Capitolul 11 ​​- Factorul de putere

După cum sa menționat anterior, unghiul acestui „triunghi de putere” indică grafic raportul dintre cantitatea de putere disipată (sau consumată) și cantitatea de putere absorbită/returnată.

De asemenea, se întâmplă să fie același unghi ca și cel al impedanței circuitului în formă polară. Atunci când este exprimat ca o fracțiune, acest raport între puterea reală și puterea aparentă se numește factorul de putere pentru acest circuit.

Deoarece puterea adevărată și puterea aparentă formează laturile adiacente și respectiv hipotenuzele unui triunghi dreptunghiular, raportul factorului de putere este, de asemenea, egal cu cosinusul acelui unghi de fază. Folosind valori din ultimul exemplu de circuit:

putere

Trebuie remarcat faptul că factorul de putere, la fel ca toate măsurătorile raportului, este o cantitate fără unitate.

Valorile factorului de putere

Pentru circuitul pur rezistiv, factorul de putere este 1 (perfect), deoarece puterea reactivă este egală cu zero. Aici, triunghiul de putere ar arăta ca o linie orizontală, deoarece latura opusă (putere reactivă) ar avea o lungime zero.

Pentru circuitul pur inductiv, factorul de putere este zero, deoarece puterea adevărată este egală cu zero. Aici, triunghiul de putere ar arăta ca o linie verticală, deoarece latura adiacentă (putere reală) ar avea o lungime zero.

Același lucru s-ar putea spune pentru un circuit pur capacitiv. Dacă nu există componente disipative (rezistive) în circuit, atunci puterea adevărată trebuie să fie egală cu zero, făcând orice putere din circuit pur reactivă.

Triunghiul de putere pentru un circuit pur capacitiv ar fi din nou o linie verticală (îndreptată în jos, nu în sus, așa cum era pentru circuitul pur inductiv).

Importanța factorului de putere

Factorul de putere poate fi un aspect important de luat în considerare într-un circuit de curent alternativ, deoarece orice factor de putere mai mic de 1 înseamnă că cablajul circuitului trebuie să transporte mai mult curent decât ceea ce ar fi necesar cu reactanța zero în circuit pentru a furniza aceeași cantitate de (adevărat ) puterea la sarcina rezistivă.

Dacă ultimul nostru circuit de exemplu ar fi fost pur rezistiv, am fi fost în măsură să livrăm 169.256 wați complet la încărcare cu aceleași 1.410 amperi de curent, mai degrabă decât măsura 119.365 wați pe care o disipează în prezent cu aceeași cantitate de curent.

Factorul de putere slab face ca un sistem de furnizare a energiei să fie ineficient.

Factor de putere slab

Factorul de putere slab poate fi corectat, paradoxal, prin adăugarea unei alte sarcini la circuit, atragând o cantitate egală și opusă de putere reactivă, pentru a anula efectele reactanței inductive a sarcinii.

Reactanța inductivă poate fi anulată numai prin reactanța capacitivă, deci trebuie să adăugăm un condensator în paralel cu circuitul nostru de exemplu ca sarcină suplimentară.

Efectul acestor două reactanțe opuse în paralel este de a aduce impedanța totală a circuitului egală cu rezistența sa totală (pentru a face unghiul de fază al impedanței egal sau cel puțin mai aproape de zero).

Deoarece știm că puterea reactivă (necorectată) este de 119,998 VAR (inductivă), trebuie să calculăm dimensiunea corectă a condensatorului pentru a produce aceeași cantitate de putere reactivă (capacitivă).

Deoarece acest condensator va fi direct în paralel cu sursa (de tensiune cunoscută), vom folosi formula de putere care începe de la tensiune și reactanță:

Să folosim o valoare a condensatorului rotunjită de 22 µF și să vedem ce se întâmplă cu circuitul nostru: (Figura de mai jos)

Condensatorul paralel corectează factorul de putere întârziat al sarcinii inductive. V2 și numerele de noduri: 0, 1, 2 și 3 sunt legate de SPICE și poate ignorate pentru moment.

Factorul de putere pentru circuit, în general, a fost îmbunătățit substanțial. Curentul principal a scăzut de la 1,41 amperi la 994,7 miliamperi, în timp ce puterea disipată la rezistența de sarcină rămâne neschimbată la 119,365 wați. Factorul de putere este mult mai aproape de a fi 1:

Deoarece unghiul de impedanță este încă un număr pozitiv, știm că circuitul, în general, este încă mai inductiv decât este capacitiv.

Dacă eforturile noastre de corecție a factorului de putere ar fi fost perfect vizate, am fi ajuns la un unghi de impedanță de exact zero sau pur rezistiv.

Dacă am fi adăugat un condensator prea mare în paralel, am fi ajuns la un unghi de impedanță negativ, indicând faptul că circuitul este mai capacitiv decât inductiv.

O simulare SPICE a circuitului (Figura de mai sus) arată tensiunea totală și curentul total sunt aproape în fază.

Fișierul circuitului SPICE are o sursă de tensiune zero volt (V2) în serie cu condensatorul, astfel încât curentul condensatorului să poată fi măsurat.

Timpul de început de 200 msec (în loc de 0) în declarația de analiză tranzitorie permite condițiilor DC să se stabilizeze înainte de colectarea datelor. A se vedea lista SPICE „factorul de putere pf.cir”.

Graficul de nucșoară al diferiților curenți în raport cu tensiunea aplicată Vtotal este prezentat în (Figura de mai jos). Referința este Vtotal, cu care se compară toate celelalte măsurători.

Acest lucru se datorează faptului că tensiunea aplicată, Vtotal, apare pe ramurile paralele ale circuitului. Nu există un singur curent comun tuturor componentelor.

Putem compara acei curenți cu Vtotal.

Unghiul de fază zero datorat V-ului total și Itotalului în fază. IL întârziat în ceea ce privește Vtotal este corectat de un IC principal .

Rețineți că curentul total (total) este în fază cu tensiunea aplicată (total), indicând un unghi de fază aproape de zero. Nu este o coincidență.

Rețineți că curentul întârziat, IL al inductorului ar fi făcut ca curentul total să aibă o fază de întârziere undeva între (Itotal) și IL. Cu toate acestea, curentul principal al condensatorului, IC, compensează curentul inductorului întârziat.

Rezultatul este un unghi de fază al curentului total undeva între curenții inductorului și condensatorului. Mai mult, curentul total (total) a fost forțat să fie în fază cu tensiunea totală aplicată (total), prin calcularea unei valori adecvate a condensatorului.

Deoarece tensiunea totală și curentul sunt în fază, produsul acestor două forme de undă, puterea, va fi întotdeauna pozitiv pe tot parcursul unui ciclu de 60 Hz, putere reală ca în figura de mai sus.

Dacă unghiul de fază nu ar fi fost corectat la zero (PF = 1), produsul ar fi fost negativ în cazul în care porțiuni pozitive ale unei forme de undă s-ar suprapune peste porțiuni negative ale celeilalte ca în figura de mai sus. Puterea negativă este alimentată înapoi la generator.

Nu poate fi vândut; totuși, risipește puterea în rezistența liniilor electrice între sarcină și generator. Condensatorul paralel corectează această problemă.

Rețineți că reducerea pierderilor de linie se aplică liniilor de la generator până la punctul în care se aplică condensatorul de corecție a factorului de putere. Cu alte cuvinte, există încă curent circulant între condensator și sarcina inductivă.

În mod normal, aceasta nu este o problemă, deoarece corecția factorului de putere se aplică aproape de sarcina ofensatoare, ca un motor cu inducție.

Trebuie remarcat faptul că prea multă capacitate într-un circuit de curent alternativ va avea ca rezultat un factor de putere scăzut la fel de mult, precum și o inductanță prea mare.

Trebuie să aveți grijă să nu corectați excesiv atunci când adăugați capacitate la un circuit de curent alternativ. De asemenea, trebuie să aveți mare grijă să utilizați condensatorii corespunzători lucrării (evaluat corespunzător pentru tensiunile sistemului de alimentare și creșterea ocazională a tensiunii de la fulgere, pentru service continuu continuu și capabil să gestioneze nivelurile de curent preconizate).

Dacă un circuit este preponderent inductiv, spunem că factorul său de putere este în întârziere (deoarece unda de curent pentru circuit rămâne în spatele undei de tensiune aplicată).

În schimb, dacă un circuit este predominant capacitiv, spunem că factorul său de putere este cel mai important. Astfel, circuitul nostru de exemplu a început cu un factor de putere de 0,705 întârziat și a fost corectat la un factor de putere de 0,999 întârziat.

REVIZUIRE:

  • Factorul de putere slab într-un circuit de curent alternativ poate fi „corectat” sau restabilit la o valoare apropiată de 1, prin adăugarea unei reactanțe paralele opuse efectului reactanței sarcinii. Dacă reactanța sarcinii este de natură inductivă (ceea ce este aproape întotdeauna o să fie), este necesară capacitatea paralelă pentru a corecta factorul de putere slab.