Фактор на мощността

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето

Фактор на мощността[1] (бележи се с или ) е безразмерна величина в електрическите вериги за променлив ток, определена като отношение на активната мощност към пълната мощност, и е число между 0 и 1. Активната мощност (P) е средната стойност на моментната мощност за един период на променливите напрежения и токове. Пълната мощност (S) се изчислява от произведението между ефективните стойности на напрежението и тока. При наличието на реактивни (консервативни) елементи (бобини, ел. двигатели, кондензатори) част от енергията на генераторите създава магнитните или електрически полета в тези елементи и се колебае двупосочно[2] между тях и генераторите, това е т.н. реактивна енергия. Така се увеличава токът на консуматорите и при нисък фактор на мощността се увеличават загубите в електроразпределителните системи.

Определения[редактиране | редактиране на кода]

Синусоидални напрежения и токове[редактиране | редактиране на кода]

Фиг. 1  Моментната и средна мощност, изчислени за синусоидални напрежение и ток с фактор на мощността (, ). Пълната мощност е равна на активната мощност. Реактивната мощност е Q = 0.
Фиг. 2  Моментната и средна мощност, изчислени за синусоидални напрежение и ток с фактор на мощността (, ). Пълната мощност е равна на реактивната мощност. Активната мощност е P = 0.
Фиг. 3  Моментната и средна мощност, изчислени за синусоидални напрежение и ток с фактор на мощността (, .)

В чисто активни вериги напрежението и токът са във фаза (фиг. 1), сменяйки посоката си в едно и също време за всеки период на синусоидата. При наличието на реактивни товари във веригата (кондензатори и бобини) съхранената енергия в тях води до фазова разлика между тока и напрежението, отразена на синусоидалната графика (фиг. 2 и фиг. 3).

Електрически вериги, съдържащи чисто активни елементи (лампи с нажежаема жичка, радиатори, фурни и др.), имат фактор на мощността 1,0. Вериги, съдържащи индуктивни или капацитивни елементи (дросели, двигатели, кондензатори и др.), често имат фактор на мощността под 1,0. Например, в осветителни електрически вериги, в които има луминисцентни лампи, без компенсация факторът на мощността е 0,4 – 0,6.

Във веригите за променлив ток се определят следните мощности:

  • активна мощност (P), измервана във ватове (W):
;
е моментната мощност, а
,
са моментните стойности на напрежението и тока;
;
;
;
са ефективните стойности на тока и напрежението;

Факторът на мощността се бележи с и се определя като:

;
;
.

От тук връзката между S, P и Q е:

По определение факторът на мощността е число между 0 и 1. Когато факторът на мощността е равен на 0, енергийният поток е изцяло реактивен. Активната мощност е P = 0, а реактивната мощност е равна на пълната мощност (Q = S) (фиг. 2). Когато факторът на мощността е 1, цялата подадена енергия се изразходва от консуматора. Тогава активната мощност е равна на пълната мощност (P = S), а реактивната мощност е Q = 0 (фиг. 1).

Несинусоидални напрежения и токове[редактиране | редактиране на кода]

В електрическите мрежи не винаги напреженията и токовете имат идеална синусоидална форма. Изкривяването им се дължи на наличието в мрежата на различни консуматори с нелинейни характеристики. Най-многобройни са асинхронните електродвигатели и персоналните компютри. Освен тях силно влияние върху формата на напрежението в мрежата оказват и мощните токоизправители, дъгови пещи, съоръжения за електродъгова заварка и редица други импулсни устройства.

В този случай не може да се определи фактор на мощността като cos. При несинусоидални режими се въвежда обобщен фактор на мощността, който се означава с .

Факторът на мощността се определя по същия начин, както и при синусоидални напрежения и токове:

;

и се определят от същите изрази, дадени за синусоидални напрежения и токове, но с тази разлика, че моментните стойности на напрежението и тока

, ,

са периодични, но несинусоидални функции на времето.

Лесно може да се докаже[3], че само при чисто активни товари.[4] При наличието на реактивни елементи във вериги с несинусоидални напрежения и токове е невъзможно пълното компенсиране на фактора на мощността. Това означава, че за консуматори с еднаква активна мощност при несинусоидални, съответно синусоидални режими.[3]

Поради тези факти хармоничният състав[5] на напреженията и токовете в мрежата и за различни консуматори се стандартизира от БДС EN 61000-3-2 и БДС EN 61000-6-3.

Измерване на фазова разлика и фактор на мощността[редактиране | редактиране на кода]

Факторът на мощността, както и фазовата разлика при синусоидални напрежения и токове, се измерват с уреди, наречени фазомери.

За промишлените консуматори се изчислява средна стойност на фактора на мощността за определен период от време (един месец или повече) чрез измерване на активната енергия с електромери за активна енергия и на реактивната  – с електромери за реактивна енергия. От тези показания се определя средният фактор за периода (ако се приеме синусоидална форма за напрежението и тока):

Подобряване (компенсиране) на фактора на мощността[редактиране | редактиране на кода]

Значимостта на фактора на мощността се обуславя от това, че по-ниският фактор на мощността води до увеличение на тока, с който се пренася активната енергия до консуматорите, а това увеличава загубите в електропреносните съоръжения. В зависимост от средната стойност на фактора на мощността за даден период, електроснабдителните фирми прилагат различни тарифи – по-високи за консуматори с по-нисък фактор на мощността и обратно, по-ниски за консуматори с по-висок фактор на мощността (т.н. тарифи с глоба и премия).

Факторът на мощността на консуматорите се подобрява (стремежът е към стойности около и над 0,9) по различни начини, в промишлеността най-широко разпространеният е с кондензаторни батерии, превключвани автоматично, тъй като най-често промишлените консуматори имат индуктивен характер.

Осветителните тела с луминесцентни лампи обикновено имат вградени кондензатори за подобряване на фактора на мощността.

Бележки[редактиране | редактиране на кода]

  1. БДС IEC 60050 – 601:2003
  2. Реактивната енергия и реактивната мощност са знакопроменливи.
  3. а б Нейман, Л. Р., К. С. Демирчян, Теоретические основы электротехники т. II, с. 139, Ленинград, 1981, Энергоиздат.
  4. Това е само теоретично предположение и в практиката най-често не е изпълнено.
  5. Хармоничният състав се определя чрез разлагане в ред на Фурие на несинусоидалните периодични величини.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  • Фархи, С.Л., С.П.Папазов. Теоретична електротехника ч. I, София, 1999, Техника.
  • Simonyi, K. Theoretische Elektrotechnik, Berlin, 1956, Deutscher Verlag der Wissenschaften.
  • Нейман, Л. Р., К. С. Демирчян, Теоретические основы электротехники т. I, т. II, Ленинград, 1981, Энергоиздат.
Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното Лиценз за свободна документация на ГНУ Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „Power factor“ в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година — от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница. Вижте източниците на оригиналната статия, състоянието ѝ при превода, и списъка на съавторите.