Фактор на мощността

от Уикипедия, свободната енциклопедия

Табела за ремонт

Тази статия се нуждае от подобрение.

Необходимо е: форматиране, да се дадат източници, че този термин се използва и на български. Да се дадат източници на български и на английски. Да се редактира от човек с познания в областта на физиката. Напр: изречението „част от нея само циркулира напред-назад“ не е като изкарано от учебник по физика. Ако желаете да помогнете на Уикипедия, просто щракнете на редактиране и нанесете нужните корекции.


За информацията в тази статия или раздел не са посочени източници.
Имайте предвид, че това може да стане причина за изтриването на информацията или за предлагането за изтриване на цялата статия.

Фактор на мощността (понякога се бележи с cos(φ)) е величина в променливо-токовите електрозахранващи системи, дефинирана като отношението на активната мощност към привидната (пълната) мощност и е число между 0 и 1. Активната мощност е тази, която „работи“ (извършена работа за единица време). Привидната мощност е равна на произведението между напрежението и тока. Подаваната към товара енергия обикновенно не се използва напълно от консуматорите, част от нея само циркулира напред-назад. Това е т.нар. реактивна енергия. Товарите(консуматорите) с нисък фактор на мощността увеличават загубите в електроразпределителните системи.

За улеснение ще заместваме от тук нататък „фактор на мощността“ с „ФМ“

[редактиране] Обяснение

Моментната и средна мощност изчислена за променливи напрежение и ток с фактор на мощността (φ = 0, cosφ = 1)
Моментната и средна мощност изчислена за променливи напрежение и ток с фактор на мощността (φ = 0, cosφ = 1)
Моментната и средна мощност изчислена за променливи напрежение и ток с фактор на мощността (φ = 90, cosφ = 0)
Моментната и средна мощност изчислена за променливи напрежение и ток с фактор на мощността (φ = 90, cosφ = 0)
Моментната и средна мощност изчислена за променливи напрежение и ток с фактор на мощността (φ = 45, cosφ = 0.71)
Моментната и средна мощност изчислена за променливи напрежение и ток с фактор на мощността (φ = 45, cosφ = 0.71)

В чисто активни вериги, напрежението и токът са „в крачка“ (в фаза), сменяйки посоката си в едно и също време за всеки един цикъл на синусоидата. Където имаме реактивни товари във веригата (кондензатори или намотки), съхранената (загубената) енергия в тях води до времева разлика между тока и напрежението отразена на синусоидалната графика. Една верига с нисък ФМ следователно ще има по-голямо потребление на енергия за една и съща работа от една верига с по-висок такъв.

Електрически вериги съдържащи чисто активни елементи (лампи с нажежаема спирала, радиатори, фурни и др.) имат фактор на мощността 1,0. Вериги съдържащи индуктивни или капацитивни елементи (дросели, двигатели и др.) често имат фактор на мощността под 1,0. Например, в осветителни електрически вериги, в които има луменисцентни лампи например фактора на мощността е 0,4 - 0,6. Вериги с фактор над мощността над 0,9 се считат за високо ефективни.

Значимостта на фактора на мощността се обуславя от това, че енергоснабдителните компании снабдяват клиентите с привидната мощност, а сметките се изчисляват на база активната мощност. Фактор на мощността под единица изисква от доставчиците на електроенергия да осигурят повече привидна мощност за да осигурят необходимата активна мощност необходима на клиентите. Това от своя страна увеличава разходите на енергоснабдителя. Добрият фактор на мощността се счита този по-голям от 0,85. Заради това доставчиците на електроенергия прилагат допълнителни сметки за потребители, които имат фактор на мощността под определен от тях лимит.

Променливо-токовите мрежи имат мощност състояща се от три компонента:

  • активна мощност (P), измервана във ватове (W);
  • привидна мощност (S), измервана в волт-ампери (VA); и
  • реактивна мощност (Q), измервана във волт-ампер реактивен (VAr).

Факторът на мощността се определя като:

\cos(\phi) = \frac{P}{S}.

В случай на перфектна синусоидална форма, P,Q и S могат да бъдат изразени във вид на векторен триъгълник:

S^2\,\! = {P^2\,\!} + {Q^2\,\!}

Ако φ е фазовият ъгъл между тока и напрежението, тогава факторът на мощността е cosφ, и:

 P = S \left|\cos\phi\right| .

По определение, факторът на мощността е число между 0 и 1. Когато факторът на мощността е равен на 0, енергийният поток е изцяло реактивен, и съхранената енергия в товара се връща към източника във всеки един цикъл. Когато факторът на мощността е 1, цялата подадена енергия се изразходва от консуматора.

Ако един чисто активен товар е свързан към източник, токът и напрежението ще променят полярността си заедно, т.е. факторът на мощността ще е единица, и електрическата енергия ще тече в едно направление през цикъла. Индуктивни товари такива като трансформатори и електродвигатели генерират реактивна мощност с ток водещ по фаза напрежението. Двата типа товари ще съхраняват енергия през част от цикъла, която ще се съхранява магнитното или електрическо поле, само за да върне отново тази енергия обратно към източника през останалия период от цикъла.

Например, за да получим 1 киловат (kW) активна мощност ако факторът на мощността е единица, 1 киловолт-ампер (kVA) привидна мощност трябва да бъде пренесена (1 kW ÷ 1 = 1 kVA). При ниски стойности на фактора, повече привидна мощност ще трябва да се пренесе за да се получи същата активна мощност. За да се вземе 1 киловат активна мощност при 0,2 фактор на мощността 5 kVA привидна мощност ще е необходимо да бъде пренесена (1 kW ÷ 0,2 = 5 kVA).

Много често е възможно да се промени факторът на мощността на една система до много близо до единица. Тази практика е известна като корекция (компенсация) на фактора на мощността и се постига чрез включване или изключване на шкафове с индуктивности или кондензаторни батерии. Например индуктивният ефект на двигателни товари може да бъде компенсиран с местно свързани кондензаторни батерии (капацитети).

Загубите на енергия в преносните линии се увеличава с увеличаването на тока. Където товарът има фактор на мощността под 1, е необходим по-голям ток, за да се пренесе същото количество полезна енергия. Доставчиците на електроенергия изискват индустриалните и търговските клиенти да повишават фактора на мощността на товарите си в рамките на определени норми или биват глобявани. В този смисъл факторът на мощността е от особено значение за всеки един голям консуматор на електроенергия.

[редактиране] Не-синусоидални съставки

В мрежи имащи само синусоидални токове и напрежения, фактора на мощността възниква само от разликата в фазата между тока и напрежението. Това обикновено става като се изключат от сметката хармоничните съставки. Понякога обаче е необходимо и тяхното включване. В практическите енергийни системи се съдържат товари като: изправители, някой видове електрическо осветление, електродъгови пещи, заваръчна апаратура, импулсни захранвания и др.

Практически важен пример са милионите персонални компютри, които имат импулсни захранвания с мощност 110 до 500 вата. Тезните захранвания имат много високо съотношение на максималния към средния ток и предизвикват големи смущения в захранването, а от там и в фактора на мощността.

Регулаторните агенции такива като Евроопейската комисия определя лимити за хармониците като метод за увеличаване на фактора на мощността. Стойността на влошаващите качеството на електроенергията съставки ускори възприемането и изпълнението на два различни метода. Нормално, това се изпълнява с добавянето на серия от индуктори (тъй наречената пасивна корекция на ФМ) или добавянето на усилващ преобразувател, който въздейства на синусоидалния вход (така наречената активна корекция на ФМ . Например, в пасивна корекция на ФМ може да се постигне ФМ от около 0,7 до 0,75, с активна корекция до 0,99, докато без никаква корекция на ФМ тя ще е около 0,55 до 0,65.

В съответствие със сегашния европейски стандарт EN61000-3-2 всички импулсни захранвания с изходяща мощност над 75W(вата) трябва да имат поне пасивна корекция на ФМ.

Един типичен мултиметър би дал некоректни показания ако се опитаме да измерим тока на консуматор на един не-синусоидален товари след това да изчислим ФМ. Такъв един уред би ни позволил да изчислим единствено привидната мощност на товара. За да измерим активната или реактивната мощност ще ни е необходим ватметър конструиран да работи коректно с не-синусоидални величини.

Тази страница, частично или изцяло, представлява превод на страницата Power factor от сайта http://en.wikipedia.org. Оригиналната страница, както и този превод, са защитени от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, за да видите списъка на съавторите.