Güç faktörü nedir? Bir makalede açıklayın
Güç faktörü (Güç Faktörü, elektrikli ekipmanın verimini ölçen bir katsayıdır. Büyüklüğü devrenin yük özelliklerine bağlıdır.Örneğin, akkor ampuller ve direnç fırınları gibi dirençli yüklerin güç faktörü 1'dir. Genel olarak, endüktif yüklere sahip devrelerin güç faktörü tümüdür 1'den az Güç faktörü düşüktür, reaktif gücün büyük olduğunu gösterir, bu da ekipmanın kullanım oranını düşürür ve hattaki güç kaynağı kaybını artırır.
İnternette güç faktörünün tartışılmasıyla ilgili de birçok makale var, ancak birçok insanın hala bazı kavramlar hakkında yanlış anlamaları var, bu da sistemin tasarımına çok fazla zarar verecek ve burada açıklığa kavuşturmak gerekiyor.
1. Güç faktörünün kökeni ve anlamı
Elektrik alanında üç temel yük türü vardır: direnç, kapasitans ve endüktans. Dirençler, güç tüketen cihazlardır ve kapasitörler ve indüktörler, güç depolayan cihazlardır. Saf dirençli yükte günlük olarak kullanılan alternatif akımın voltajı ve akımı, Şekil 1 (a) 'da gösterildiği gibi faz farkıdır, yani faz farkı q = 0 °; alternatif akımın saf kapasitif yük üzerindeki voltaj ve akım ilişkisi, mevcut önde gelen voltajdır. Şekil 1 (b) 'de gösterildiği gibi 90 ° (q = 90 °); Alternatif akımın saf endüktif yük üzerindeki voltaj ve akım ilişkisi, akımın Şekil 1 (c)' de gösterildiği gibi voltajı 90 ° (q = -90 °) geciktirmesidir. Göstermek.
Güç faktörünün tanımı:
(1)
Dirençli yük üzerindeki aktif güç, görünen güçtür, yani ikisi eşittir, bu nedenle F = 1 güç faktörü. Saf kapasitif ve saf endüktif yükler arasındaki akım ve gerilim faz farkı 90 ° 'dir, dolayısıyla güç faktörü F = cosq = cos90 ° = 0, yani saf kapasitif ve saf endüktif yükler üzerindeki aktif güç sıfırdır.
Buradan bir problem görülebilir, aynı zamanda bir güç kaynağıdır ve farklı tipteki yükler için çıkış gücünün boyutu ve niteliği farklıdır, bu nedenle güç kaynağının çıkışını yükün niteliğinin belirlediği söylenebilir. Başka bir deyişle, bir su kulesinin su akışının musluğun açılma derecesine bağlı olması gibi, güç kaynağının çıkışı, güç kaynağına bağlı değildir.
Yukarıdaki tartışmadan güç faktörünün, yükün doğasını ve boyutunu karakterize eden bir parametre olduğu görülebilir. Ve genel olarak konuşursak, bir kişinin sadece bir kimlik numarasına sahip olması gibi, bir yükün de tek bir yapısı vardır. Bu özelliğin belirlenmesi, yükün giriş gücü faktörü olarak adlandırılan yükün giriş ucundan görülür. Bir yük devresi tamamlandığında, giriş güç faktörü sabitlenir.
Örneğin, UPS, altı darbeli doğrultucu giriş UPS gibi önceki ana şebeke veya jeneratörlerin yükü olarak kullanılır, giriş güç faktörü, ön tarafın ana şebeke veya jeneratör olmasına bakılmaksızın 0,8'dir, örneğin 100 kVA görünen güç girişi gereklidir. Ön güç kaynağından 80kW aktif güç ve 60kvar reaktif güç isteyin. UPS giriş güç faktörü 0,6 ise, önceki güç kaynağından 60kW aktif güç ve 80kvar reaktif güç istemeniz gerekir. Bunun gibi çıkış dağıtımı için, önceki güç kaynağının belirlenmesi "yetkisiz" dir.
2. UPS yükü güç faktörünün çıkış kapasitesini karakterize eden parametre
1. Yük güç faktörü yanlışlıkla "çıkış güç faktörü" olarak adlandırılır
UPS bire bir üretilemez ve piyasada spot satışa hazırlanmak için, farklı güç faktörlerine ve güç özelliklerine sahip bir grup veya makine grubu, mevcut elektrikli cihazların biçim ve ölçeğine göre önceden üretilmelidir. Bir parti veya birkaç UPS grubunun ön imalatının temeli yük güç faktörüdür. UPS'nin yük güç faktörü, yükün giriş güç faktörüne eşit olduğunda, buna mükemmel eşleşme denir ve UPS tüm gücü verebilir. Uyumsuz bir yük ile karşılaşıldığında, kullanım için değeri düşürülmelidir. Şekil 2, UPS yük güç faktörü ile yük giriş güç faktörü arasındaki ilişkiyi gösterir.
Bazıları yanlışlıkla UPS'nin yük güç faktörünü UPS'in çıkış güç faktörü olarak adlandırır. Bu yanlış anlamanın kaynağı, muhtemelen UPS'in bir giriş güç faktörüne sahip olması nedeniyle, bir çıkış güç faktörüne sahip olması gerektiğini düşünmektedir.Bu şekilde, biri girdi açısından diğeri çıktı açısından olmak üzere iki tür UPS özelliği vardır. , Devrenin doğasının benzersizliğini yanlış anladım. KGK'nın çıkış güç faktörü olduğundan, daha önce de belirtildiği gibi, KGK 100kVA çıkış yapabiliyorsa, güç faktörü ile gösterilen aktif güç ve reaktif güç, herhangi bir yük koşulu altında verilmelidir. Örneğin çıkış güç faktörü olarak adlandırılan değer 0,8 olduğunda, herhangi bir yük koşulu altında 80kW aktif güç ve 60kvar reaktif güç verilebilir. Ancak durum bu değil. Örneğin, bu durum sık sık meydana gelir, 0,8 yük güç faktörüne sahip 100kVA bir UPS doğrusal bir yük taşırken, aşırı yük nedeniyle baypas edilecektir.Bu bunlardan biri, diğeri ise güç faktörü ölçer ile UPS çıkışını ölçerken. , Yük doğrusal olduğunda güç faktörü değeri 1'dir ve diyot doğrultucu filtre girişli IT yükü olduğunda güç faktörü değeri 0,7'dir, nasıl olur da 0,8 olamaz! Aslında her iki durumda da ölçülen yük 0,8'lik bir giriş güç faktörü ile yüklenmedikçe, 0,8'lik sözde çıkış güç faktörü hiç görünmeyecektir, ancak o sırada ölçülen güç faktörü yine de yükün güç faktörüdür. Yani yük ölçüldüğü sürece ölçülen yükün güç faktörüdür. Bu şekilde, UPS'in "çıkış güç faktörü" yalnızca yük olmadığında ölçülebilir.Bu anda, aktif güç P'nin çıkış akımı IP'si 0'dır ve görünen güç S'nin çıkış akımı IS, her ikisinin gerilimi YUKARI olsa bile 0'dır. Ve ABD sıfır değil, formül (1) 'e göre
Bu sonuç irrasyonel bir sayıdır. Güç faktörü ölçer testi hiçbir değeri tespit edemez. Diğer bir deyişle, "çıktı güç faktörü" denen şeyin çalıştırılabilirliği yoktur.
2. Yük güç faktörünün belirlenmesi
Öyleyse 0,8'lik bir yük güç faktörüne sahip 100kVA UPS, doğrusal bir yük taşırken neden 80kW veremiyor? Genel olarak, bu durumda endüstriyel frekans makinesinin UPS tasarımı, sürücüyü nominal aktif güce göre seçer ve reaktif güç kısmı, Şekil 3'te gösterildiği gibi, eviricinin arkasındaki kapasitör C tarafından taşınır. Şekildeki inverter güç seçimi, yük güç faktörüne göre ayarlanır. İşte 0,8'lik bir yük güç faktörüne sahip bir 100kVA UPS örneği. İnverter, 80kW'a göre seçilmiş bir güç tüpüdür ve C kondansatörünün kapasitesi 60kvar çıkış reaktif gücüne göre seçilir (tabii ki filtreleme için gerekli kapasite de gereklidir). Çünkü yük tam olarak eşleştiğinde, C kapasitörünün çıkış reaktif gücü QC ve yük QL üzerindeki kapasitif reaktif güç mutlak değerde eşittir, ancak işarette zıttır, tamamen tamamlayıcıdır (doğrudan çıkarma), yani: QC- QL = 0
Ayrıca C ve L'nin oluşturduğu döngü akımı eviriciden geçmez, yani reaktif akım eviriciden geçmez ve KGK bu set şartlarda üretilir.
Bu nedenle, tam uyumlu koşullar altında, 0,8 yük güç faktörüne sahip 100kVA bir UPS, yüke 80kW aktif güç ve 60kvar reaktif güç sağlayabilir. Yani, UPS'in yük güç faktörü, yükün giriş güç faktörü ile tamamen eşleştiğinde, yükte elde edilen güç:
Yükün giriş güç faktörü, UPS'in yük güç faktörüne eşit değilse ne olur? Örneğin, aşağıdaki yük doğrusal bir yüktür, yani yükün giriş gücü faktörü = 1'dir. Bu durum, Şekil 4'te gösterildiği gibi, UPS'nin yanlış yüklerle test edilmesi durumunda sıklıkla meydana gelir. Burada büyük bir fark var, yükün endüktans kısmı gitmiş. Bu, inverterin arkasındaki kapasitör C'nin reaktif gücünün artık yük ucuna sağlanamadığı bir durum yaratır. 60kvar'lık kapasitif reaktans XC:
Yukarıdaki formülden, inverter çıkışının ilk önce 1W'dan daha düşük bir reaktans ile paralel bağlandığı görülebilir.Eğer inverter çıkışında 220V'luk bir voltaj kurulursa, önce C kondansatörüne bir akım IC sağlanmalıdır, bunun değeri:
(5)
Orijinal sürücünün sağlayabileceği mevcut IINV şu şekildedir:
Açıkçası, yukarıdaki kapasitif akım, inverter çıkış akımından çıkarılmalıdır ve geri kalanı, yük nedeniyle akım Ir'dır, yani:
(7)
O zaman şu anda yükte mevcut olan Pr gücü sadece:
Pr = 241A´220V »53kW (8)
Veya aynı sonucu elde etmek için güç hesaplama formülünü kullanın:
Bu nedenle 0,8 yük güç faktörüne sahip 100kVA bir UPS, lineer bir yük ile sadece 53kW güç verebilir ve bu sonuç önceki makinelerde defalarca kanıtlanmıştır. Diğer bir deyişle, yükün giriş güç faktörü UPS'in yük güç faktörüne eşit olmadığında, UPS kullanım için düşürülmelidir. Bu genel bir kuraldır.Elbette, farklı yük güç faktörlerine sahip UPS'lerin farklı değer kaybı değerleri vardır.
3. UPS güç faktörünün yanlış anlaşılmasının zararı
Bunun nedeni tam olarak, bazı kullanıcıların yük güç faktörünü UPS'in "çıkış güç faktörü" olarak yanlış algılamasıdır; bu, yalnızca ilişkilendirme ilişkisini değil, aynı zamanda hiç var olmayan bir konsepte yol açar. "UPS çıkış güç faktörü" olduğundan, KGK'nın çıkış gücü bu güç faktörü değerine uymalıdır, yani "0,8 güç faktörüne sahip 100kVA UPS, lineer yük ile 80kW çıkış gücü de vermelidir". Bu yanlış anlama yalnızca bireysel kullanıcılar içinse, en fazla kullanıcılar ve tedarikçiler arasında çatışmalara yol açacaktır. Ancak standart belirleyiciler bu yanlış anlamaya düşerse, zarar ulusal UPS üreticileri olacaktır.
Örneğin, orijinal olarak yüksek güçlü bir UPS ithal edildi. Doğrusal deneysel yük yüklendiğinde, güç faktörü 0,8 olan 100kVA UPS'nin 80kW veremeyeceği bulundu. Bu nedenle, üreticinin ürününün kalitesiz olduğu düşünüldü. Ayrıca üretici, sebebini bilmiyordu. Eviricinin gücünün artırılması gerekiyordu, yani 60 kvar'lık reaktif güç de eviriciye dahil edilmelidir, yani:
İnverterin maliyetini görünmez bir şekilde% 20 artırdı, ancak inverterin sürüş devresi de buna göre yükseltildi, bu da% 20'den fazla. Ülkedeki tüm üreticiler aynısını yapmalı ve etki daha büyük olacaktır! Bu şekilde 80kW'lık çıkış gücü verilmektedir.Maalesef yük güç faktörü F 0.8 değil, çünkü yanlış anlaşılmaya düşen üreticiler değil. Orijinal 60kvar reaktif gücünde herhangi bir değişiklik yapılır, yani 60 kvar kapasitör korunur.Bu şekilde, yük güç faktörü F'nin orijinal tasarımına göre:
Tabii ki, çıkış 80kW için yeterli olduğu sürece, şu anda kimse güç faktörü değerini önemsemiyor. Birisi bunu gerçekten görürse, 68.4kW verildiği sürece bu 100kVA UPS'nin standardı karşılayacağını düşünüyor mu?
Açıkçası böyle bir değişiklik yapılmamalı, bir yandan üreticinin menfaatlerine zarar veriyor, diğer yandan bilimsel esaslara uymuyor, ancak yanlış anlaşılmadan dolayı yapay olarak yapıldığına inanılıyor. Hatta bazıları şunu söylüyor: Çoğu insan bunu yapmayı kabul ediyor, bu doğru. Bilimsel sorunların ellerin kaldırılmasıyla çözülmediğini bilmelisiniz Serbest düşen bir elma sadece yere düşmek zorundadır ve kaç kişi elini gösterirse göstersin, gökyüzüne uçmazlar.
Yük güç faktörüne paralel olarak, UPS çıkış voltajının harmonik distorsiyonu vardır.Bazıları, çıkış voltajının harmonik distorsiyonu gereksinimleri karşıladığı sürece yük güç faktörünün bilineceğini düşünerek ikisini karıştırır. Aslında, yük güç faktörü ve harmonik bozulma, ürün tasarımında bir şekilde ilişkili olsa da, aynı şey değildir ve ilgili hususları farklıdır. Harmonik bozulma, giysilerin iyi yapılıp yapılmadığını, dikişlerin yoğun olmadığını ve stilin iyi olup olmadığını ölçmek gibidir. Güç faktörü, bunun erkek mi yoksa kadın mı olduğunu, hangi beden kıyafet olduğunu vb. Gösterir. Dolayısıyla bu iki gösterge birbirini desteklememeli, hatta birini terk etmemelidir.
Daha mantıksız olan ise, bazı okuyucuların hala güç faktörünün bir yüzde olduğunu düşünmesidir.Çoğunlukla birinin sorduğunu duyuyorum: UPS'inizin giriş güç faktörü nedir? Yukarıdaki hesaplamadan, aktif güç ve reaktif gücün ortogonal olduğu açıkça görülebilir. Denklemden (11) de görünen güç, aktif güç ve reaktif güç arasındaki ilişkinin dik açılı üçgen Pisagor akorunun ilişkisi olduğu görülebilir. Bu nedenle, aktif güç ve reaktif güç doğrudan eklenemez veya çıkarılamaz. Örneğin, yukarıdaki örnekte, 80kW% 80 olarak kabul edilirse, 60kvar% 60'tır, bu nedenle aktif güç ve reaktif güç toplamı% 140'a kadar çıkar, ki bu açıkça yanlıştır. Bu temel kavram net değilse, diğer kavramların anlaşılması zor olacaktır!
