Kosinem phi v elektrotechnice je ... Faktor výkonu

Faktor výkonu nebo kosinus v elektrotechnice je poměr aktivního výkonu P (W) k celkovému S (VA): cos (phi-) = P / S. Označuje, jak efektivně toto zařízení používá elektrickou energii.

Ideální zatížení

Chcete-li vysvětlit fyzickou hodnotu faktoru účinnosti, zvážit příklad výpočtu kosinusu fi pro různé spotřebiče. Předpokládejme, že na AC vedení je připojen ideální kondenzátor. Vzhledem k tomu, že střídavé napětí plynule mění polaritu, bude kondenzátor napůl nabit a polovina vrátí uloženou energii zpět do zdroje. V důsledku toho elektrony neustále cirkulují v řadě, ale nedojde k přenosu čisté energie. Takže ve vodiči bude napětí a proud, ale nebude tam žádný aktivní výkon. Produkt U na I je nazýván imaginární silou, protože je to jen matematické číslo, které nemá skutečný fyzický význam. V tomto příkladu je faktor výkonu 0.

Stejně tak, výpočet pro kosinus fí jediné ideální induktor vedou k cos (phi-) = 0, s výjimkou, že její proud zaostávají napětí.

Nyní zvažte opačný extrémní případ odporové zátěže. V takovém případě je veškerá dodaná elektrická energie spotřebována a přeměněna na jiné typy energie, jako je teplo. Toto je příklad toho, kdy je kosinus phi u elektrikáře 1. Všechny skutečné obvody fungují někde mezi těmito dvěma extrémy.

Vektorová matematika

Při analýze řetězců může být sinusový signál reprezentován komplexním číslem (nazývaným vektor), jehož modul je úměrný velikosti signálu a úhel se rovná jeho fázi vzhledem k nějakému odkazu. V lineárních schématech je výkonovým faktorem cosine cos. V elektrotechnice se jedná o úhel mezi fázemi napětí a proudu. Tyto vektory a jejich odpovídající složky aktivní a reaktivní energie mohou být reprezentovány ve formě obdélníkového trojúhelníku. Samozřejmě, napětí je elektrické pole a proud je tok elektronů, takže takzvaný úhel mezi jejich vektory není nic jiného než matematická hodnota. Souhlasili jsme, že indukční zátěž vytváří pozitivní reaktivní výkon Q (měřeno ve volt-ampér-reaktivní, VAp). To je způsobeno tzv. "Opožděným" koeficientem, protože proud zaostává. Podobně kapacitní zátěž vytváří negativní Q a "vedoucí" lambda-.

Nelineární zkreslení

Tlumivky a kondenzátory nejsou jedinými důvody pro nízký kosinus phi. V elektrotechnice je to běžné, když (s výjimkou ideálních R, L a C) jsou elektrické obvody nelineární, zejména kvůli přítomnosti aktivních součástí, jako jsou usměrňovače. V takových obvodech není proud I (t) úměrný napětí V (t), i když je to čistý sinusoid, protože I (t) bude periodické, ale ne sinusové. Podle Fourierovy věty je každá periodická funkce součtem sinusových vln s kmitočty, které jsou násobky původní. Tyto vlny se nazývají harmonické. Může se ukázat, že nepřispívají k přenosu čisté energie, ale zvyšují proud a snižují koeficient lambda-. Když je napětí sinusové, je pouze první harmonická₁ bude poskytovat skutečný výkon. Nicméně jeho velikost závisí na fázovém posuvu mezi proudem a napětím. Tyto fakty se odrážejí ve všeobecném vzorci pro výpočet faktoru výkonu: lambda- = (I.₁/ I) x cos (phi-). První termín v této rovnici je zkreslení a druhý termín je zkreslení.

Aktivní a pasivní kompenzace

Korekce kosinusu phi v elektrotechnice je jakákoli technika zvýšení faktoru účinnosti na 1. Obecně cos (phi-) se může lišit od 0 do 1. Čím vyšší je účiník, tím účinnější je elektrická energie. Příčinou nedokonalosti jsou zkreslení a fázový posun mezi harmonickými napětí a proudem stejné frekvence. Proto existují dvě hlavní kategorie metod korekce účiníku.

Harmonické zkreslení způsobené nelineárních součástek, jako je například můstkového usměrňovače do zdroje stejnosměrného proudu, který je připojen přímo k velkým kondenzátorem. Mohou být nastaveny ve fázi návrhu napájecího zdroje zavedením různých pasivních nebo aktivních kompenzačních obvodů. Hlavním zdrojem fázového posuvu U-I jsou průmyslové asynchronní motory, které mají z hlediska obvodu induktivní zátěž. Kosinus motoru (který při volnoběžných otáčkách klesá na 0,1) lze zvýšit přidáním externích kompenzačních kondenzátorů. V tomto případě musí být instalovány co nejblíže zatížení, aby se zabránilo cirkulaci jalového výkonu do místa jejich rozmístění.

Kompenzace aktivního jalového výkonu využívá aktivní elektronické obvody se zpětnou vazbou, které vyhlašují tvar rektifikované proudové křivky.

Nelineární zařízení generují harmonické kmity s frekvencí ƒ = 1 / (2pi-radic-LC). Pokud se shoduje s jednou z harmonických, pak se zintenzívní, což může vést k různým následkům, včetně katastrofických. Aby se tomu zabránilo, je malý induktor zapojen do série s kompenzačním kondenzátorem, který tvoří tzv. posun harmonické filtru.

Co pro zvýšení poměru moc?

Existuje několik důvodů pro úpravu cos fi e pro různé spotřebitele. Je známo, že kdy lambda- < 1, střídavé proudy cirkulují v potrubí, které nepřenášejí aktivní výkon, ale způsobují odvod tepla v elektroinstalaci, vytvářejí dodatečné zatížení generátorů a vyžadují elektroenergetické zařízení větší velikosti. To je důvod, proč mohou elektroenergetické společnosti účtovat velkým zákazníkům velké poplatky. lambda- < 0,95, účtováno za plnou kapacitu nebo pokutu za překročení reaktivní hodnoty. Takže pro průmyslové zařízení může být prospěšná kompenzace imaginární složky.

Oprava lambda - v domácnosti

Pokud jde o elektroniku, existují pravidla, která omezují harmonické přenášené domácimi spotřebiči (počítače, televizory atd.) Do sítě. I přes neexistenci mezinárodních standardů, které přímo regulují účiník, jeho korekce automaticky snižuje harmonické zkreslení. Tak, pro napájecí návrháře hlavní příčinou rostoucí cosinus fí transformátor je, aby splňovaly specifické požadavky na obsah harmonických, a to i v případě, že nemůže poskytnout žádné přímé výhody výrobcům nebo uživateli.

V každodenním životě je nízká lambda - snižuje propustnost vodičů a jističů. Navíc v rozporu s rozšířeným nesprávným pojetím osob, které nejsou obeznámeny se základy elektrotechniky, majitelé domů a spotřebitelé nemají prospěch z opravy faktoru účinnosti.

Imaginární výhody

Produkoval množství „nástroje“, které nabízí přes internet, prodejců, kteří tvrdí, že sníží účty za elektřinu úpravou účiníku v domácí elektrické zásuvky. Jsou inzerovány pod různými názvy. V této souvislosti se spotřebitelé často ptají, zda bude snížena kompenzace jalového výkonu za účty za elektřinu? Opravdu opravdu lambda - snižuje spotřebu celkového proudu a tím snižuje Q. Nicméně v současné době v obytných budovách není jalový výkon. Znalost základů elektrotechniky zabraňuje osudům obětí takového podvodu.

Potřebuji kompenzovat Q?

Spotřebitelé platí pouze za aktivní energii, tj. Za kilowatthodiny, a to je jediná věc, kterou mohou měřit staromódní rotační pulty. Z technického hlediska sníží reaktivní složku mírně snížení ztráty kabelů mezi počítadlem nástrojů a bodem připojení kompenzátoru imaginárního výkonu, ale tento efekt je zanedbatelný. Celkově je zlepšení koeficientu lambda - a pokles pomyslného proudu prakticky neovlivňuje odečty měřiče. Teoreticky by se situace změní, pokud ceny na domácím trhu bude obsahovat poplatek za kilovoltový-ampér-hodin, měřeno moderními metrů, ale to je nepravděpodobné. Samozřejmě, elektrické firmy těžit ze snížení Q, ale nejprve je třeba určit domácí indikátory zatížení, aby nedošlo k způsobit více škody než užitku.

Potřebujete vestavěné dilatační spoje?

Ze stejných důvodů nemá smysl koupit techniku ​​se zabudovanou korekcí účiníku. Ve skutečnosti systém aktivního vyrovnání dokonce zvyšuje náklady díky přidání konverzní fáze. Stejně tak se může zvyšovat i spotřeba elektrické energie. Korekce účiníku v elektronice však poskytuje určité technické výhody. Zvláště toto zvyšuje počet wattů, které lze vybírat ze zásuvky. Další výhodou je, že zařízení mohou pracovat na libovolném napětí (115 nebo 230 V). Ale stojí za to zvláštní poplatek?