Коэффициент мощности определение и расчет

Коэффициент мощности это комплексный параметр, характеризующий возникающие в электросети потери энергии, обусловленные нелинейными и фазовыми искажениями напряжения и тока в нагрузке, численно равный отношению активной мощности к полной мощности нагрузки.
Коэффициент мощности общие сведения

Как мы уже знаем из предыдущих лекций по электротехнике электрическая цепь может иметь чисто активную, реактивную и смешанную нагрузку. Угол сдвига между напряжением и током – это и есть угол φ. А косинус фи принято называть коэффициентом мощности.

При чисто активной нагрузке, например при подсоединенной лампы накаливания, косинус фи (cosφ) будет равен единице, так как угол φ равен нулю. При емкостном характере в нагрузке, протекающий ток будет опережать напряжение, а при индуктивной наоборот. Если в электрическую цепь поставить идеальную индуктивность, то угол между протекающим током и напряжением составит 90 градусов.

электрическая цепь с активной и индуктивной нагрузкой

В рассмотренном выше примере понятие коэффициента мощности возникает из-за индуктивной нагрузки. На практике чисто индуктивная нагрузка невозможна в принципе, должно быть хоть какое-то небольшое активное сопротивление, то есть в реальных условиях нужно рассматривать смешанную нагрузку.

Коэффициент мощности в виде формулы можно записать, как отношение активной мощности (P) к полной (S):

cosφ=P/S

Если косинус фи равен единице, то это идеальный показатель при чисто активной нагрузке, cosφ=0,9 считается очень хорошим значением, а на предприятиях пытаются достичь cosφ=0,8.

Чего пытаются достичь повышая косинус "фи"

Повышая коэффициент мощности пытаются добиться следующих основных целей:

Сокращение расходов на электрическую энергию
Экономию цветных металлов за счет уменьшения диаметра медных проводов
Максимум применения заданной мощности трансформаторов, генераторов и электродвигателей переменного тока.

Так, например, от одного и того же трансформатора можно получить больше активной мощности потребителей, при большем значении величины косинуса фи. Так, от трансформатора с номинальной по паспорту мощностью Sн=1000 кВа при соsφ = 0,7 можно достичь активной мощности Р1 = Sнcosφ = 1000•0,7=700 кВт, а при cosφ = 0,95 активная мощность будет равна Р2 = Sнφ= 1000•0,95 = 950 кВт.

Причем в обоих примерах трансформатор будет нагружен полностью до 1000 кВа. Причиной малого коэффициента мощности на производствах являются недогруженные трансформаторы и асинхронные электродвигатели. Допустим, асинхронный двигатель при ХХ имеет cosφхх равный 0,2, тогда как при загрузке до своей номинальной мощности его соsφн = 0,85.

Для наглядности рассмотрим приближенный рисунок треугольника мощности для асинхронного двигателя. При XX асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность, равную 30% номинальной мощности, тогда как потребляемая активная мощность составляет около 15%. Коэффициент мощности в данном случае достаточно мал. С ростом нагрузки активная мощность также растет, а реактивная меняется совсем немного и поэтому cosφ возрастает.

треугольник мощности для асинхронного двигателя

Основным мероприятием, повышающим cosφ, является работа совершаемая на полную производственную мощность. В данном случае асинхронные ЭД будут работать с cosφ, близкими к номинальным величинам.

Мероприятия по повышению cosφ можно условно поделить на два основных типа:

К первому типу относятся мероприятия не требующие установки компенсирующих схем и целесообразные во всех случаях. К ним можно отнести упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования и повышению cosφ, использование синхронных ЭД вместо асинхронных. Ко второй группе относятся мероприятия связанные с использованием компенсирующих устройств и схем (искусственные методы).
Видеоурок по теме коэффициент мощности