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Den Leistungsfaktor verstehen

Energie wird überall in der Welt benötigt und genutztWelt. Im Hinblick auf Komfort, Effizienz und Wirtschaftlichkeit ist es am besten, dass wir sie in elektrischer Form erzeugen, übertragen und verteilen, bevor sie durch geeignete Ausrüstungen in die erforderliche umgewandelt wird. Aus den gleichen Gründen der Wirtschaftlichkeit und Effizienz verwenden wir Wechselstrom anstelle von Gleichstrom. Praktisch erzeugen, übertragen und verteilen wir fast ausschließlich Energie in Wechselstromform. DC wird entweder in DC-Anwendungen (DC-Maschinen und elektronische Schaltungen) oder in HGÜ-Übertragungsstrecken verwendet.

Wo immer Wechselstrom verwendet wird, stellt sich die Frage nach dem Leistungsfaktor.

Leistungsfaktor

  • Definiert als "der Cosinus des Winkels zwischen Spannung und Strom".
  • Im Wechselstromkreis sind Spannung und Strom idealerweise in Phase.
  • In der Praxis besteht jedoch ein Phasendifferenz zwischen ihnen.
  • Der Cosinus dieser Phasendifferenz wird als Leistungsfaktor bezeichnet.
  • Es kann wie folgt definiert und mathematisch dargestellt werden:
Leistungsfaktor, Leistungsdreieck, Impedanzdreieck

Aus der fig. (a) oben kann deutlich festgestellt werden, dass zwischen dem Spannungszeiger und dem Stromzeiger eine Phasendifferenz des Winkels besteht.
Leistungsfaktor = cosɸ

Die fig. (b) heißt als Power Dreieck
Hier ist VI sinɸ = Blindleistung (in VAR)
VI cosɸ = Wirkleistung (in Watt)
VI = Scheinleistung (in VA)
PF = cosɸ = Wirkleistung (W) / Scheinleistung (VA)

Die fig. (c) heißt als Impedanz-Dreieck
Hier ist R = Widerstand, X = Reaktanz, Z = Impedanz
Z2 = R2 + X2
PF = cos = R / Z

Der Leistungsfaktor kann nacheilen, führen oder eins sein.

Verzögerungsfaktor

nacheilender Leistungsfaktor - Spannungsstromwelle und Zeigerwinkel
  • Wenn der Strom der Spannung nacheilt, wird der Leistungsfaktor der Schaltung als "Lagging" bezeichnet.
  • Wenn die Schaltung induktiv ist, bleibt der PF zurück.
  • Die Lasten wie Induktionsmotoren, Spulen, Lampen usw. sind induktiv und haben Lagging pf.

Führender Leistungsfaktor

führender Leistungsfaktor - Spannungsstromwelle und Zeigerwinkel

  • Wenn der Strom der Spannung (oder der Spannung hinter dem Strom) nacheilt, wird der Leistungsfaktor der Schaltung als "Leading" bezeichnet.
  • Wenn die Schaltung kapazitiv ist, führt der pf vor.
  • Kapazitive Lasten wie Synchronkondensatoren, Kondensatorbatterien usw. ziehen führenden Strom. Solche Schaltungen haben einen führenden Leistungsfaktor.

Einheit Power Factor

Einheitsleistungsfaktor - Spannungsstromwelle und Zeigerwinkel

  • Der Leistungsfaktor ist Eins (d. H. 1) für ideale Schaltungen.
  • Wenn Strom und Spannung in Phase sind, ist PF = 1
  • Leistungsfaktor kann nicht mehr als Einheit sein.
  • Praktisch sollte es so nahe wie möglich an der Einheit sein.
Wenn der Leistungsfaktor niedrig ist, treten folgende Probleme auf:

Auswirkungen des niedrigen Leistungsfaktors

  1. Laststrom
    Die Leistung in einem Wechselstromkreis kann wie folgt angegeben werden: P = VI cosɸ
    Daher ist cos = P / VI
    Ich ∝ 1 / cosɸ
    Eine ähnliche Beziehung kann auch für eine 3-Phasen-Schaltung abgeleitet werden. Wir können sehen, dass der Strom umgekehrt proportional zu pf ist.

    Angenommen, wir möchten eine Leistung von 10 kVA bei 100 V übertragen
    Wenn PF = 1 ist,
    I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 1) = 100 A
    Wenn PF = 0,8,
    I = P / (V cos & sub6;) = 10000 / (100 · 0,8) = 125 A
    Daher ist der Stromverbrauch für einen niedrigen Leistungsfaktor höher.
  2. Verluste: Wie oben erwähnt, ist der Stromverbrauch für niedrige Kl. Hoch. Daher sind Kupferverluste (I2R-Verluste) werden ebenfalls hoch sein. Dies verringert die Effizienz der Ausrüstung.
  3. Überhitzung der Ausrüstung: ich2R-Verluste erzeugen Wärme (Joulesches Gesetz). Daher ist der Temperaturanstieg bei niedrigem PF relativ höher, was die Belastung der Isolierung weiter erhöht.
  4. Größe des Leiters: Ein niedriger Leistungsfaktor verursacht einen höheren Laststrom. Wenn der Laststrom ansteigt, nimmt auch die Größe des erforderlichen Leiters zu. Dies wird die Leiterkosten weiter erhöhen.
  5. kVA-Bewertung der Maschine: Maschinen werden während der Herstellung nicht in kW angegeben, da der Leistungsfaktor der Versorgung unbekannt ist. Sie werden stattdessen in kVA bewertet.
    Cos definition = Wirkleistung (kW) / Scheinleistung (kVA)
    Daher ist die kVA-Bewertung = 1 / cosɸ
    Daher ist für niedrige Kraft ein Gerät mit einer größeren kVA-Bewertung erforderlich. Eine größere kVA-Bewertung bedeutet jedoch eine größere Größe der Geräte. Wenn die Größe zunimmt, steigen auch die Kosten.
  6. Spannungsregulierung: Es ist definiert als der Unterschied zwischen dem Sendenund Empfangen der Endspannung pro Einheit, die die Endspannung sendet. Wenn die Energie von einem Ende zum anderen übertragen wird, fällt die Spannung aus verschiedenen Gründen ab. Dieser Spannungsabfall sollte innerhalb zulässiger Grenzen liegen.
    P = VI cosɸ, daher ist I ∝ 1 / V
    Bei einem niedrigen Leistungsfaktor ist der Strom höher und folglich wird der Spannungsabfall erhöht. Daher ist die Spannungsregelung bei niedrigem Leistungsfaktor schlecht.
  7. Wirk- und Blindleistung (Power Transfer Capacity): Es werden sowohl Wirk- als auch Blindleistung übertragenüber die Linie zusammen. Zur Versorgung der Last wird Wirkleistung benötigt. Blindleistung ist erforderlich, um die Spannung der Leitung aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch die Blindleistung größer ist, nimmt die übertragene Wirkleistung ab. Für niedrige Pfeile ist die Wirkleistung niedrig, da cos = Wirkleistung (W) / Scheinleistung (VA). Dies führt zu einem unwirtschaftlichen Betrieb.
Dies sind die Ergebnisse eines niedrigen Leistungsfaktors. Für eine optimale Leistung sollte der Leistungsfaktor so nahe wie möglich an Eins liegen. Um dies zu erreichen, werden Leistungsfaktorkorrekturgeräte verwendet.



Urheber: Manoj Arora ist Elektrotechnik-Student und Schriftsteller aus Gujarat, Indien. Er schreibt Gedichte und Kurzgeschichten, wenn er nicht in ein Buch eingetaucht ist.
Credits für die Grafik: Kiran Daware.

Bemerkungen