Power Factor berekenen

Zoals eerder vermeld, geeft de hoek van deze "krachtdriehoek" grafisch de verhouding aan tussen de hoeveelheid gedissipeerd (of verbruikt ) vermogen en de hoeveelheid opgenomen/geretourneerd vermogen.

Het is toevallig ook dezelfde hoek als die van de impedantie van het circuit in polaire vorm. Wanneer uitgedrukt als een breuk, wordt deze verhouding tussen werkelijk vermogen en schijnbaar vermogen de vermogensfactor genoemd voor dit circuit.

Omdat het werkelijke vermogen en het schijnbare vermogen respectievelijk de aangrenzende en schuine zijde van een rechthoekige driehoek vormen, is de arbeidsfactorverhouding ook gelijk aan de cosinus van die fasehoek. Waarden gebruiken uit het laatste voorbeeldcircuit:

Opgemerkt moet worden dat de arbeidsfactor, net als alle verhoudingsmetingen, een eenheidsloos . is hoeveelheid.

Waarden vermogensfactor

Voor het puur resistieve circuit is de arbeidsfactor 1 (perfect), omdat het reactieve vermogen gelijk is aan nul. Hier zou de machtsdriehoek eruitzien als een horizontale lijn, omdat de tegenoverliggende zijde (reactief vermogen) een lengte van nul zou hebben.

Voor het puur inductieve circuit is de arbeidsfactor nul, omdat het werkelijke vermogen gelijk is aan nul. Hier zou de machtsdriehoek eruitzien als een verticale lijn, omdat de aangrenzende (echte machts) zijde nul lengte zou hebben.

Hetzelfde kan gezegd worden voor een puur capacitieve schakeling. Als er geen dissipatieve (resistieve) componenten in het circuit zijn, moet het werkelijke vermogen gelijk zijn aan nul, waardoor elk vermogen in het circuit puur reactief wordt.

De vermogensdriehoek voor een puur capacitief circuit zou opnieuw een verticale lijn zijn (naar beneden wijzend in plaats van omhoog zoals het was voor het puur inductieve circuit).

Belang van arbeidsfactor

Arbeidsfactor kan een belangrijk aspect zijn om te overwegen in een wisselstroomcircuit, omdat een arbeidsfactor van minder dan 1 betekent dat de bedrading van het circuit meer stroom moet voeren dan nodig zou zijn met nul reactantie in het circuit om dezelfde hoeveelheid (echte ) voeding naar de ohmse belasting.

Als ons laatste voorbeeldcircuit puur resistief was geweest, hadden we een volledige 169.256 watt aan de belasting kunnen leveren met dezelfde 1.410 ampère stroom, in plaats van de loutere 119.365 watt die het momenteel dissipeert met dezelfde stroomhoeveelheid. /P>

De slechte arbeidsfactor zorgt voor een inefficiënt stroomvoorzieningssysteem.

Slechte arbeidsfactor

Een slechte arbeidsfactor kan paradoxaal genoeg worden gecorrigeerd door een andere belasting aan het circuit toe te voegen die een gelijke en tegengestelde hoeveelheid reactief vermogen trekt, om de effecten van de inductieve reactantie van de belasting teniet te doen.

Inductieve reactantie kan alleen worden geannuleerd door capacitieve reactantie, dus we moeten een condensator toevoegen parallel aan ons voorbeeldcircuit als de extra belasting.

Het effect van deze twee tegengestelde reactanties parallel is dat de totale impedantie van het circuit gelijk wordt aan de totale weerstand (om de fasehoek van de impedantie gelijk te maken aan, of in ieder geval dichter bij nul).

Aangezien we weten dat het (ongecorrigeerde) blindvermogen 119,998 VAR (inductief) is, moeten we de juiste condensatorgrootte berekenen om dezelfde hoeveelheid (capacitief) blindvermogen te produceren.

Omdat deze condensator direct parallel staat met de bron (van bekende spanning), gebruiken we de vermogensformule die begint met spanning en reactantie:

Laten we een afgeronde condensatorwaarde van 22 µF gebruiken en kijken wat er met ons circuit gebeurt:(figuur hieronder)

Parallelle condensator corrigeert achterblijvende arbeidsfactor van inductieve belasting. V2- en knooppuntnummers:0, 1, 2 en 3 zijn SPICE-gerelateerd en kunnen voorlopig worden genegeerd.

De arbeidsfactor voor het circuit is over het algemeen aanzienlijk verbeterd. De hoofdstroom is verlaagd van 1,41 ampère naar 994,7 milliampère, terwijl het gedissipeerde vermogen bij de belastingsweerstand onveranderd blijft op 119.365 watt. De arbeidsfactor is veel dichter bij 1:

Omdat de impedantiehoek nog steeds een positief getal is, weten we dat het circuit over het algemeen nog steeds meer inductief is dan capacitief.

Als onze inspanningen voor de correctie van de arbeidsfactor perfect op het doel waren geweest, zouden we zijn aangekomen bij een impedantiehoek van precies nul, of puur resistief.

Als we een te grote condensator parallel hadden toegevoegd, zouden we een negatieve impedantiehoek hebben gekregen, wat aangeeft dat het circuit meer capacitief dan inductief was.

Een SPICE-simulatie van het circuit van (Figuur hierboven) laat zien dat de totale spanning en totale stroom bijna in fase zijn.

Het SPICE-circuitbestand heeft een spanningsbron van nul volt (V2) in serie met de condensator, zodat de condensatorstroom kan worden gemeten.

De starttijd van 200 msec (in plaats van 0) in de verklaring voor tijdelijke analyse zorgt ervoor dat de DC-omstandigheden zich kunnen stabiliseren voordat gegevens worden verzameld. Zie SPICE-lijst "pf.cir-vermogensfactor".

Pf .cir arbeidsfactor V1 1 0 sin(0 170 60) C1 1 3 22uF v2 3 0 0 L1 1 2 160mH R1 2 0 60 # resolutie stop start .tran 1m 200m 160m .einde 

De nootmuskaatgrafiek van de verschillende stromen met betrekking tot de aangelegde spanning V_totaal wordt weergegeven in (figuur hieronder). De referentie is V_totaal , waarmee alle andere metingen worden vergeleken.

Dit komt omdat de aangelegde spanning, V_totaal , verschijnt over de parallelle takken van het circuit. Er is geen enkele stroom die alle componenten gemeen hebben.

We kunnen die stromen vergelijken met V_totaal .

Nul fasehoek vanwege in-fase V_totaal en ik_totaal . De achterblijvende I_L met betrekking tot V_totaal wordt gecorrigeerd door een leidende I_C .

Merk op dat de totale stroom (I_totaal ) is in fase met de aangelegde spanning (V_totaal ), wat een fasehoek van bijna nul aangeeft. Dit is geen toeval.

Merk op dat de achterblijvende stroom, I_L van de spoel zou ervoor hebben gezorgd dat de totale stroom ergens tussen (I_totaal ) en ik_L . De leidende condensatorstroom, I_C , compenseert de achterblijvende spoelstroom.

Het resultaat is een totale stroomfasehoek ergens tussen de spoel- en condensatorstromen. Bovendien is die totale stroom (I_totaal ) moest in fase zijn met de totale aangelegde spanning (V_totaal ), door de berekening van een geschikte condensatorwaarde.

Aangezien de totale spanning en stroom in fase zijn, zal het product van deze twee golfvormen, vermogen, altijd positief zijn gedurende een cyclus van 60 Hz, echt vermogen zoals in de bovenstaande afbeelding.

Als de fasehoek niet naar nul was gecorrigeerd (PF =1), zou het product negatief zijn geweest waar positieve delen van de ene golfvorm de negatieve delen van de andere overlapten, zoals in de bovenstaande afbeelding. Negatief vermogen wordt teruggevoerd naar de generator.

Het kan niet worden verkocht; het verspilt echter wel stroom aan de weerstand van elektrische leidingen tussen belasting en generator. De parallelle condensator corrigeert dit probleem.

Merk op dat de vermindering van lijnverliezen van toepassing is op de lijnen van de generator naar het punt waar de arbeidsfactorcorrectiecondensator wordt toegepast. Met andere woorden, er is nog steeds een circulatiestroom tussen de condensator en de inductieve belasting.

Dit is normaal gesproken geen probleem omdat de correctie van de arbeidsfactor dicht bij de storende belasting wordt toegepast, zoals een inductiemotor.

Opgemerkt moet worden dat te veel capaciteit in een AC-circuit zal resulteren in een lage arbeidsfactor, net zo goed als te veel inductantie.

U moet oppassen dat u niet te veel corrigeert bij het toevoegen van capaciteit aan een AC-circuit. Je moet ook erg . zijn zorg ervoor dat u de juiste condensatoren voor de taak gebruikt (geschikt voor spanningen in het voedingssysteem en af ​​en toe een spanningspiek door blikseminslag, voor continue AC-service en in staat om de verwachte stroomniveaus aan te kunnen).

Als een circuit overwegend inductief is, zeggen we dat de arbeidsfactor achterblijft (omdat de huidige golf voor het circuit achterblijft bij de aangelegde spanningsgolf).

Omgekeerd, als een circuit overwegend capacitief is, zeggen we dat de arbeidsfactor leidend is . Ons voorbeeldcircuit begon dus met een arbeidsfactor van 0,705 achterblijvend en werd gecorrigeerd naar een arbeidsfactor van 0,999 achterblijvend.

BEOORDELING:

• De slechte arbeidsfactor in een wisselstroomcircuit kan worden "gecorrigeerd" of hersteld tot een waarde dichtbij 1, door een parallelle reactantie toe te voegen die tegengesteld is aan het effect van de reactantie van de belasting. Als de reactantie van de belasting inductief van aard is (wat bijna altijd zo zal zijn), parallelle capaciteit is wat nodig is om een ​​slechte arbeidsfactor te corrigeren.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Wisselstroom