Коэффициент мощности это – Коэффициент мощности (PF= power factor, cos φ, косинус фи ), Полная (кажущаяся), активная и реактивная мощность электродвигателя=электромотора и не только его. Одно- и трехфазные нагрузки

Содержание

Коэффициент мощности — это… Что такое Коэффициент мощности?

Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) синфазны — между ними нет фазового сдвига (, ) — нагрузка полностью активная, нет реактивной составляющей. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны с коэффициентом мощности, равным 1. Как видно, синяя линия (график мгновенной мощности) находится полностью над осью абсцисс (в положительной полуплоскости), вся подводимая энергия преобразуется в работу: переходит в активную мощность, потребляемую нагрузкой. \cos\varphi=1 Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) имеют фазовый сдвиг () — нагрузка полностью реактивная, нет активной составляющей. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны с коэффициентом мощности, равным 0. Расположение синей линии (графика мгновенной мощности) на оси абсцисс показывает, что в течение первой четверти цикла вся подводимая мощность временно сохраняется в нагрузке, а во второй четверти цикла возвращается в сеть, и так далее, то есть никакой активной мощности не потребляется, полезной работы в нагрузке не совершается. \cos\varphi=0
Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) имеют фазовый сдвиг () — нагрузка имеет и активную, и реактивную составляющие. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны из переменного напряжения и тока с коэффициентом мощности, равным 0,71. Расположение синей линии (графика мгновенной мощности) под осью абсцисс показывает, что некоторая часть подводимой мощности всё же возвращается в сеть в течение части цикла, отмеченного φ.

Коэффицие́нт мо́щности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Можно показать, что если источник синусоидального тока (например, розетка ~220 В, 50 Гц) нагрузить на нагрузку, в которой ток опережает или отстаёт по фазе на некоторый угол от напряжения, то на внутреннем активном сопротивлении источника выделяется повышенная мощность. На практике это означает, что при работе на нагрузку со сдвинутыми напряжением и током от электростанции требуется больше энергии; избыток передаваемой энергии выделяется в виде тепла в проводах и может быть довольно значительным.

Равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения). В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (В∙А) вместо ватта (Вт).

Согласно неравенству Коши—Буняковского, активная мощность, равная среднему значению произведения тока и напряжения, всегда не превышает произведение соответствующих среднеквадратических значений. Поэтому коэффициент мощности принимает значения от нуля до единицы (то есть от 0 до 100 %).

Коэффициент мощности математически можно интерпретировать как косинус угла между векторами тока и напряжения. Поэтому в случае синусоидальных напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла, на который отстают соответствующие фазы.

В электроэнергетике для коэффициента мощности приняты обозначения cos φ (где φ — сдвиг фаз между силой тока и напряжением) либо λ. Когда для обозначения коэффициента мощности используется λ, его величину обычно выражают в процентах.

При наличии реактивной составляющей в нагрузке кроме значения коэффициента мощности иногда также указывают характер нагрузки: активно-ёмкостный или активно-индуктивный. В этом случае коэффициент мощности соответственно называют опережающим или отстающим.

В случае синусоидального напряжения, если нагрузка не имеет реактивной составляющей, коэффициент мощности равен доле мощности первой гармоники тока в полной мощности, потребляемой нагрузкой, и равен коэффициенту искажений тока.

Математические расчёты

Треугольник мощностей

Коэффициент мощности необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к увеличению доли потерь электроэнергии в электрической сети в общих потерях. Чтобы увеличить коэффициент мощности, используют компенсирующие устройства. Неверно рассчитанный коэффициент мощности может привести к избыточному потреблению электроэнергии и снижению КПД электрооборудования, питающегося от данной сети.

Для расчётов в случае гармонических переменных U (напряжение) и I (сила тока) используются следующие математические формулы:

Здесь  — активная мощность,  — полная мощность,  — реактивная мощность.

Типовые оценки качества электропотребления

Коэффициент мощности позволяет судить о нелинейных искажениях, вносимых нагрузкой в электросеть. Чем он меньше, тем больше вносится нелинейных искажений. Кроме того, при одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, то есть его повышения до значения, близкого к единице.

Значение коэффициента мощности Высокое Хорошее Удовлетворительное Низкое Неудовлетворительное
cos φ 0,95…1 0,8…0,95 0,65…0,8 0,5…0,65 0…0,5
λ 95…100 % 80…95 % 65…80 % 50…65 % 0…50 %

Например, большинство компактных люминесцентных («энергосберегающих») ламп, имеющих ЭПРА, характеризуются высоким его значением.

Нелинейные искажения тока

Потребители электроэнергии с нелинейной вольт­амперной характеристикой (с коэффициентом мощности, меньшим единицы) создают ток, который меняется непропорционально мгновенному напряжению в сети (как правило, форма тока при этом отличается от синусоидальной). Соответственно искажается форма напряжения на данном участке электросети, что приводит к ухудшению качества электроэнергии. В зависимости от характера нагрузки можно выделить следующие основные виды нелинейных искажений тока: это фазовый сдвиг, вызванный реактивной составляющей в нагрузке, и несинусоидальность формы тока. Несинусоидальные искажения, в частности, имеют место, когда нагрузка несимметрична в разных полуволнах сетевого напряжения.

Несинусоидальность

Несинусоидальность — вид нелинейных искажений напряжения в электрической сети, который связан с появлением в составе напряжения гармоник с частотами, многократно превышающими основную частоту сети. Высшие гармоники напряжения оказывают отрицательное влияние на работу системы электроснабжения, вызывая дополнительные активные потери в трансформаторах, электрических машинах и сетях; повышенную аварийность в кабельных сетях; уменьшение коэффициента мощности за счёт мощности искажения, вызванной протеканием токов высших гармоник; а также ограниченное применение батарей конденсаторов для компенсации реактивной мощности.

Источниками высших гармоник тока и напряжения являются электроприёмники с нелинейными нагрузками. Например, мощные выпрямители переменного тока, применяемые в металлургической промышленности и на железнодорожном транспорте, газоразрядные лампы и др.

Ссылки

коэффициент мощности — это… Что такое коэффициент мощности?


коэффициент мощности
коэффицие́нт мо́щности

отношение активной мощности к полной. В случае синусоидального тока равен косинусу угла сдвига фаз φ между напряжением и током; определяется отношением активного сопротивления цепи (r) к полному (Z): cosφ = r/Z.

* * *

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ

КОЭФФИЦИЕ́НТ МО́ЩНОСТИ (косинус фи), отношение активной мощности к полной. В случае синусоидального тока равен косинусу угла сдвига фаз j между напряжением и током; определяется отношением активного сопротивления цепи (r) к полному (Z): cos j = r/Z.

Энциклопедический словарь. 2009.

  • коэффициент интеллектуальности
  • коэффициент материалоёмкости

Смотреть что такое «коэффициент мощности» в других словарях:

  • коэффициент мощности — Скалярная величина, равная отношению активной мощности двухполюсника к полной мощности. [ГОСТ Р 52002 2003] коэффициент мощности (цепи) Отношение активного сопротивления к полному сопротивлению при промышленной частоте в эквивалентной цепи,… …   Справочник технического переводчика

  • КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ — (косинус фи) отношение активной мощности к полной. В случае синусоидального тока равен косинусу угла сдвига фаз ? между напряжением и током; отпределяется отношением активного сопротивления цепи (r) к полному (Z): cos ? = r/Z …   Большой Энциклопедический словарь

  • Коэффициент мощности — Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) синфазны между ними нет фазового сдвига ( …   Википедия

  • коэффициент мощности

    — 1.3.24 коэффициент мощности (power factor): Отношение активной мощности и очевидной мощности конденсатора. Источник: ГОСТ Р МЭК 60252 2 2008: Конденсаторы для двигателей переменного тока. Часть 2. Пусковые конденсаторы …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • коэффициент мощности — galios koeficientas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. power factor vok. Leistungsfaktor, m rus. коэффициент мощности, m pranc. facteur de puissance, m …   Automatikos terminų žodynas

  • коэффициент мощности — galios faktorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, lygus aktyviosios ir pilnutinės galios dalmeniui. atitikmenys: angl. power factor vok. Leistungsfaktor, m; Wirkfaktor, m rus. коэффициент мощности, m pranc.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • коэффициент мощности

    — galios faktorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, skaitine verte lygus kintamosios elektros srovės elektros energijos imtuvo aktyviosios galios ir pilnutinės galios dalmeniui. atitikmenys: angl. power factor vok …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • коэффициент мощности — Коэффициент пропорциональности A в уравнении подобия N = An3D5, связывающем мощность N на ведущем валу гидропередачи, число его оборотов n и активный диаметр D …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ — отношение активной мощности к полной. В случае синусоидального тока равен косинусу угла сдвига фаз ф между напряжением и током; определяется отношением активного сопротивления цепи (r) к полному (Z): cosф = r/Z …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Коэффициент мощности

    — English: Powers factor Отношение активной мощности к полной (по ГОСТ 19880 74) Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник …   Строительный словарь

Коэффициент мощности (PF= power factor, cos φ, косинус фи ), Полная (кажущаяся), активная и реактивная мощность электродвигателя=электромотора и не только его. Одно- и трехфазные нагрузки

Коэффициент мощности (cos φ, косинус фи ), Полная (кажущаяся), активная и реактивная мощность электродвигателя=электромотора и не только его. Коэффициент мощности для однофазного и трехфазного электродвигателя. В чем отличие единиц мощности кВт и кВА?  Какие коэффициенты мощности «хорошие», а какие «плохие»?  Версия для печати.

На шильдиках многих электромоторов (электродвигателей и др. устройств) указывают активную мощность в Вт и cosφ / или λ /или PF. Что тут к чему см. ниже.

Подразумеваем,что переменное напряжение в сети синусоидальное — обычное, хотя все рассуждения ниже верны и для всех гармоник по отдельности других периодических напряжений.

Полная, или кажущаяся мощность S (apparent power) измеряется в вольт-амперах (ВА или VA, кВА или kVA) и определяется произведением переменных напряжения и тока системы. Удобно считать, что полная мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой. Генератор, должен поставить в сеть именно ее и именно поэтому мощность генератора дается в кВА.

  • угол φ -это угол между фазой напряжения и фазой тока, называемый еще сдвигом фаз, при этом, если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает его, то отрицательным
  • величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до -90° является отрицательной величиной
  • если sin φ>0, то нагрузка имеет активно-индуктивный характер (электромоторы, трансформаторы, катушки…) — ток отстает от напряжения
  • если sin φ<0, нагрузка имеет активно-ёмкостный характер — (конденсаторы…) — ток опережает напряжение
  • Все соотношения между P, S и Q определяются теоремой Пифагора и элементарными тригонометрическими тождествами для прямоугольного треугольника

Активная мощность P (active power = real power =true power) измеряется в ваттах (Вт, W)  и это та мощность, которая потребляется электрическим сопротивлением системы на тепло и полезную работу. Для с

Обсуждение:Коэффициент мощности — Википедия

В нынешней редакции говорится только об узком значении термина «коэффициент мощности» — для случая, когда нагрузка имеет только активно-реактивный характер. Нужно расширить/переработать текст, поскольку коэффициент мощности в общем случае определяется иначе и характеризует нагрузку не только (не обязательно) с точки зрения наличия реактивной составляющей! 37.192.247.194 04:29, 3 сентября 2015 (UTC)

С каких это пор нелинейные искажения и несинусоидальность имеют отношение к коэффициенту мощности? —8O8AH 14:25, 6 февраля 2010 (UTC)

«В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (В∙А), а не ватт (Вт), так как реактивная мощность, входящая в состав полной мощности, не производит никакой работы.»

Эта фраза не очень хорошая по следующим причинам:

1. Про то, что работу производит активная мощность, уже было сказано, повторять не нужно.

2. В состав полной мощности может не входить реактивная мощность (т.е. индуктивная или ёмкостная составляющие). Полная мощность может возрастать, например, из-за импульсного характера чисто активной нагрузки. Хотя это в значительной степени вопрос терминологии, но лучше более строго относиться к терминам.

3. Самое главное. Единица измерения физической величины определяется исключительно её размерностью, с которой она участвует в формулах. Если это мощность, то не важно, полезная ли это мощность или расходуемая впустую, активная или кажущаяся — она имеет размерность мощности, т.е. измеряется в ваттах. Далее, Вт = Дж/с = ВА = В^2/Ом и т.д. — это всё эквивалентные единицы измерения. Не нужно смешивать понятия физической величины и её единицы измерения. Разные физические величины (например, полная и активная мощности) могут иметь одинаковые единицы измерения. Использование вольт-ампера вместо эквивалентного этой единицы ватта сделано исключительно по соображениям удобства — чтобы не нужно было каждый раз указывать, о какой мощности идёт речь. Если бы это было не так, то отношение активной и полной мощностей не являлось бы безразмерным косинусом фи.

Поэтому, прошу прощения, но эту фразу я исправил, хотя постарался это сделать более демократично.

78.40.81.9 18:17, 9 февраля 2010 (UTC)

Нелинейные искажения связаны с коэффициентом мощности. Собственно коэффициент мощности характеризует нелинейные искажения потребляемого нагрузкой тока — чем коэффициент мощности меньше, тем меньше форма тока повторяет исходную синусоиду, форму которой имеет напряжение. Так вот, если нелинейная нагрузка в сети будет достаточно большой, то вслед за током появятся искажения и в форме напряжения — напряжение будет нелинейно «просаживаться».

78.40.81.9 18:16, 9 февраля 2010 (UTC)

Вынужден также не согласиться с концовкой фразы «Коэффициент мощности характеризует приёмник электроэнергии переменного тока, а именно — степень реактивной составляющей сопротивления нагрузки.»

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, нетрудно посчитать, что 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. Фразу исправил.

78.40.81.9 18:16, 9 февраля 2010 (UTC)


Добавьте про синхронные компенсаторы.

Компенсация реактивной мощности в бытовом секторе электрических сетей общего пользования[править код]

В последние годы нестабильность напряжения крупных электроэнергетических систем мира, связанная с ростом потребляемой мощности потребителей разных секторов экономики, привела к ряду дорогостоящих отключений подачи электроэнергии. Особенно выделяется среди них потребители электрической энергии, которые используют её в основном для бытовых нужд. Это административные здания и сооружения, учреждения и организации, в том числе бюджетные и общественные, а также население и назовем их бытовыми потребителями. Основной причиной является рост электрической мощности у данных потребителей, вызванный с освоением ими электробытовых приборов которыми насыщен рынок республики. Применение новых технологий, которые экономичны и технологически эффективны, которые улучшают жизнь людей, создают приятный колорит в быту, иногда отрицательно сказывается на качество электрической энергии и данный рост электрической мощности, также негативно сказывается на нормальное функционирование распределительных сетей, проектированные в 70-80г.г. и не рассчитанные на текущую мощность бытовых потребителей, которая продолжает стабильно расти. 213.230.99.77 14:51, 13 января 2016 (UTC) Существует старое понятие, можно так сказать закон, в среде «Бывалых» специалистов электроэнергетической системы, что «Бытовой (население) потребитель не потребляет реактивный ток». Но, это было 70-80 годы, когда у бытового потребителя всего было около 3 или 4 единиц электроприборов. На сегодняшний день у этого же потребителя количество электроприборов существенно увеличился и за счет количества увеличился и общая мощность электроприборов, пусть если они даже маломощные, но они потребляют реактивный ток, чем ранее. Ток, который негативно влияет на качество электрической энергии в общих сетях и на пропускной способности системы сетей (0,4кВ, 6-10кВ). Это микроволновые печи, кондиционеры, холодильники, телевизоры которые в режиме ожидания тоже работают, кипятильники, забытые зарядные устройства на розетках, компьютеры и т.д.. Практически все аварии и отключения подачи электроэнергии были обусловлены нарушением энергетического баланса, как по активной, так и реактивной мощности, в большей мере ответственной за стабильность напряжения на разделе сетей общего пользования и распределительных сетей потребителей электроэнергии. Именно повышенная плотность перетоко по реактивной мощности в распределительных сетях вызывает наиболее негативное в плане последствий понижение напряжения во время тяжелых условий нагрузки, что зачастую приводит к коллапсу напряжения — аномально низкому или нулевому сетевому напряжению. В этой связи исключительно важным становится проведение мероприятий по компенсации реактивной мощности у самих потребителей электроэнергии, а также у бытовых потребителей, подключенных к низковольтным сетям предприятий территориальных электрических сетей, что позволит сохранить общий баланс мощности в системе и обеспечить устойчивость сетевого напряжения. В результате реактивная мощность емкости нивелирует реактивную мощность намагничивания и сеть разгружается от перетоков реактивной мощности, что повышает ее пропускную способность и стабилизирует сетевое напряжение. Также данный метод регулирования способствует к снижению технологического расхода электрической энергии при её транспортировке. На сегодняшний день особое внимание уделяется выше приведенным вопросам и совокупно на проблемы по сокращению расходов топливно-энергетических ресурсов, путем внедрение современных энергосберегающих технологий и снижение технологического расхода электрической энергии. По статистике самые разветвлённые сети энергоснабжающих организаций являются сети напряжением 0,4кВ, 6-10кВ, доля которых от общего объема составляют более 80% и от них потребляют электрическую энергию самое большое количество потребителей. Индивидуальный их мощность очень мала, но в целом они и являются самым энергоемким потребителем. Особенно в часы пиковой нагрузки (утро и вечер) энергосистемы.

Косинус фи в электротехнике — это коэффициент можности

На бирках (шильдиках) электродвигателей обязательно указана его мощность, измеряемая в ваттах, и вот такой значок «cosφ». Что обозначает косинус фи в электротехнике – это коэффициент мощности. И определяется он соотношением мощности активной к полной. При этом чем выше данный коэффициент, то есть приближается к единице, тем лучше. Потому что в данном случае реактивная мощность будет равна нулю, а, значит, будет уменьшаться потребляемое значение, что приведет к экономии электроэнергии.

image0011

Поэтому чтобы разобраться в косинусе фи, необходимо сначала разобраться со всеми этими мощностями.

Мощности в электродвигателе

Итак, полная мощность с единицей измерения вольт-ампер (ВА) – это комплексная величина, состоящая из активной мощности (действительной) и реактивной (мнимой). Если рассматривать полный показатель по формуле, то можно это отобразить вот так:

N=√Nа²+Nр²

Или вот так:

N=IxU.

Теперь рассмотрим составляющие первой формулы. Активная мощность действует только на активных сопротивлениях, то есть она присутствует при определенных нагрузках, а, точнее сказать, когда электрический двигатель работает. Вычисляется она вот по этой формуле:

Nа=IxUxcosφ.

Что значит активное сопротивление? Здесь необходимо понимать, что в цепях переменного тока сопротивление выше, чем в цепях постоянного тока. Это связано со многими факторами. К примеру, это вихревые токи, которые образуются в цепи, это электромагнитное поле, это близость расположения проводников и так далее. Именно поэтому сопротивление в сетях переменного тока называют активным, а в сетях постоянного тока омическим.

Теперь, что касается реактивной мощностной составляющей. Во-первых, эта величина измеряется в вольт ампер реактивный (вар). Во-вторых, это своеобразная накопительная мощность, которая накапливается в проводниковых сетях, а потом отдается обратно в сеть. Кстати, эта величина может быть положительной или отрицательной.

Причинами появления реактивной составляющей могут быть приборы, которые выдают емкостную или индуктивную нагрузку. Рассчитывают этот показатель вот по этой формуле:

Nр=IxUx sinφ.

Если рассматривать полезность реактивной мощности, то она не расходуется на прямые нужды потребителя. К примеру, в электрических двигателях она не преобразуется из электрической в механическую. И хотя полезной нагрузки эта мощность не несет, без нее не может быть осуществлена полезная работа. И все же производители стараются данный показатель уменьшить, потому что повышение активной составляющей приводит к снижению реактивной, отсюда и низкий КПД оборудования или сети.

Косинус фи

Как уже было сказано выше, значение косинуса фи в электротехнике – это величина, характеризующая степень линейности нагрузки. Для нее тоже существует формула:

cosφ = Nа / (√3*U*I).

Что касается величины «cosφ», то ее увеличение преследует несколько целей.

  • Основная цель – экономия потребления электрического тока.
  • Соответственно экономия цветных металлов, которые используются в обмотках электромотора.
  • Максимальное использование полезной мощности агрегата.

Хотелось бы отметить вот какой момент – производственные электрические сети всегда находятся в недогруженном состоянии. Почему? Все дело в том, что не все электродвигатели постоянно работают под нагрузкой. Любой асинхронный двигатель на холостом ходе имеет косинус фи, равный приблизительно значению 0,2. При нагрузке косинус фи увеличивается до 0,85. Почему так происходит? Все опять упирается в активную и реактивную мощности. Первая при холостом ходе мотора приблизительно составляет 30%, вторая 15%. Как только нагрузка на электрический двигатель увеличивается, тут же поднимается активная составляющая, а реактивная снижается практически до нуля. Поэтому основное требование увеличения «cosφ» – это работа предприятия с полной нагрузкой.

Мероприятия по увеличению косинуса фи

Чтобы увеличить косинус фи, можно воспользоваться двумя способами:

  • Естественным путем без установки компенсирующих приборов и устройств.
  • Искусственным путем с установкой компенсирующих агрегатов.

График синуса и косинуса

В первом случае необходимо использовать мероприятия, с помощью которых регулируются технологические процессы. Таким методом добивается оптимальный режим расходования потребляемой электроэнергии. Ко вторым, к примеру, можно отнести замену асинхронных электродвигателей синхронными, в которых реактивная мощность практически равна нулю. Она присутствует, но только на стадии запуска мотора.

Как выбрать коэффициент мощности? | Проектирование электроснабжения

При расчете электрических нагрузок мы постоянно сталкиваемся с необходимостью выбора коэффициентов мощности для различных электроприемников. В данной статье хочу рассказать, как выбрать cosϕ и чем руководствоваться в таких случаях.

Чтобы правильно выбрать cosϕ и правильно рассчитать ток самый верный способ – посмотреть в паспорт на оборудование либо руководство по эксплуатации. Лично я очень редко туда заглядываю, т.к. не всегда паспорта имеются под рукой, поэтому пойдем по другому пути.

Проектировщик любое свое решение должен подкреплять требованиями нормативных документов. Кое-что можно найти в ТКП 45-4.04-149-2009 (п.8.1.15, 8.2.18) и СП 31-110-2003 (п.6.12, 6.30).

Также советую иметь у себя:

М788-1069. Справочные данные по расчетным коэффициентам электрических нагрузок.

Скачать М788-1069 можно на форуме.

1 Выбор коэффициента мощности для освещения.

Для освещения выбрать cosϕ проще всего.

Коэффициент мощности зависит от типа лампы. У ламп накаливания он 1,0, у люминесцентных – 0,92; у ДРЛ, ДРИ, МГЛ — 0,85; у светодиодных – до 0,98.

При проектировании наружного освещения и промышленных объектов cosϕ лучше выбирать из каталогов производителей светильников, поскольку они могут немного колебаться от приведенных значений. Не стоит брать коэффициент мощности больше 0,92 для освещения, несмотря на то, что в каталогах можно встретить и 0,96, и 0,98. Пусть будет небольшой запас, поскольку заказчик может купить светильник совсем другого производителя и лучше ориентироваться на требования нормативных документов. Лучше бы производители указывали и потребляемый ток светильников, поскольку часть электроэнергии теряется в ПРА.

Для освещения у меня 3 значения: 1,0; 0,92 и 0,85.

2 Выбор коэффициента мощности для силовых электроприемников.

Коэффициент мощности для электроприемников, которые не нашел ТНПА я выбираю исходя из режима работы и наличия двигательной нагрузки. Если не знаешь cosϕ для силового оборудования  — принимай 0,8 Например, лифты, подъемные механизмы имеют cosϕ около 0,65.

Если мощность ЭП не превышает пару кВт, то не правильно выбранный cosϕ  не значительно  повлияет на расчетный ток.

Для мощных ЭП при выборе коэффициента мощности нужно относиться более ответственно, а также для однотипного оборудования имеющегося в большом количестве.

2.1 Выбор коэффициента мощности для электронно-вычислительной техники.

Отдельным пунктом следует выделить компьютерное оборудование. В проектах для ЭВМ я принимаю cosϕ=0,7. У некоторых он может быть чуть выше, все зависит здесь от блока питания.

2.2 Выбор коэффициента мощности для холодильного оборудования.

Коэффициенты мощности для холодильного оборудования нужно принимать в зависимости от мощности. У данного оборудования cosϕ  от 0,65 до 0,85. Например, у моего холодильника cosϕ=0,85, хотя по ТНПА нужно принимать 0,65. cosϕ=0,75 – среднее значение для всех холодильных установок.

2.3 Выбор коэффициента мощности для нагревательного оборудования.

Чайники, электрические плиты, водонагреватели и другие электронагревательные ЭП имеют коэффициент мощности близкий к 1,0.

Чтобы лучше запомнить, подведем итоги:

  • cosϕ для освещения — 1,0; 0,92 и 0,85.
  • cosϕ для нагревательного оборудования – 1,0.
  • cosϕ для ЭВМ – 0,7.
  • cosϕ для холодильников – 0,75.
  • cosϕ для других силовых ЭП – 0,65-0,8.
Советую почитать:

Косинус фи в электротехнике — это… Коэффициент мощности

Коэффициент мощности, или косинус фи в электротехнике – это отношение активной мощности P (Вт) к полной S (ВА): cos(φ) = P/S. Он указывает на то, насколько эффективно данное устройство использует электрическую энергию.

Идеальная нагрузка

Для объяснения физического значения коэффициента мощности рассмотрим пример расчета косинуса фи для различных потребителей. Предположим, в линию переменного тока подключен идеальный конденсатор. Так как переменное напряжение непрерывно меняет свою полярность, конденсатор половину времени будет заряжаться и половину – возвращать сохраненную энергию обратно к источнику. В результате в линии будут постоянно циркулировать электроны, но чистой передачи энергии не будет. Итак, в проводнике будет и напряжение, и ток, но активной мощности не будет. Произведение U на I называется мнимой мощностью, потому что это просто математическое число, которое не имеет реального физического смысла. В этом примере коэффициент мощности равен 0.

косинус фи в электротехнике это

Аналогично расчет косинуса фи для единственного идеального индуктора приведет к cos(φ) = 0, за исключением того, что его ток будет отставать от напряжения.

Теперь рассмотрим противоположный крайний случай резистивной нагрузки. В этом случае вся электрическая энергия, поступающая к ней, потребляется и преобразуется в другие виды энергии, такие как тепло. Это пример того, когда косинус фи в электрике равен 1. Все реальные схемы работают где-то в промежутке между этими двумя крайностями.

Векторная математика

При анализе цепей синусоидальный сигнал можно представить комплексным числом (называемым вектором), модуль которого пропорционален величине сигнала, а угол равен его фазе относительно некоторой ссылки. В линейных схемах коэффициент мощности равен косинусу фи. В электротехнике это угол между фазами напряжения и тока. Эти векторы и соответствующие им активные и реактивные составляющие мощности могут быть представлены в виде прямоугольного треугольника. Конечно, напряжение – это электрическое поле, а ток – поток электронов, поэтому так называемый угол между их векторами является не более чем математической величиной. Условились считать, что индуктивная нагрузка создает положительную реактивную мощность Q (измеряемую в вольт-амперах-реактивных, ВАр). Это связано с так называемым «запаздывающим» коэффициентом, поскольку ток отстает от напряжения. Аналогично емкостная нагрузка создает отрицательную Q и «опережающий» λ.

основы электротехники

Нелинейные искажения

Индукторы и конденсаторы – не единственные причины низкого косинуса фи. В электротехнике это обычное явление, когда (за исключением идеальных R, L и C) электрические цепи нелинейны, особенно из-за наличия таких активных компонентов, как выпрямители. В таких схемах ток I (t) непропорционален напряжению V (t), даже если последнее является чистой синусоидой, поскольку I (t) будет периодическим, но не синусоидальным. Согласно теореме Фурье, любая периодическая функция представляет собой сумму синусоидальных волн с частотами, кратными исходной. Эти волны называются гармониками. Можно показать, что они не способствуют передаче чистой энергии, а увеличивают ток и уменьшают коэффициент λ. Когда напряжение синусоидальное, только первая гармоника I1 обеспечит реальную мощность. Однако ее величина зависит от фазового сдвига между током и напряжением. Эти факты отражены в общей формуле расчета коэффициента мощности: λ = (I1/I) × cos(φ). Первый член в этом уравнении представляет собой искажения, а второй – смещение.

косинус фи трансформатора

Активная и пассивная компенсация

Коррекция косинуса фи в электротехнике – это любая техника увеличения коэффициента мощности до 1. В общем случае cos(φ) может варьироваться от 0 до 1. Чем выше коэффициент мощности, тем эффективнее используется электричество. Причинами несовершенства являются искажения и фазовый сдвиг между гармониками напряжения и тока той же частоты. Поэтому существуют две основные категории методов коррекции коэффициента мощности.

Гармонические искажения вызваны нелинейными компонентами, такими как мост выпрямителя в источниках питания постоянного тока, который подключается непосредственно к большому накопительному конденсатору. Их можно скорректировать на этапе проектирования источника питания путем введения различных пассивных или активных схем компенсации. Основным источником фазового сдвига U-I являются промышленные асинхронные двигатели, которые с точки зрения схемы имеют индуктивную нагрузку. Косинус фи двигателя (который на холостом ходу падает до 0,1) можно увеличить, добавив внешние компенсирующие конденсаторы. При этом их необходимо установить как можно ближе к нагрузке, чтобы избежать циркуляции реактивной мощности до места их размещения.

косинус фи различных потребителей

Активная компенсация реактивной мощности использует активные электронные схемы с обратной связью, которые сглаживают форму кривой выпрямленного тока.

Нелинейные устройства генерируют гармонические колебания с частотой ƒ=1/(2π√LC). Если она совпадает с одной из гармоник, то будет усиливаться, что может привести к различным последствиям, в т. ч. катастрофическим. Во избежание этого, последовательно с компенсирующим конденсатором подсоединяют небольшой индуктор, что образует т. н. шунтирующий фильтр подавления гармоник.

Существует несколько причин для корректировки косинуса фи для различных потребителей. Известно, что когда λ < 1, в линии циркулируют переменные токи, которые не передают активную мощность, но вызывают рассеивание тепла в проводке, создают дополнительную нагрузку на генераторы и требуют электрогенерирующего оборудования большего размера. Вот почему электроэнергетические компании могут взимать с крупных клиентов дополнительную плату при λ < 0,95, выставлять счета за полную мощность или штрафовать за превышение реактивной. Таким образом, для промышленного объекта компенсация мнимой составляющей может быть выгодной.

косинус фи двигателя

Коррекция λ в быту

Что касается электроники, существуют правила, которые ограничивают гармоники, привносимые бытовой техникой (ПК, телевизорами и т. д.) в сеть. Несмотря на отсутствие международных стандартов, которые непосредственно регулируют коэффициент мощности, его корректировка автоматически снижает гармонические искажения. Таким образом, для разработчиков блоков питания основной причиной повышения косинуса фи трансформатора является удовлетворение конкретного требования к содержанию гармоник, даже если оно не может давать никаких прямых выгод ни для производителя, ни для пользователя.

В быту низкий λ уменьшает пропускную способность проводников и автоматических выключателей. Помимо этого, вопреки распространенному заблуждению лиц, не знакомых с основами электротехники, домовладельцы и потребители от коррекции коэффициента мощности выгоды не получают.

косинус фи в электрике

Мнимая польза

Производится ряд «приборов», предлагаемых через Интернет, продавцы которых утверждают, что они сократят счета за электричество, корректируя коэффициент мощности в домашней электросети. Их рекламируют под разными названиями. В связи с этим потребители часто спрашивают, уменьшит ли компенсация реактивной мощности счета за электричество? Действительно, коррекция λ снижает потребление полного тока и соответственно уменьшает Q. Однако в настоящее время в жилых домах реактивная мощность не тарифицируется. Знание основ электротехники позволяет избежать участи жертв такого обмана.

Нужно ли компенсировать Q?

Потребители платят исключительно за активную энергию, т. е. за киловатт-часы, и это единственное, что могут измерить старомодные ротационные счетчики. Технически снижение реактивной составляющей немного снизит потери в кабелях между счетчиком коммунальных услуг и точкой соединения компенсатора мнимой мощности, но этот эффект пренебрежительно незначителен. По большому счету, улучшение коэффициента λ и снижение мнимого тока практически не влияет на показания счетчика. Теоретически ситуация изменится, если внутренние тарифы будут включать плату за киловольт-ампер-часы, измеренные современными счетчиками, однако это маловероятно. Конечно, электрическим компаниям выгодно снижать Q, но сначала нужно определить показатели домашней нагрузки, чтобы не принести больше вреда, чем пользы.

расчет косинуса фи

Нужны ли встроенные компенсаторы?

По тем же соображениям нет смысла покупать технику со встроенной коррекцией коэффициента мощности. Фактически активная система компенсации даже увеличивает расходы из-за добавления стадии преобразования. Таким образом, при прочих равных условиях, потребление электроэнергии может увеличиться. Однако коррекция коэффициента мощности в электронике дает определенные технические выгоды. В частности, это увеличивает количество ватт, которые можно извлечь из розетки. Другим преимуществом является то, что приборы могут работать при любом напряжении (115 или 230 В). Но стоит ли это дополнительной платы?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *