Înapoi la noțiuni de bază despre factorul de putere și de ce îl corectăm Electronică de putere
Inginerii de proiectare trebuie să ia în considerare factorul de putere pentru orice echipament care extrage o putere semnificativă din rețeaua de alimentare. Atingerea factorului de putere dorit necesită cunoașterea legislației privind factorul de putere, costul componentelor, cerințele de eficiență și limitările spațiului fizic al produsului.
Factorul de putere (pf) este raportul dintre puterea reală (P) care curge la sarcină și puterea aparentă (S) în circuit: pf = P/S. Este o formă de undă sinusoidală și, prin urmare, exprimată ca un număr adimensional între -1 și 1.
Puterea reală este măsurată în wați (W) și puterea aparentă în volt-amperi (VA). Pentru o sarcină pur rezistivă, cei doi factori de putere sunt identici; pentru o sarcină reactivă, aritmetica pentru puterea aparentă produce aceeași cifră, adică produsul valorilor RMS ale tensiunii și curentului. Cu toate acestea, pentru a găsi puterea reală (reală) livrată sarcinii, produsul instantaneu al tensiunii și curentului trebuie integrat pe parcursul întregului ciclu sinusoidal.
Atunci când curentul este de conducere sau este întârziat, valoarea acelei integrale va fi întotdeauna mai mică decât valoarea pentru cazul în fază pe același interval. Aceasta reflectă atributul unui inductor sau al unui condensator de a acționa ca un depozit de energie; în diferite puncte ale ciclului de curent alternativ, componenta reactivă fie stochează energie, fie o readuce în sistem.
Așa cum se arată în FIG. 1, puterea aparentă este suma vectorială a puterii reale și a puterii reactive (Q), măsurată în volt-amperi reactivi (VA); în mod convențional, această relație este exprimată ca:
P = S cosÆ ? sau P 2 + Q 2 = S 2 (1)
Relația este vizualizată convențional într-o diagramă vectorială triunghi unghiular:
Aceasta este o definiție de bază și funcționează pentru sinusoide pure; formele de undă non-sinusoidale sunt mai complexe, dar pot fi reprezentate de o serie de sinusoide armonice și, prin urmare, se aplică aceleași principii de bază.
Implicații
Utilitățile de alimentare cu energie electrică și corpurile de producție necesită clienților lor să prezinte o rețea la rețeaua electrică cât mai aproape de factorul de putere unitar posibil. Principalul, dar nu singurul motiv, este fiscal. Clientul se așteaptă să plătească pentru munca „reală” efectuată la sediul său - cu alte cuvinte, valoarea W, de mai sus.
Utilajele electrice trebuie să furnizeze pentru a furniza valorile de curent și tensiune de vârf în forma de undă în orice moment. Un factor de putere mai mic decât unul este efectiv o creștere a costurilor lor și unul pe care îl returnează clienților prin impunerea unui tarif crescut pentru clienții cu sarcini reduse ale factorilor de putere. Realizarea factorului de putere maxim este, prin urmare, un „câștig-câștig” pentru toți cei implicați.
FIG. 2. Formă de undă de calitate slabă, cu un factor de putere rămas de 0,71.
FIG. 2 arată relația dintre tensiune și curent pentru un factor de putere de 0,71.
Există și alte efecte pe care generatorii de energie trebuie să le facă față, care fac ca o sarcină de unitate-factor de putere să fie extrem de preferabilă. Energia rotativă care generează energie este mai dificil de gestionat și de menținut stabil atunci când se furnizează un factor de putere scăzut și pot exista pericole de încălzire sau suprasarcină pentru transformatoare și echipamente de transmisie în rețeaua de alimentare; stabilitatea rețelei este, de asemenea, mai dificil de întreținut cu sarcini cu factor de putere redus atașate la sistem. Factorul de putere scăzut tinde, de asemenea, să fie asociat cu alte atribute negative pentru o sarcină electrică bine comportată. Formele de undă de curent foarte distorsionate trase de la rețea pot injecta armonici de ordin înalt înapoi în rețeaua de alimentare.
Echipamentele de transmisie au pierderi mai mari la frecvențe mai mari, ducând la probleme de încălzire; dacă frecvențele mai mari sunt prezente în sarcina plasată direct pe instalația generatoare, acestea se pot manifesta ca vibrații distructive care duc la uzură excesivă a componentelor precum rulmenții. Distorsiunea curentului poate duce la curenți dezechilibrați în liniile neutre ale rețelelor de distribuție trifazate, care la rândul lor pot îndepărta neutrul de la sol (tensiune) și pot da naștere la o multitudine de probleme.