Kosinus phi v elektrotehniki je ... Faktor moči

Faktor moči ali kosinus fi v elektrotehniki je razmerje med aktivno močjo P (W) in skupnim S (VA): cos (phi-) = P / S. Navede, kako učinkovito ta naprava uporablja električno energijo.

Idealna obremenitev

Za razlago fizične vrednosti faktorja moči upoštevajte primer izračunavanja kosinusa fi za različne potrošnike. Recimo, da je idealen kondenzator priključen na omrežje AC. Ker izmenična napetost nenehno spreminja polarnost, bo kondenzator napolnjen do polovice in pol vrnil shranjeno energijo nazaj na vir. Posledično bodo elektroni v liniji nenehno krožili, vendar ne bo nobenega prenosa energije. Torej, v vodniku bo napetost in tok, vendar ne bo aktivne moči. Produkt U na I se imenuje imaginarna moč, ker je preprosto matematična številka, ki nima resničnega fizičnega pomena. V tem primeru je faktor moči 0.

Podobno bo izračun kosinusa phi za en sam idealni induktor povzročil cos (phi-) = 0, le da bo njen tok zaostajal za napetostjo.

Zdaj upoštevajte nasprotni ekstremni primer uporovnega bremena. V tem primeru se vsa porabljena električna energija porabi in pretvori v druge vrste energije, kot je toplota. To je primer, ko je kosinus phi pri električarju 1. Vsa realna vezja delujejo nekje med tema dvema skrajnostima.

Vektorska matematika

Pri analizi verig sinusni signal lahko predstavlja kompleksno število (imenovano vektor), katerega modul je sorazmeren z velikostjo signala in kot je enak fazi glede na neko referenco. V linearnih shemah je faktor moči kosinus cos. V elektrotehniki je to kot med fazama napetosti in toka. Te vektorje in njihove ustrezne aktivne in reaktivne komponente moči so lahko predstavljene v obliki pravokotnega trikotnika. Seveda je napetost električno polje, tok pa je tok elektrona, zato je tako imenovani kot med njihovimi vektorji nič več kot matematična vrednost. Dogovorili smo se, da induktivna obremenitev ustvari pozitivno reaktivna moč Q (merjeno v volt-amper-reaktivnem, VAp). To je posledica tako imenovanega "zakasnjenega" koeficienta, ker tok zaostaja za napetostjo. Podobno kapacitivno obremenitev ustvari negativen Q in "vodilni" lambda-.

Nelinearno popačenje

Induktorji in kondenzatorji niso edini razlogi za nizek kosinus phi. V elektrotehniki je to pogosto, kadar (razen z idealnimi R, L in C) so električna vezja nelinearna, zlasti zaradi prisotnosti aktivnih komponent, kot so usmerniki. V takih tokokrogih tok I (t) ni sorazmeren napetosti V (t), tudi če je slednja čista sinusoidna, ker je I (t) periodičen, vendar ne sinusoiden. Po Fourierovem izreku je vsaka periodična funkcija vsota sinusoidnih valov s frekvencami, ki so večkratniki prvotne. Ti valovi se imenujejo harmoniki. Lahko se pokaže, da ne prispevajo k prenosu čiste energije, temveč povečajo tok in zmanjšajo koeficient lambda-. Ko je napetost sinusoidna, samo prva harmonika I₁ bo zagotovila dejansko moč. Vendar pa je njegova velikost odvisna od faznega prehoda med tokovno in napetostjo. Ta dejstva se odražajo v splošni formuli za izračun faktorja moči: lambda- = (I₁/ I) × cos (phi-). Prvi izraz v tej enačbi je izkrivljanje, drugi izraz pa pristranskost.

Aktivno in pasivno nadomestilo

Popravek kosinusa phi v elektrotehniki je katera koli tehnika povečanja faktorja moči na 1. Na splošno se cos (phi-) lahko spreminja od 0 do 1. Višji faktor moči, bolj učinkovita je električna energija. Vzroki neskladja so izkrivljanja in fazni premiki med napetostnimi in tokovnimi harmoniki iste frekvence. Zato obstajata dve glavni kategoriji metod korekcije faktorja moči.

Harmonično popačenje povzročajo nelinearne komponente, kot je mostov usmernikov v napajalnikih DC, ki so neposredno priključeni na velik skladiščni kondenzator. V fazi načrtovanja napajanja se lahko prilagajajo z uvedbo različnih pasivnih ali aktivnih kompenzacijskih krogov. Glavni vir faznega premika U-I so industrijski asinhroni motorji, ki imajo s stališča vezja induktivno obremenitev. Kosinus motorja (ki se pri hitrosti prostega teka pade na 0,1) se lahko poveča z dodajanjem zunanjih kompenzacijskih kondenzatorjev. V tem primeru morajo biti nameščeni čim bliže obremenitvi, da se prepreči kroženje reaktivne moči na mesto njihovega uvajanja.

Kompenzacija aktivne reaktivne moči uporablja aktivna elektronska vezja z povratnimi informacijami, ki izravnajo obliko krivulje popravljene krivulje.

Nelinearne naprave ustvarjajo harmonične oscilacije s frekvenco ƒ = 1 / (2pi-radik-LC). Če sovpada z enim izmed harmonikov, se bo to okrepilo, kar lahko privede do različnih posledic, tudi katastrofalnih. Da bi se temu izognili, je manjši induktor povezan s kompenzacijskim kondenzatorjem, ki tvori tako imenovano. premikanje harmoničnega filtra.

Za kaj povečajte razmerje moč?

Obstaja več razlogov za prilagoditev serije fi za različne potrošnike. Znano je, kdaj lambda- < 1, izmenični tokovi krožijo v liniji, ki ne prenašajo aktivne moči, ampak povzročajo toplotno odvajanje v ožičenju, ustvarjajo dodatno obremenitev generatorjev in zahtevajo elektrogeneratorsko opremo večje velikosti. Zato lahko podjetja za električno energijo zaračunavajo velike stroške velikim kupcem. lambda- < 0,95, zaračunana za polno zmogljivost ali kaznovana za preseganje reaktivne. Tako lahko za industrijski objekt koristno nadomestilo imaginarne komponente.

Popravek lambda- v domu

Kar zadeva elektroniko, obstajajo pravila, ki omejujejo harmonike, ki jih gospodinjski aparati (osebni računalniki, televizije itd.) Prenašajo v omrežje. Kljub odsotnosti mednarodnih standardov, ki neposredno regulirajo faktor moči, njegova korekcija samodejno zmanjša harmonično popačenje. Tako je za razvijalce oskrbe z električno energijo glavni razlog za povečanje kosinusa transformatorja, da zadovolji posebno zahtevo za vsebino harmonikov, tudi če ne more prinesti nobenih neposrednih koristi proizvajalcu ali uporabniku.

V vsakdanjem življenju je nizka lambda- zmanjšuje pretok prevodnikov in odklopnikov. Poleg tega v nasprotju s široko napačno zasnovo oseb, ki niso seznanjene z osnovami elektrotehnike, lastniki stanovanj in potrošniki nimajo koristi od popravka faktorja moči.

Imaginarne koristi

Številni "pripomočki" se ponujajo prek interneta, katerih prodajalci trdijo, da bodo znižali račune za električno energijo s prilagoditvijo faktorja moči v domačem električnem omrežju. Oglašujejo jih pod različnimi imeni. V zvezi s tem potrošniki pogosto sprašujejo, ali se bo nadomestilo za reaktivno moč za račune za električno energijo zmanjšalo? Dejansko je popravek lambda - zmanjšuje porabo celotnega toka in s tem zmanjšuje Q. Vendar se trenutno v stanovanjskih hišah ne zaračunava reaktivna moč. Poznavanje osnov elektrotehnike se izogne ​​usodi žrtev takšne prevare.

Ali moram nadomestiti Q?

Potrošniki plačajo samo za aktivno energijo, tj. Za kilovatne ure, in to je edino, ki lahko stari modni rotacijski števci merijo. Tehnično bo zmanjšanje reaktivne komponente nekoliko zmanjšalo izgubo kablov med števcem javnih služb in priključno točko kompenzatorja namišljene moči, vendar je ta učinek zanemarljiv. Na splošno izboljšanje koeficienta lambda- in zmanjšanje imaginarnega toka praktično ne vpliva na odčitavanje števca. Teoretično se bo položaj spremenil, če bodo notranje tarife vključevale pristojbino za kilovolt-amperne ure, merjene s sodobnimi števci, vendar to ni verjetno. Seveda je koristno, da električna podjetja zmanjšajo Q, vendar najprej morate določiti kazalnike domače obremenitve, da ne bi naredili več škode kot dobrega.

Potrebujete vgrajene dilatacijske spoje?

Zaradi enakih razlogov ni smiselno kupiti tehnike z vgrajenim korekcijo faktorja moči. Dejansko aktivni odškodninski sistem celo poveča stroške zaradi dodajanja faze preusmeritve. Tako se lahko z drugimi stvarmi enakomerno poveča poraba električne energije. Vendar korekcija faktorja moči v elektroniki daje določene tehnične koristi. Zlasti to poveča število vatov, ki jih je mogoče izvleči iz vtičnice. Druga prednost je, da lahko naprave delujejo pri kateri koli napetosti (115 ali 230 V). Ampak ali je vredno dodatne pristojbine?