Cos'è il fattore di potenza (coseno Phi)

Il fattore di potenza di una persona fisica (coseno phi) è il seguente. Come sapete, in un circuito CA ci sono generalmente tre tipi di carico o tre tipi di alimentazione (tre tipi di corrente, tre tipi di resistenza). Le potenze P attiva, Q reattiva e C totale sono correlate rispettivamente alla resistenza attiva r, reattiva x e z totale.

È noto dal corso di ingegneria elettrica che la resistenza è chiamata attiva, in cui il calore viene rilasciato quando passa la corrente. La resistenza attiva è associata alle perdite di potenza attiva dPnUguale al quadrato della corrente moltiplicato per la resistenza dPn = Az2r W

Reattanza quando la corrente scorre attraverso di esso, non provoca perdite. Questa resistenza è dovuta all'induttanza L e alla capacità C.

La resistenza induttiva e capacitiva sono due tipi di reattanza e sono espresse dalle seguenti formule:

• reattanza o resistenza induttiva,

• resistenza capacitiva o capacità,

Quindi x = xL — НС° С… Ad esempio, se nel circuito xL= 12 Ohm, xc = 7 Ohm, quindi la reattanza del circuito x = xL — NSc= 12 — 7 = 5 Ohm.

Riso. 1. Illustrazioni per spiegare l'essenza del coseno «phi»: a — circuito di connessione in serie di r e L in un circuito di corrente alternata, b — triangolo di resistenza, c — triangolo di potenza, d — triangolo di potenza a valori diversi ​di potenza attiva.

L'impedenza z include resistenza e reattanza. Per una connessione in serie di r e L (Fig. 1, a), viene rappresentato graficamente un triangolo di resistenza.

Se i lati di questo triangolo vengono moltiplicati per il quadrato della stessa corrente, il rapporto non cambierà, ma il nuovo triangolo sarà un triangolo di capacità (Fig. 1, c). Controlla maggiori dettagli qui - Triangoli di resistenze, tensioni e potenze

Come si vede dal triangolo, in un circuito in corrente alternata si verificano generalmente tre potenze: P attiva, Q reattiva e S totale

P = Az2r = UIcosphy W,B = Az2x = Az2NSL — I2x° C = UIsin Var, S = Az2z = UIWhat.

La potenza attiva può essere chiamata potenza di lavoro, cioè "riscalda" (emissione di calore), "accende" (illuminazione elettrica), "si muove" (azionamenti di motori elettrici), ecc. Si misura allo stesso modo della potenza costante , in watt.

Sviluppato Potenza attivaB completamente senza lasciare traccia viene consumato nei ricevitori e nei cavi alla velocità della luce, quasi istantaneamente. Questo è uno dei tratti caratteristici della potenza attiva: quanta ne viene generata, tanta viene consumata.

La potenza reattiva Q non viene consumata e rappresenta l'oscillazione dell'energia elettromagnetica in un circuito elettrico.Il flusso di energia dalla sorgente al ricevitore e viceversa è correlato al flusso di corrente attraverso i fili e, poiché i fili hanno una resistenza attiva, vi sono perdite in essi.

Pertanto, con la potenza reattiva, non viene svolto lavoro, ma si verificano perdite, che a parità di potenza attiva, maggiore è, minore è il fattore di potenza (cosphi, coseno «phi»).

Un esempio. Determinare la perdita di potenza in una linea con resistenza rl = 1 ohm se la potenza P = 10 kW viene trasmessa attraverso di essa a una tensione di 400 V una volta a cosphi1 = 0,5 e la seconda volta a cosphi2 = 0,9.

Risposta. Corrente nel primo caso I1 = P / (Ucosphi1) = 10/(0.4•0.5) = 50 A.

Potenza dissipata dP1 = Az12rl = 502•1 = 2500 W = 2,5 kW.

Nel secondo caso, la corrente Az1 = P / (Ucosphi2) = 10/(0.4•0.9) = 28 A.

Potenza dissipata dP2 = Az22rl = 282•1 = 784 W = 0,784 kW, cioè nel secondo caso la perdita di potenza è 2,5 / 0,784 = 3,2 volte minore solo perché il valore del cosfi è maggiore.

Il calcolo mostra chiaramente che maggiore è il valore del coseno «phi», minore è la perdita di energia e minore è la necessità di posizionare metalli non ferrosi durante l'installazione di nuovi impianti.

Aumentando il coseno «phi» abbiamo tre obiettivi principali:

1) risparmio di energia elettrica,

2) risparmio di metalli non ferrosi,

3) massimo utilizzo della potenza installata di generatori, trasformatori ed in generale motori AC.

L'ultima circostanza è confermata dal fatto che, ad esempio, dallo stesso trasformatore è possibile ottenere più potenza attiva, maggiore è il valore di cosfi utilizzatori.Quindi, da un trasformatore di potenza nominale Sn= 1000 kVa a cosfi1 = 0,7 si ottiene la potenza attiva P1 = Снcosfie1 = 1000 • 0,7 = 700 kW, e a cosfi2 = 0,95 R2 = Сncosfi2= 1000 • 0,95 = 950 kW.

In entrambi i casi il trasformatore sarà a pieno carico a 1000 kVA. I motori a induzione ei trasformatori sottocarico sono la causa del basso fattore di potenza nelle fabbriche. Ad esempio, un motore a induzione al minimo ha cosfixx pari a circa 0,2, mentre caricato alla potenza nominale sfin = 0,85.

Per maggiore chiarezza, si consideri un triangolo di potenza approssimativo per un motore a induzione (Fig. 1, d). Durante il funzionamento a vuoto, il motore a induzione consuma una potenza reattiva pari a circa il 30% della potenza nominale, mentre la potenza attiva consumata in questo caso è di circa il 15%. Pertanto, il fattore di potenza è molto basso. All'aumentare del carico, la potenza attiva aumenta e la potenza reattiva cambia marginalmente e quindi il cosfi aumenta. Per saperne di più qui: Fattore di potenza dell'azionamento

L'attività principale che accresce il valore di cosfi è quella di operare a pieno regime produttivo. In questo caso i motori asincroni funzioneranno con fattori di potenza prossimi ai valori nominali.

Le attività di miglioramento del fattore di potenza sono suddivise in due gruppi principali:

1) non richiede l'installazione di dispositivi di compensazione e adatto in tutti i casi (metodi naturali);

2) relativo all'uso di dispositivi di compensazione (metodi artificiali).

Unità motocondensante per aumentare il fattore di potenza

Le attività del primo gruppo, secondo le linee guida attuali, comprendono la razionalizzazione del processo tecnologico, che porta al miglioramento della modalità energetica degli apparati e all'aumento del fattore di potenza. Le stesse misure prevedono l'utilizzo di motori sincroni al posto di alcuni asincroni (l'installazione di motori sincroni al posto di quelli asincroni è consigliata ove necessario per aumentare l'efficienza).

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