Практична корекція коефіцієнта потужності

Розділ 11 - Коефіцієнт потужності

Коли виникає потреба у виправленні низького коефіцієнта потужності в системі живлення змінного струму, ви, мабуть, не матимете розкоші знати точну індуктивність навантаження в хенрі, яку використовувати для своїх розрахунків.

Можливо, вам пощастить мати прилад, який називається вимірювачем коефіцієнта потужності, щоб повідомити вам, який коефіцієнт потужності (число від 0 до 1), і видима потужність (яку можна визначити, взявши показники вольтметра у вольтах і помноживши на показання амперметра в амперах).

У менш сприятливих обставинах, можливо, доведеться використовувати осцилограф для порівняння форм хвилі напруги та струму, вимірювання зсуву фази в градусах та обчислення коефіцієнта потужності за косинусом цього зсуву фази.

Швидше за все, ви матимете доступ до ватметра для вимірювання справжньої потужності, показник якого ви можете порівняти з розрахунком уявної потужності (з множення загальної вимірювання напруги та сумарного струму). За значеннями справжньої та видимої потужності можна визначити реактивну потужність та коефіцієнт потужності.

Приклад проблеми

Давайте зробимо приклад задачі, щоб побачити, як це працює: (Малюнок нижче)

Ватметр показує справжню потужність; добуток вольтметра та показань амперметра дає видиму потужність.

Як розрахувати видиму потужність в кВА

Спочатку нам потрібно розрахувати видиму потужність в кВА. Це можна зробити, помноживши напругу навантаження на струм навантаження:

Як бачимо, 2.308 кВА - це набагато більший показник, ніж 1,5 кВт, що говорить нам про те, що коефіцієнт потужності в цій схемі досить низький (істотно менше 1). Тепер ми визначимо коефіцієнт потужності цього навантаження, поділивши дійсну потужність на видиму потужність:

Використовуючи це значення коефіцієнта потужності, ми можемо намалювати трикутник потужності, і з цього визначити реактивну потужність цього навантаження: (Малюнок нижче)

Реактивну потужність можна розрахувати на основі справжньої потужності та видимої потужності.

Як використовувати теорему Піфагора для визначення невідомої кількості трикутників

Для визначення невідомої кількості (реактивної потужності) трикутника ми використовуємо теорему Піфагора «назад», враховуючи довжину гіпотенузи (видима потужність) та довжину сусідньої сторони (справжня потужність):

Як виправити коефіцієнт потужності за допомогою конденсатора

Якщо це навантаження є електричним двигуном або більшістю будь-якого іншого промислового навантаження змінного струму, воно матиме коефіцієнт потужності, що відстає (індуктивний), а це означає, що нам доведеться коригувати це за допомогою конденсатора відповідного розміру, паралельно підключеного.

Тепер, коли ми знаємо величину реактивної потужності (1,754 кВАР), ми можемо розрахувати розмір конденсатора, необхідний для протидії його ефектам:

Округливши цю відповідь до 80 мкФ, ми можемо помістити такий розмір конденсатора в ланцюг і обчислити результати: (Малюнок нижче)

Паралельний конденсатор коригує відстаюче (індуктивне) навантаження.

Конденсатор 80 мкФ матиме ємнісний реактивний опір 33,157 Ом, даючи струм 7,238 ампер, і відповідну реактивну потужність 1,737 кВАР (лише для конденсатора). Оскільки струм конденсатора не перевищує фазу від індуктивного вкладу навантаження в споживання струму, реактивна потужність конденсатора безпосередньо відніметься від реактивної потужності навантаження, в результаті чого:

Ця корекція, звичайно, не змінить величину справжньої потужності, споживаної навантаженням, але призведе до істотного зменшення видимої потужності та загального струму, що надходить від джерела 240 Вольт: (Малюнок нижче)

Трикутник потужності до і після корекції конденсатора.

Нову видиму потужність можна знайти з дійсних та нових значень реактивної потужності, використовуючи стандартну форму теореми Піфагора: