutim, korekcija faktora snage u elektronici daje određene tehničke prednosti. Konkretno, to povećava broj wata koji se mogu izvući iz utičnice. Druga prednost je što uređaji mogu raditi na bilo kojem naponu (115 ili 230 V). Ali vrijedi li vam dodatnu naknadu?