Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  
  

 

Статьи для электриков » Электричество для чайников

Что такое коэффициент мощности (косинус фи)

 

Что такое коэффициент мощности (косинус фи)Физическая сущность коэффициента мощности (косинуса "фи") заключается в следующем. Как известно, в цепи переменного тока в общем случае имеются три вида нагрузки или три вида мощности (три вида тока, три вида сопротивлений). Активная Р, реактивная Q и полная S мощности соответственно ассоциируются с активным к, реактивным х и полным z сопротивлениями.

Из курса электротехники известно, что активным называется сопротивление, в котором при прохождении тока выделяется тепло. С активным сопротивлением связаны потери активной мощности ΔPп, равные квадрату тока, умноженному на сопротивление ΔPп = I2r Вт.

Реактивное сопротивление при прохождении по нему тока потерь не вызывает. Обусловливается это сопротивление индуктивностью L, а также емкостью С.

Что такое коэффициент мощности

Индуктивное и емкостное сопротивления являются двумя видами реактивного сопротивления и выражаются следующими формулами:

  • реактивное сопротивление индуктивности, или индуктивное сопротивление, xL = ωL = 2πfL,

  • реактивное сопротивление емкости, или емкостное сопротивление, хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Тогда х = хL - хc. Например, если в цепи хL= 12 Ом, хс = 7 Ом, то реактивное сопротивление цепи x=хL - хс= 12 - 7 = 5 Ом.

Иллюстрации к объяснению сущности косинуса

Рис. 1. Иллюстрации к объяснению сущности косинуса "фи": а - схема последовательного включения r и L в цепи переменного тока, б - треугольник сопротивлений, в - треугольник мощностей, г — треугольник мощностей при различных значениях активной мощности.

Полное сопротивление z включает в себя активное и реактивное сопротивления. Для цепи последовательного соединения г и L (рис. 1, а) z = √(r2 + х2) графически изображается треугольником сопротивления.

Если стороны этого треугольника умножить на квадрат одного и того же тока, то соотношение сторон не изменится, но новый треугольник будет представлять собой треугольник мощностей (рис. 1,в).

Как видно из треугольника, в цепи переменного тока в общем случае возникают три мощности: активная Р, реактивная Q и полная S

P = I2r = UIcosφ Вт, Q = I2х = I2хL - I2xc = UIsinφ Вар, S = I2z = UI Ва.

Активная мощность может быть названа рабочей, т. е. она "греет" (выделение тепла), "светит" (электрическое освещение), "двигает" (электродвигатели приводят в движение механизмы) и т. д. Измеряется она так же, как и мощность на постоянном токе, в ваттах.

Выработанная активная мощность полностью без остатка расходуется в приемниках и подводящих проводах со скоростью света - практически мгновенно. Это является одной из характерных особенностей активной мощности: сколько вырабатывается, столько и расходуется.

Реактивная мощность Q не расходуется и представляет собой колебание электромагнитной энергии в электрической цепи. Переливание энергии из источника к приемнику и обратно связано с протеканием тока по проводам, а так как провода обладают активным сопротивлением, то в них имеются потери.

Таким образом, при реактивной мощности работа не совершается, но возникают потери, которые при одной и той же активной мощности тем больше, чем меньше коэффициент мощности (cosφ, косинус "фи").

Пример. Определить потери мощности в линии с сопротивлением rл = 1 ом, если по ней передается мощность Р=10 кВт на напряжение 400 В один раз при cosφ1 = 0,5, а второй раз при cosφ2=0,9.

Решение. Ток в первом случае I1 = P/(Ucosφ1) = 10/(0,40,5) = 50 А.

Потери мощности ΔP1 = I12rл = 502•1 = 2500 Вт = 2,5 кВт.

Во втором случае ток I1 = P/(Ucosφ2) = 10/(0,40,9) = 28 А

Потери мощности ΔP2 = I22rл = 282•1 = 784 Вт = 0,784 кВт, т.е. во втором случае потери мощности в 2,5/0,784 = 3,2 раза меньше только потому, что выше значение cosφ.

Расчет наглядно показывает, что чем выше величина косинус "фи", тем меньше потери энергии и тем меньше нужно закладывать цветного металла при монтаже новых установок.

Повышая косинус "фи", преследуем три основные цели:

1) экономию электрической энергии,

2) экономию цветных металлов,

3) максимальное использование установленной мощности генераторов, трансформаторов и вообще электродвигателей переменного тока.

Последнее обстоятельство подтверждается тем, что, например, от одного и того же трансформатора можно получить тем больше активной мощности, чем больше величина соsφ потребителей. Так, от трансформатора с номинальной мощностью Sн=1000 кВа при соsφ1 = 0,7 можно получить активной мощности Р1 = Sнcosφ1 = 1000•0,7=700 кВт, а при cosφ2 = 0,95 Р2 = Sнcosφ2= 1000•0,95 = 950 кВт.

В обоих случаях трансформатор будет нагружен полностью до 1000 кВа. Причиной низкого коэффициента мощности на предприятиях являются недогруженные асинхронные двигатели и трансформаторы. Например, асинхронный двигатель при холостом ходе имеет cosφхх примерно равный 0,2, тогда как при загрузке до номинальной мощности соsφн = 0,85.

Для наглядности рассмотрим приближенный треугольник мощности для асинхронного двигателя (рис. 1,г). При холостом ходе асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность, примерно равную 30% номинальной мощности, тогда как потребляемая активная мощность при этом составляет около 15%. Коэффициент мощности поэтому очень низок. С возрастанием нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная меняется незначительно и поэтому cosφ возрастает. Подробнее об этом читайте здесь: Коэффициент мощности электропривода

Основным мероприятием, повышающим значение cosφ, является работа на полную производственную мощность. В этом случае асинхронные двигатели будут работать с коэффициентами мощности, близкими к номинальным величинам.

Мероприятия по повышению коэффициента мощности делятся на две основные группы:

1) не требующие установки компенсирующих устройств и целесообразные во всех случаях (естественные способы);

2) связанные с применением компенсирующих устройств (искусственные способы).

Конденсаторная установка для повышения коэффициента мощности
Конденсаторная установка для повышения коэффициента мощности

К мероприятиям первой группы согласно действующим руководящим указаниям относится упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования и повышению коэффициента мощности. К этим же мероприятиям относится применение синхронных двигателей вместо некоторых асинхронных (установка синхронных двигателей рекомендуется вместо асинхронных всюду, где требуется повышать соsφ).

Читайте также по этой теме: Мощность и потери энергии в цепи переменного тока



Статьи близкие по теме:
  • Коэффициент мощности асинхронного двигателя - от чего зависит и как изменяе ...
  • Как определить экономию электрической энергии при увеличении коэффициента м ...
  • Мощность и потери энергии в цепи переменного тока
  • Повышение коэффициента мощности в цепях синусоидального тока
  • Коэффициент мощности электропривода



  • Школа для электрика | Основы электротехники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электромонтажные работы | Пусконаладочные работы | Эксплуатация электрооборудования

    Статьи и схемы

    » Школа для электрика
    » Электричество для чайников
    » Электробезопасность
    » Электрические схемы
    » Электроснабжение
    » Основы электротехники
    » Основы электроники
    » Электрические машины
    » Электрические аппараты
    » Автоматизация производственных процессов
    » Альтернативная энергетика
    » Заземление и молниезащита
    » Монтаж электрооборудования
    » Наладка электрооборудования
    » Релейная защита и автоматика
    » Ремонт электрооборудования
    » Экономия электроэнергии
    » Эксплуатация электрооборудования
    » Электрические измерения
    » Электрические системы и сети
    » Электрические станции и подстанции
    » Электрическое освещение
    » Электрооборудование промышленных предприятий
    » Электропривод
    » Электротехнические материалы
    » Электротехнология
    » Статьи на разные темы
    » Видеокурсы и другие обучающие материалы

    Селективный дифавтомат IEK АД12S: защита от сверхтоков