Фактор на мощността

[mzk]

Факторът мощност е от голямо значение не само заради максимално потребената от товара мощност.
Той определя натоварването на електрическата мрежа като цяло. Нисък фактор мощност води до високи загуби в нея.

Факторът на мощността представлява отношението между пълната и активната мощност в дадена система:

PF = P/S

PF - фактор мощност
P - активна мощност
S - пълна мощност

Пълната мощност е произведението от тока и напрежението - U*I.
Активната мощност е произведението от пълната мощност по фазовата разлика между тока и напрежението:

P = |S| * |cos(phi)|

Сметката в excel или друга подобна програма е:
=ТОК*НАПРЕЖЕНИЕ*ABS(COS(RADIANS(ЪГЪЛ)))
Заб.: стойностите на тока и напрежението са положителни.
Заб. 2: Посочените програми по подразбиране работят в радиани и е необходимо преобразуване от градуси в радиани.

Пример 1:
Активен товар лампа има работен ток 1А при 220В напрежение.
Токът и напрежението са във фаза:

S=P=220*1=220 вата.
PF = P/S = 220/220 = 1

Пример 2:
Реактивен товар пералня има работен ток 1А при 220В напрежение и фазова разлика 45 градуса.

S=220*1=220 W.
P=220*1*cos(45)=220*0.707=155.5 W.

PF=P/S=155.5/220=0.71


Допълнителни подробности можете да откриете в прикачения файл PFC.djvu (статия на руски).

[Михаил Кузмов]

Търся информация из форума, с надеждата някой да е споделил личен опит в борбата с PF. Уви!! Тук само лелеем мечти за СЕ, но не се досещаме колко пилеем, от незнание ли, от неразбиране ли, що ли?
5 години, нула внимание към една наистина актуална тема! Всеки си прави някакво устройство и тегли ток от мрежата.
Дори някои с ток от мрежата искат да докопат и СЕ. Смешно, на входа пилеем, на изхода искаме да получим бонус!
Всяко устройство различно от активен товар (да речем съпротивление) внася влошен фактор на мощност в мрежата.
mzk е започнал аз ще добавя и този линк за начало.
https://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%BD%D0%B0_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%82%D0%B0
Но, нещата не се свеждат само до това, да знаем! Какво правим е важно и належащо!?

[Михаил Кузмов]

Locco, очевидно не си конструирал нито едно устройство в живота си, за това имаш това елементарно мислене. Иначе, всеки битов консуматор знае това, защото няма електромер за реактивна енергия.
Сега, да вдигна малко летвата ама не за теб!
http://www.engineering-review.bg/en/korigirane-na-faktora-na-moshtnostta/2/1514/

[Михаил Кузмов]

На всички а-ла-Locco мислители, препоръчвам да изчетат тази статия, ама внимателно, няколко пъти!
После, да си направят сами анализ, какво плащат и какво не на ЕРПтата.
http://tech-dom.com/statii.aspx?id=1446
Че да си продължим темата нормално!!

[juliang]

От темата отново лъха крещящо неразбиране относно това какво всъщност е реактивната енергия, какво е "косинус фи". Това незнание е и в основата от нея да се изкара някакъв "кяр"... тъжна работа... все едно да изкараш нещо от функцията синус...
Приемете реактивната енергия като разликата между дебит и налягане на водата в един маркуч. Да, ако има разлика във времето между максималния дебит и максималното налягане тогава няма да можете да направите фонтан с височина която искате - или ще имате много вода без налягане, или много налягане без дебит. Това е кофти за ВиК дружествата, които за да ви задоволят каприза ще трябва да сложат тръби с по-голям диаметър. Но вие не ще напълните шадравана с повече вода отколкото ако ползват прост кран.
Затуй и ако правите някви такива мизерии ВиК дружеството ще ви санкционира или ще иска по-голяма цена за кубик вода - щото му правите хидравлични удари в инсталацията. За малки шадраванчета работата е ОК, щото дебелите тръби които снабдяват целия квартал поемат тези удари и на ВиК-то му е през ... но когато правите голям шадраван тогаз вече ще си плащате за гяволъка.
Надявам се аналогията да ви светне нещо в главите...

[valex]

Преди по-вече от 20 години правехме регулатори на косинус фи - аналогови. По-късно и цифрови.
Става на въпрос за корекции на косинуса фи на големи консуматори, които губят много от неефективност и санкции от енергодружествата. Локални трафопостове, големи машини или малки предприятия.
В общи линии се измерва ъгъла на отместване на тока и напрежението и спрямо него и мощностите се добавят групи кондензатори за корекция. Проблемите са променливите консуматори и скоростта на корекция.

[Михаил Кузмов]

Offf! juliang, така го обясни че и аз се обърках! Че има неразбиране, е факт! И аз ще се пробвам белким нещо се получи!
Първо, ако към ПРОМЕНЛИВО ТОКОВА мрежа включим активен товар (това са реотани на печки, крушки с нажежаема нишка и подобни) не получаваме дефазиране (изместване през нулевото преминаване на напрежение и ток). Т.е. казваме че напрежение и ток са във фаза. Тогава казваме че имаме PF=1 или cos fi=1.  Всъщност, товара създава реактивната енергия. Товари различни от горе описаните  причиняват влошаване на PF. Това са, вече всички домашни уреди, като TV, PC, перални, микровълнови, хладилници, GSM зарядни, вентилатори, уредби, климатици, ииии. Всички те се захранват от импулсни устройства. Т.е безтрансформаторни.
С една дума в къщи е фрашкано с устройства влошаващи PF. Забележете, не cos fi. Защото cos fi се отнася само до синусоидално изменящи се форми на тока и напрежението. А импулсните захранвания деформират твърде тези форми.
Тогава се измислиха съвременните електромери. И всички ревнаха че сметките им са високи. Ами те мерят и изчисляват всякакви форми.
Та, тези дето си мислят че не плащат, като създават реактивна енергия ще имат да вземат. Това не се съобщава официално по една проста причина. Производителите на всякакъв вид електро оборудване, се притискат с директиви да влагат коректори на PF в изделията си. Естествено това повишава цената им, но от друга страна те стават по икономични, и към буквата А се прибавят плюсове.
Направих си труда да направя измерване на нещо просто и разбираемо.
Захранен трансформатор от мрежата, вторична е към 180в. изход,  тези 180в. подавам на входа на грец, на изхода +- е вкл. реотан 800W.
На изхода на трафа меря ток и напрежение с осцилоскоп. Вижте формите.
https://1drv.ms/i/s!ArVpX6buCswUhBLZQvKuyHGrzZOf
Синята графика напрежението, е с размах ок. 180в., жълтата е с размах ок. 25 миливолта защото е снета в/у шунт, 10мв.=1А  т.е. жълтата графика отчита ок. 2.5А ток, честота 50hz.
Забележете съвпаденията при преминаване на тока и напрежението през нула. Следователно PF=1/ cosfi=1
Сега вижте тези графики. Единствена промяна е че съм вързал кондензатор 820мкф. на +- паралелно на реотана.
https://1drv.ms/i/s!ArVpX6buCswUhBGOZ9-sAOGE0bWy
Синусоидите вече ги няма. Има някакви форми които кой знае как се изчисляват. Вижте и тока къде е отишъл ок. 9.5А достига върха.
Вижте разминаването на осовата линия, вижте колко нараства напрежението а ток не тече, после тока  рязко пада но пак имаме напрежение. Само един кондензатор разлика. Иска ми се да съм бил разбран.
Каква е целта на корекцията на PF? Жълтата графика да се разкрачи, върха да падне, а на осовата линия нулевите точки да се сближат.

[juliang]

Кузмов, напрежението в мрежата е синусоидално поради простия факт, че се произвежда от генератори на променлив ток, каквито са всички генератори на ТЕЦ-ове, ВЕЦ-ове, АЕЦ-ове и т.н. Фотоволтаиците произвеждат прав ток, но насила го правят синусоидален. Вятърните ... не съм запознат в детайли, но предполагам че поради разликата в оборотите при различни скорости на вятъра и там има DC генератор, изхода на който се преобразува в променлив ток.
Всички генератори които са вързани в енергийната мрежа са синхронизирани. Тоест върха на синусоидата на всички генератори е в един и същ момент, както и "нулевата позиция", където тока и напрежението са нулеви. По този начин всички тези източници се "подпират" един друг и влагат усилието си в едно и също време - точно както група хора бутат заседнал в преспа автомобил. Трябва синхрон, за да може да има извършена максимална работа.
Ако формата на напрежението (или тока) не е точната синусоида, то тогава в част от тази синусоида генераторите са или претоварени, или излишно разтоварени. Тоест те изпитват желанието да се въртят не равномерно, а на тласъци, което просто няма как да стане при техните размери и скорост на въртене. И се оказва, че в част от времето те не работят оптимално.
От страна на консуматорите - един уред е сметнат да потребява 1 киловат при 220 волта. Реално това ще се получи при ток от около 6 ампера. Но нито напрежението е 220 волта постоянно - то се променя от +- 220 на върха до 0 във момента на обръщане на фазите. Тока по закона на Ом също се променя от 6 до 0 ампера. Говоря примерно, не съм сигурен в цифрите в моментите на макс. амплитуда на синусоидата. И само при синусоидална форма на захранването този уред ще консумира 6 ампера и ще отдава 1 киловат. Ако формата не е синусоида, то в общия случай това което ще отдаде консуматора няма да е 1 киловат, а по-малко или повече в зависимост от формата на кривата. Ако е като игла - ще отдава по-малко. Ако е правоъгълна - ще отдава повече. Ако консумацията е ограничена по някакъв начин, то тогава ще играят другите 2 стойности - тази на тока или тази на напрежението.
Затуй и дружествата се сърдят на изместване на кривите или отместване на тока спрямо напрежението - защото за да могат да доставят исканата мощност те трябва да доставят повече ток (щото по-голямо напрежение просто няма откъде да дойде). Повече МОМЕНТЕН ток, в определена фаза на синусоидата, не като цяло.

Аналогията с водата не е за пренебрегване - ако вместо ламинарен поток по маркуча получаваш вода на тласъци, за да получиш това което би получил по обикновен маркуч ще трябва да сложиш или по-голям маркуч, или такъв с по-здрави стени, защото при ударите тънкия може да се спука, или да ти избият крановете. Да не говорим че ако искаш да си направиш някаква красота с течаща равномерно вода ще трябва да си правиш някакъв успокоител, който да премахне ударите с които идва водата до консуматора ти.

[Аtos]

 juliang, много добре обяснено!
Малките "тласъци" могат да се оберат частично от мощен кондензатор (акумулаторна батерия е най-добре).

В аналогията ти с водата, вътрешна гума от трактор би вършила идеална работа

Искам да помоля някой с осцилоскоп, да пусне следната графика:

Едно (или дву) полупериоден изправител, след мрежов траф, но за изглаждане да постави обикновена батерийка (разбира се, съобразена с изходното напрежение) вместо кондер?
С товар и без товар (активен и реактивен товар) - ток и напрежение, има ли желаещ?

[dymelsoft]

Мдаа. Простата истина е, че всеки производител не поставя коректор за фактора на мощност в импулсните захранвания, най-вече защото същите значително се оскъпяват. До сега съм срещал такива захранвания в плазмен телевизор на SHARP, на Cisco switch 3750G и на едни китайски GePON OLT-та. Ако всяко импулсно се прави с активен коректор на ФМ цените им ще са далеч по сериозни и затова се спестяват.
Принципно на всяко импулсно захранване трябва да се слага това :

[Михаил Кузмов]

atose, ти не разбра ли от моя пост, че точно кондензатора скапа PF?  Махни сега от схемата на dymelsoft, L,D,Q и PFC control. Остава само Co и LOAD (товара) директно вързани след греца. Дори аз написах че товара е реотан а не нещо друго.
juliang, аналогията с ВиК не върши работа. Не обяснява характера на товара. Защо ел. мрежата няма проблем с активни товари? Не обяснява и четните хармоници които произвеждат реактивните товари. Показаният стеснен токов импулс, с почти 4 пъти по голяма стойност, мултиплициран от много устройства, причинява ленц ефект в генератора. Следва необходимост от повече енергия за преодоляване. От това следва че шматкането на енергия, напред назад из мрежата е нежелателно!
dymelsoft написа адекватният отговор. Още в началото исках да разбера, някой занимава ли се с това практически? Проектирам мощно AC-DC захранване в което възнамерявам да вложа именно PFC.  В момента съм на теоретично, проучвателно ниво.

[Аtos]

atose, ти не разбра ли от моя пост, че точно кондензатора скапа PF?  Махни сега от схемата на dymelsoft, L,D,Q и PFC control. Остава само Co и LOAD (товара) директно вързани след греца. Дори аз написах че товара е реотан а не нещо друго.

Добре де, аз питах има ли някой желаещ да пусне графиката? Без кондензатор и с батерийка вместо него?
Графика БЕЗ товар...после може и с товар да се пробва...

[juliang]

... От това следва че шматкането на енергия, напред назад из мрежата е нежелателно!

Предаването на енергия чрез променлив ток е точно това което описваш - напрежението и тока се шматкат напред-назад 50 пъти в секундата.

[dymelsoft]

Михаил Кузмов виж това http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/lt1509.pdf. Това е специализиран чип съдържащ в себе си Power Factor и PWM Controller има и схема на AC/DC захранване 24V/12.5A (300W).

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc2854b-ep.pdf това пък е само PFC и го дават за мощности над 750W, както и това http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucc2817a.pdf .

П.П. За каква мощност става дума в твоя проект ? По принцип схемите в PDF-ите по горе са за 250W, но се смятат и за много повече.

[Михаил Кузмов]

Не си ме разбрал правилно. Най общо казано, реактивните консуматори са различни резонансни вериги. Когато синусоидата нараства, там във върховата част, тези вериги се зареждат с енергия. Когато синусоидата пада, и преминава през нула, консуматора резонирайки връща заредената енергия обратно в мрежата. Това се изразява в четни на мрежовата честота хармоници. Сумирайки се от много консуматори, тази енергия се опитва да спре въртенето на генератора. Това имах в предвид, под шматкане на енергия напред-назад. Надявам се сега да е ясно, защо е нежелателно връщане на енергия в мрежата. Ако един консуматор с PF=1 консумира 50А от мрежата, то ако PF падне на 0.5 този консуматор ще трябва да дръпне 100А за да изпълнява същата функция. Респективно този удвоен ток създава увеличен Ленц ефект в генератора.
Например, добре конструираните управления на двигатели могат да погълнат 15% от тази обратна енергия, с което повишават ефективността си и подобряват PF.  Поинтересувайте се, и ще разберете че от известно време, се обръща мн. сериозно внимание на корекцията на PF в световен мащаб.