В чем отличие коэффициента мощности и коэффициента полезного действия (КПД)

Коэффициент мощности и коэффициент полезного действия (КПД) - это два разных понятия, которые характеризуют разные аспекты работы электрических систем и устройств.

Коэффициент мощности (косинус фи) обозначает отношение активной мощности (мощность, которая используется для работы устройства) к полной мощности (мощность, которую потребляет устройство из источника питания).

Коэффициент мощности показывает, насколько эффективно устройство использует подаваемую ему электрическую мощность. Обычно коэффициент мощности выражается в виде числа от 0 до 1. Чем ближе коэффициент мощности к 1, тем более эффективно работает устройство.

Коэффициент полезного действия (КПД) - это отношение выходной мощности (мощность, которая используется для полезной работы) к входной мощности (мощность, которую потребляет устройство из источника питания).

Коэффициент полезного действия показывает, насколько эффективно устройство преобразует входную энергию в полезную работу. КПД также выражается в виде числа от 0 до 1. Чем ближе КПД к 1, тем более эффективно работает устройство.

Аналоговый ваттметр

В качестве примера отличия коэффициента мощности и коэффициента полезного действия (КПД) можно привести использование электродвигателей в промышленности.

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, чтобы привести в движение какое-либо оборудование. Коэффициент мощности показывает, какая часть полной мощности, потребляемой электродвигателем из сети, используется для производства полезной механической работы, а какая часть уходит на потери, связанные с магнитными полями, тепловыми потерями и т. д. То есть коэффициент мощности характеризует эффективность преобразования электрической энергии в механическую.

Фазометр на электростанции

КПД же отражает соотношение между полезной механической работой, которую производит электродвигатель, и электрической энергией, которую он потребляет из сети. То есть КПД характеризует общую эффективность работы электродвигателя, учитывая как полезную механическую работу, так и потери на тепловыделение, трение и другие факторы.

Таким образом, коэффициент мощности и КПД - это две разные величины, характеризующие разные аспекты работы электродвигателя и других устройств. 

Коэффициент мощности не оказывает существенного влияния на энергопотребление самого устройства, подключенного к электросети, однако он существенно влияет на потери энергии в проводах, а также на местах ее выработки или преобразования.

Это означает, что при использовании электрооборудования с реактивной составляющей, электростанции нужно выделять больше тепла, чем при использовании активной нагрузки. Избыточная передаваемая энергия выделяется в виде тепла в проводах, а на больших объектах, таких как предприятия, потери могут быть довольно значительными.

С другой стороны, КПД напрямую влияет на потребляемую электроприбором активную мощность.

Например, светодиодная лампа, благодаря своему более высокому КПД, потребляет меньше энергии, чем люминесцентная лампа, несмотря на то, что каждая из них может иметь как низкий, так и высокий коэффициент мощности, в зависимости от используемых схемотехнических решений.

Светильник с люминесцентными лампами

Коэффициент мощности у люминесцентных и светодиодных ламп зависит от конструкции их электронных преобразователей (балластов).

У люминесцентных ламп коэффициент мощности может быть низким, так как для их работы необходимо использовать электронные балласты, которые потребляют реактивную мощность и снижают коэффициент мощности.

Однако, в современных электронных балластах для люминесцентных ламп используются компенсационные конденсаторы, которые уменьшают потребляемую реактивную мощность и повышают коэффициент мощности.

У светодиодных ламп коэффициент мощности может быть высоким, так как они не требуют использования электронных балластов, а преобразование напряжения и управление световым потоком осуществляются с помощью электронных компонентов, которые потребляют только активную мощность. Однако, некоторые дешевые модели светодиодных ламп могут иметь низкий коэффициент мощности из-за отсутствия компенсационных элементов.

Таблица с возможным диапазоном значений коэффициента мощности и коэффициента полезного действия для различных типов электротехнического оборудования

Эти значения являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от характеристик и условий работы конкретных устройств.

Промышленный трехфазный асинхронный электродвигатель

Например, коэффициент мощности и коэффициент полезного действия электродвигателя зависят от многих факторов, таких как тип электродвигателя, нагрузка, напряжение, ток, частота и другие факторы.

При работе электродвигателя эти коэффициенты могут изменяться в зависимости от степени нагрузки. Обычно электродвигатель имеет наивысший КПД и наименьший коэффициент мощности при номинальной нагрузке. Однако, если нагрузка на электродвигатель уменьшается или увеличивается, коэффициенты могут изменяться.

Когда электродвигатель работает с низкой нагрузкой, его коэффициент может уменьшаться, а КПД увеличиваться. Это связано с тем, что часть передаваемой энергии превращается в реактивную мощность, которая увеличивает коэффициент, но не увеличивает мощность, необходимую для выполнения работы.

С другой стороны, при высокой нагрузке на электродвигатель, его коэффициент мощности может увеличиваться, а КПД уменьшаться, что связано с увеличением потерь в электродвигателе, связанных с тепловыми и электрическими потерями.

Для того чтобы сохранять высокий коэффициент мощности и КПД электродвигателя, следует выбирать электродвигатель с соответствующей мощностью и размером для конкретной нагрузки и регулярно производить обслуживание и ремонт оборудования, чтобы минимизировать потери энергии и поддерживать оптимальные параметры работы электродвигателя.

Смотрите подробно об этом здесь: От чего зависит и как изменяется коэффициент мощности асинхронного электродвигателя

Таким образом, основное отличие между коэффициентом мощности и коэффициентом полезного действия заключается в том, что первый показывает, как эффективно устройство использует подаваемую ему электрическую мощность, а второй - насколько эффективно устройство преобразует входную энергию в полезную работу.

Смотрите также: Почему мощность трансформатора измеряют в кВа, а двигателя в кВт