ทำความเข้าใจเกี่ยวกับตัวประกอบกำลังและผลกระทบต่อค่าพลังงานของคุณอย่างไร

นอกเหนือจากความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือแล้วควรดำเนินการตามเป้าหมายอื่น ๆ อีกหลายประการรวมถึงประสิทธิภาพในการออกแบบและการใช้งานระบบไฟฟ้า หนึ่งในการวัดประสิทธิภาพในระบบไฟฟ้าคือประสิทธิภาพที่ระบบเปลี่ยนพลังงานที่ได้รับให้เป็นงานที่มีประโยชน์ ประสิทธิภาพนี้แสดงโดยส่วนประกอบของระบบไฟฟ้าที่เรียกว่า Power Factor ปัจจัยอำนาจชี้ให้เห็นว่าอำนาจมากที่เป็นจริงถูกใช้ในการดำเนินงานที่เป็นประโยชน์โดยการโหลดและวิธีการที่อำนาจมากมันคือ“การสูญเสีย” มันเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่อยู่เบื้องหลังค่าไฟฟ้าที่สูงและไฟฟ้าดับ

เพื่อให้สามารถอธิบายตัวประกอบกำลังและความสำคัญในทางปฏิบัติได้อย่างถูกต้องสิ่งสำคัญคือต้องรีเฟรชหน่วยความจำของคุณเกี่ยวกับโหลดไฟฟ้าและส่วนประกอบต่างๆของพลังงานที่มีอยู่

จากคลาสไฟฟ้าพื้นฐานโดยทั่วไปโหลดไฟฟ้าจะมีสองประเภท

โหลด Resistive
โหลดปฏิกิริยา

1. โหลดความต้านทาน

โหลด Resistive เป็นชื่อที่มีความหมายโหลดเหล่านี้จะทำขึ้นจากองค์ประกอบทานอย่างหมดจดสำหรับชนิดของโหลด (พิจารณาเงื่อนไขที่เหมาะสม) นี่พลังงานทั้งหมดที่ให้มามันจะเหือดหายไปสำหรับการทำงานเนื่องจากความจริงที่ว่าในปัจจุบันอยู่ในขั้นตอนที่มีแรงดันไฟฟ้าตัวอย่างที่ดีของโหลดตัวต้านทาน ได้แก่ หลอดไส้และแบตเตอรี่

ส่วนประกอบกำลังที่เกี่ยวข้องกับโหลดตัวต้านทานเรียกว่ากำลังไฟฟ้าจริง พลังที่แท้จริงนี้บางครั้งเรียกว่าพลังการทำงานพลังที่แท้จริงหรือพลังที่แท้จริง หากคุณยังใหม่กับไฟ AC และรู้สึกสับสนกับรูปคลื่นเหล่านี้ขอแนะนำให้อ่านเกี่ยวกับพื้นฐานของ AC เพื่อทำความเข้าใจว่าไฟ AC ทำงานอย่างไร

2. โหลดปฏิกิริยา

ในทางกลับกันโหลดปฏิกิริยามีความซับซ้อนกว่าเล็กน้อย ขณะที่พวกเขาก่อให้เกิดการลดลงของแรงดันไฟฟ้าและวาดปัจจุบันจากแหล่งที่มาที่พวกเขากระจายไม่มีอำนาจที่มีประโยชน์เช่นนี้เพราะอำนาจที่พวกเขาวาดจากอุปทานจะไม่ทำงานนี่คือค่าธรรมเนียมของลักษณะของ Reactive Loads

โหลดปฏิกิริยาอาจเป็นแบบ capacitive หรืออุปนัยก็ได้ ในโหลดอุปนัยพลังงานที่ดึงมาใช้ในการตั้งค่าฟลักซ์แม่เหล็กโดยไม่มีการทำงานโดยตรงในขณะที่โหลดแบบ capacitive พลังงานจะใช้ในการชาร์จตัวเก็บประจุและไม่ได้ผลิตงานโดยตรง อำนาจจึงกระจายไปในโหลดปฏิกิริยาจะเรียกว่าพลังงานปฏิกิริยาโหลดปฏิกิริยาจะมีลักษณะเป็นตัวนำกระแส (โหลดแบบ Capacitive) หรือการล้าหลัง (โหลดอุปนัย) ที่อยู่เบื้องหลังแรงดันไฟฟ้าดังนั้นความแตกต่างของเฟสมักจะเกิดขึ้นระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า

กราฟสองกราฟด้านบนแสดงถึงโหลดอุปนัยและ Capacitiveที่ตัวประกอบกำลังล้าหลังและนำหน้าตามลำดับ การเปลี่ยนแปลงของโหลดทั้งสองประเภทนี้นำไปสู่การมีอยู่ของส่วนประกอบกำลังสามตัวในระบบไฟฟ้าได้แก่

พลังที่แท้จริง
พลังงานปฏิกิริยา
พลังที่ชัดเจน

1. พลังที่แท้จริง

นี่คือกำลังที่เกี่ยวข้องกับโหลดตัวต้านทาน เป็นส่วนประกอบกำลังที่กระจายไปตามประสิทธิภาพของงานจริงในระบบไฟฟ้า ตั้งแต่ความร้อนไปจนถึงแสงสว่าง ฯลฯ แสดงเป็นวัตต์ (W) (พร้อมกับตัวคูณกิโลเมกะวัตต์ฯลฯ) และแสดงสัญลักษณ์ด้วยตัวอักษร P

2. พลังงานปฏิกิริยา

นี่คือพลังงานที่เกี่ยวข้องกับโหลดปฏิกิริยา อันเป็นผลมาจากความล่าช้าระหว่างแรงดันและกระแสในโหลดรีแอกทีฟพลังงานที่ดึงออกมาเป็นปฏิกิริยา (ไม่ว่าจะเป็นแบบ capacitive หรืออุปนัย) จึงไม่เกิดการทำงาน มันจะเรียกว่าพลังงานปฏิกิริยาและหน่วยงานที่เป็นโวลต์แอมแปร์-Reactive (VAR)

3. พลังที่ชัดเจน

ระบบไฟฟ้าทั่วไปประกอบด้วยโหลดทั้งตัวต้านทานและอุปนัยลองนึกถึงหลอดไฟและเครื่องทำความร้อนสำหรับโหลดตัวต้านทานและอุปกรณ์ที่มีมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ ฯลฯ เป็นโหลดอุปนัย ดังนั้นในระบบไฟฟ้าTotal Power คือการรวมกันของส่วนประกอบพลังงานจริงและปฏิกิริยาพลังงานทั้งหมดนี้เรียกอีกอย่างว่าพลังงานที่ปรากฏ

พลังที่ชัดเจนจะได้รับจากผลรวมของพลังจริงและพลังปฏิกิริยา หน่วยของมันคือโวลต์ - แอมป์ (VA)และแทนค่าทางคณิตศาสตร์ด้วยสมการ

พลังที่เห็นได้ชัด = กำลังจริง + กำลังปฏิกิริยา

ในสถานการณ์ที่เหมาะสมกำลังไฟฟ้าจริงที่กระจายไปในระบบไฟฟ้ามักจะมากกว่าพลังงานปฏิกิริยา ภาพด้านล่างแสดงแผนภาพเวกเตอร์ที่วาดโดยใช้ส่วนประกอบพลังงานทั้งสาม

แผนภาพเวกเตอร์นี้สามารถเปลี่ยนเป็นสามเหลี่ยมกำลังได้ดังที่แสดงด้านล่าง

ตัวประกอบกำลังสามารถคำนวณได้โดยการรับมุมทีต้า (ϴ) ที่แสดงด้านบน นี่คือมุมระหว่างพลังจริงและพลังที่เห็นได้ชัด จากนั้นตามกฎโคไซน์ (อยู่ติดกันเหนือด้านตรงข้ามมุมฉาก) ตัวประกอบกำลังสามารถประมาณได้เป็นอัตราส่วนของกำลังจริงต่อกำลังปรากฏ สูตรในการคำนวณตัวประกอบกำลังไฟฟ้าได้รับด้านล่าง

PF = กำลังจริง / กำลังที่เห็นได้ชัดหรือ PF = Cosϴ

เมื่อวางสิ่งนี้เคียงข้างกับสมการเพื่อหาค่ากำลังที่ชัดเจนจะเห็นได้ง่ายว่าการเพิ่มขึ้นของพลังงานปฏิกิริยา (การมีโหลดปฏิกิริยาจำนวนมาก) นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานที่ชัดเจนและค่าที่มากขึ้นสำหรับมุม ϴ ซึ่ง ในที่สุดส่งผลให้ตัวประกอบกำลังต่ำเมื่อได้รับโคไซน์ (cos ϴ) ในทางกลับกันการลดโหลดรีแอกทีฟ (พลังงานรีแอกทีฟ) นำไปสู่ตัวประกอบกำลังที่เพิ่มขึ้นซึ่งบ่งบอกถึงประสิทธิภาพที่สูงในระบบที่มีโหลดปฏิกิริยาน้อยกว่าและในทางกลับกัน ค่าของ Power Factor จะอยู่ระหว่างค่า 0 และ 1 เสมอยิ่งค่าเข้าใกล้ค่าหนึ่งมากเท่าใดประสิทธิภาพของระบบก็จะสูงขึ้นเท่านั้น ในอินเดียค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ในอุดมคติถือว่าเท่ากับ 0.8 ค่าของเพาเวอร์แฟคเตอร์ไม่มีหน่วย

ความสำคัญของตัวประกอบกำลัง

หากค่าของเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำหมายความว่าพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟกำลังสูญเปล่าเนื่องจากไม่ได้ใช้พลังงานจำนวนมากสำหรับงานที่มีความหมาย เนื่องจากโหลดที่นี่ใช้พลังงานปฏิกิริยามากกว่าเมื่อเทียบกับพลังงานจริง สิ่งนี้ทำให้เกิดความเครียดบนระบบจ่ายซึ่งทำให้เกิดการโอเวอร์โหลดในระบบจำหน่ายเนื่องจากทั้งกำลังไฟฟ้าจริงที่ต้องการโดยโหลดและพลังงานปฏิกิริยาที่ใช้เพื่อตอบสนองโหลดรีแอกทีฟจะถูกดึงออกจากระบบ

ความเครียดและ "การสิ้นเปลือง" นี้มักจะนำไปสู่ค่าไฟฟ้าจำนวนมากสำหรับผู้บริโภค (โดยเฉพาะผู้บริโภคในอุตสาหกรรม) เนื่องจาก บริษัท สาธารณูปโภคคำนวณการใช้พลังงานในรูปของพลังงานที่ชัดเจนดังนั้นพวกเขาจึงต้องจ่ายค่าไฟซึ่งไม่ได้ใช้เพื่อให้ได้งานที่ "มีความหมาย" ใด ๆ. บาง บริษัท ยังปรับผู้บริโภคของตนหากพวกเขาดึงพลังงานปฏิกิริยามากขึ้นเนื่องจากจะทำให้เกิดการโอเวอร์โหลดในระบบ ค่าปรับนี้กำหนดขึ้นเพื่อลดปัจจัยด้านกำลังไฟฟ้าที่ต่ำซึ่งทำให้โหลดที่ใช้ในอุตสาหกรรม

แม้ในสถานการณ์ที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของ บริษัท จัดหาพลังงานให้เสียเงินไปกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใหญ่กว่าสายเคเบิลขนาดใหญ่และอื่น ๆ ที่จำเป็นในการจ่ายไฟเมื่อจำนวนที่เหมาะสมกำลังจะสูญเปล่า เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้ได้ดีขึ้นให้พิจารณาตัวอย่างด้านล่าง

โรงงานที่ดำเนินการโหลด 70kW สามารถขับเคลื่อนได้สำเร็จโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า / หม้อแปลงและสายเคเบิลที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 70 kVA หากโรงงานทำงานโดยใช้ตัวประกอบกำลัง 1 แต่ถ้าตัวประกอบกำลังลดลงเหลือ 0.6 แล้วแม้จะมีโหลดเท่ากันก็ตาม 70KW เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่หรือหม้อแปลงที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 116.67 kVA (70 / 0.6) เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า / หม้อแปลงจะต้องจ่ายพลังงานเพิ่มเติมสำหรับโหลดปฏิกิริยา นอกจากความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างมากขนาดของสายเคเบิลที่ใช้ก็จะต้องเพิ่มขึ้นด้วยซึ่งจะทำให้ต้นทุนอุปกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างมากและการสูญเสียพลังงานที่เพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากความต้านทานตามตัวนำ การลงโทษสำหรับเรื่องนี้นอกเหนือไปจากค่าไฟฟ้าที่สูงในบางประเทศเนื่องจาก บริษัท ที่มีปัจจัยด้านกำลังไม่ดีมักจะได้รับเงินจำนวนมากเพื่อสนับสนุนการแก้ไข

การปรับปรุง Power Factor

จากทั้งหมดที่ได้กล่าวมาคุณจะเห็นด้วยกับฉันว่าการแก้ไขปัจจัยด้านพลังงานที่ไม่ดีนั้นสมเหตุสมผลกว่าการจ่ายค่าไฟฟ้าจำนวนมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังคาดว่าค่าไฟฟ้ามากกว่า 40% สามารถประหยัดได้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และโรงงานผลิตหากปัจจัยด้านพลังงานได้รับการแก้ไขและรักษาระดับต่ำ

นอกเหนือจากการลดต้นทุนสำหรับผู้บริโภคแล้วการใช้ระบบที่มีประสิทธิภาพยังก่อให้เกิดความน่าเชื่อถือโดยรวมและประสิทธิภาพของโครงข่ายไฟฟ้าเนื่องจาก บริษัท สาธารณูปโภคสามารถลดการสูญเสียในสายงานและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาในขณะเดียวกันก็ประสบกับการลดจำนวนหม้อแปลงและ โครงสร้างพื้นฐานการสนับสนุนที่คล้ายกันซึ่งจำเป็นสำหรับการดำเนินงาน

การคำนวณค่ากำลังไฟฟ้าสำหรับโหลดของคุณ

ขั้นตอนแรกในการแก้ไขตัวประกอบกำลังคือการกำหนดตัวประกอบกำลังสำหรับโหลดของคุณ สามารถทำได้โดย;

1. การคำนวณกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยาโดยใช้รายละเอียดปฏิกิริยาของโหลด

2. การกำหนดกำลังที่แท้จริงที่กระจายไปโดยโหลดและรวมเข้ากับกำลังไฟฟ้าที่ชัดเจนเพื่อให้ได้ตัวประกอบกำลัง

3. การใช้เครื่องวัดกำลังไฟฟ้า

เครื่องวัดกำลังไฟฟ้าส่วนใหญ่จะใช้เนื่องจากช่วยให้ได้รับตัวประกอบกำลังได้อย่างง่ายดายในการตั้งค่าระบบขนาดใหญ่ซึ่งการกำหนดรายละเอียดปฏิกิริยาของโหลดและกำลังไฟฟ้าจริงที่กระจายไปอาจเป็นเส้นทางที่ยากลำบาก

ด้วยตัวประกอบกำลังที่ทราบกันแล้วคุณสามารถดำเนินการแก้ไขได้โดยปรับให้ใกล้เคียงกับ 1 มากที่สุด n ตัวประกอบกำลังที่แนะนำโดย บริษัท จัดหาไฟฟ้ามักจะอยู่ระหว่าง 0.8 ถึง 1 และสามารถทำได้ก็ต่อเมื่อคุณใช้งานเกือบหมดจด โหลดตัวต้านทานหรือรีแอคแตนซ์อุปนัย (โหลด) ในระบบเท่ากับรีแอคแตนซ์ความจุเนื่องจากทั้งสองจะตัดซึ่งกันและกันออก

เนื่องจากการใช้โหลดอุปนัยเป็นสาเหตุที่พบบ่อยกว่าสำหรับตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตั้งค่าอุตสาหกรรม (เนื่องจากการใช้มอเตอร์หนักเป็นต้น) หนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ไขตัวประกอบกำลังคือการยกเลิก รีแอคแตนซ์อุปนัยผ่านการใช้ตัวเก็บประจุแก้ไขซึ่งแนะนำรีแอคแตนซ์ความจุในระบบ

ตัวเก็บประจุแก้ไขตัวประกอบกำลังทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดกระแสรีแอกทีฟตอบโต้ / หักล้างพลังงานที่ "สิ้นเปลือง" โดยโหลดอุปนัย อย่างไรก็ตามต้องคำนึงถึงการออกแบบอย่างรอบคอบเมื่อใส่ตัวเก็บประจุเหล่านี้ในการตั้งค่าเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานที่ราบรื่นกับอุปกรณ์เช่นไดรฟ์ความเร็วตัวแปรและความสมดุลที่มีประสิทธิภาพกับต้นทุน ขึ้นอยู่กับสิ่งอำนวยความสะดวกและการกระจายโหลดการออกแบบอาจประกอบด้วยตัวเก็บประจุที่มีค่าคงที่ซึ่งติดตั้งที่จุดโหลดอุปนัยหรือธนาคารตัวเก็บประจุแบบแก้ไขอัตโนมัติที่ติดตั้งบนบัสบาร์ของแผงกระจายสำหรับการแก้ไขแบบรวมศูนย์ซึ่งมักจะคุ้มค่ากว่าในระบบขนาดใหญ่

การใช้ตัวเก็บประจุแก้ไขตัวประกอบกำลังในการตั้งค่ามีข้อเสียโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไม่ได้ใช้ตัวเก็บประจุที่ถูกต้องหรือระบบไม่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม การใช้ตัวเก็บประจุอาจทำให้เกิด“ แรงดันไฟฟ้าเกิน” ในช่วงสั้น ๆ เมื่อเปิดเครื่องซึ่งอาจส่งผลต่อการทำงานที่เหมาะสมของอุปกรณ์เช่นไดรฟ์แบบปรับความเร็วรอบได้ทำให้พวกมันดับลงเป็นระยะ ๆ หรือทำให้ฟิวส์ของตัวเก็บประจุบางตัวระเบิด อย่างไรก็ตามสามารถแก้ไขได้โดยพยายามปรับเปลี่ยนลำดับการควบคุมการสลับในกรณีของไดรฟ์ความเร็วหรือการกำจัดกระแสฮาร์มอนิกในกรณีของฟิวส์

Unity Power Factor และเหตุใดจึงไม่สามารถใช้งานได้จริง

เมื่อค่าของ Power Factor ของคุณเท่ากับ 1 ดังนั้น Power Factor จะถูกกล่าวว่าเป็นUnity Power Factorอาจเป็นเรื่องยากที่จะได้รับตัวประกอบกำลังที่เหมาะสมที่สุดเป็น 1 แต่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะได้รับเนื่องจากไม่มีระบบใดที่เหมาะอย่างแท้จริง ในแง่หนึ่งไม่มีโหลดใด ๆ ที่เป็นตัวต้านทานแบบ capacitive หรืออุปนัย ทุกโหลดประกอบด้วยองค์ประกอบบางอย่างขององค์ประกอบอื่น ๆ ไม่ว่าจะเล็กแค่ไหนก็ตามโดยทั่วไปช่วงเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่สามารถรับรู้ได้ทั่วไปจะสูงถึง 0.9 / 0.95 เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติกาฝากขององค์ประกอบ RLC ในบทความ ESR และ ESL พร้อมตัวเก็บประจุแล้ว

เพาเวอร์แฟคเตอร์เป็นตัวกำหนดว่าคุณใช้พลังงานได้ดีเพียงใดและคุณจ่ายเป็นค่าไฟฟ้าเท่าใด (โดยเฉพาะสำหรับอุตสาหกรรม) โดยการขยายธุรกิจนี้เป็นผู้สนับสนุนหลักในต้นทุนการดำเนินงานและอาจเป็นปัจจัยที่อยู่เบื้องหลังอัตรากำไรที่ลดลงซึ่งคุณไม่ได้ให้ความสนใจ การปรับปรุงตัวประกอบกำลังของระบบไฟฟ้าของคุณสามารถช่วยลดค่าไฟฟ้าและทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพสูงสุด