Что такое power factor

Коэффициент мощности – Power Factor (PF)

Коэффициент мощности. Power Factor (PF). Смещённый коэффициент мощности. Displacement Power Factor (DPF).

Power Factor (PF) – коэффициент мощности – англ.
Displacement Power Factor (DPF) – смещенный коэффициент мощности – англ.

Коэффициент мощности – это комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП).

Вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной.

Типовые значения коэффициента мощности:

В случае линейной нагрузки коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и в зависимости от характера нагрузки может носить емкостной или индуктивный характер.

В случае активной нелинейной нагрузки коэффициент мощности определяется отношением активной мощности первой гармоники тока к полной мощности, потребляемой нагрузкой (это определение справедливо только в частном случае, когда напряжение имеет чистую синусоидальную форму).

Необходимо заметить, что реальная промышленная нагрузка является нелинейной и носит преимущественно индуктивный характер (PF=0.8).

Терминология, используемая в измерительных приборах (например, анализаторе HIOKI3197)

Если коэффициент мощности характеризует процессы в цепи с несинусоидальными сигналами, то могут применяться два различных термина обозначающих коэффициента мощности:

Power Factor (PF) – коэффициент мощности. Вычисляется с использованием среднеквадратичных значений (СКЗ) всех гармоник сигнала.

Displacement Power Factor (DPF) – смещённый коэффициент мощности. Вычисляется с использованием среднеквадратичных значений (СКЗ) только основной (первой / фундаментальной) гармоники сигнала. То есть он равен косинусу (cos) фазового сдвига между током и напряжением основной гармоники.

PF=DPF при гармонических (синусоидальных) сигналах.

Коэффициент мощности несинусоидальных токов и напряжений

Коэффициент мощности токов и напряжений, в которых присутствуют гармонические (нелинейные) искажения, вычисляется так же как и в случае синусоидальных сигналов (см. «Г.И. Атабеков Основы Теории Цепей» с.176, 434 с):

Коэффициенты, характеризующие периодические несинусоидальные функции. По аналогии с гармоническими функциями отношение активной мощности при несинусоидальных токах к полной мощности называется коэффициентом мощности и обозначается χ:

Планируется размещение дополнительных статей с рабочими названиями:

«Коэффициент мощности. Дополнения».

PF, DPF
Если коэффициент мощности характеризует процессы в цепи с несинусоидальными сигналами, то могут использоваться два различных термина обозначающих коэфф. мощности:
PF – Power Factor или Коэфф. Мощности вычисляется с использованием СКЗ значений всех гармоник сигнала.
DPF – Displacement Power Factor или Смещённый Коэфф. Мощности вычисляется с использованием СКЗ значения только основной (т.е. первой или фундаментальной) гармоники. Тоесть он равен косинусу разницы фаз между током и напряжением основной гармоники.
Для случая синусоидальных сигналов PF=DPF.
Эта терминология используется например в анализаторе HIOKI3197.

Источник

Что такое коэффициент мощности (power factor, PF)

Что такое коэффициент мощности (power factor, PF)

Коэффициент мощности при нелинейных нагрузках

Реактивная составляющая даёт только один из видов нелинейных искажений (фазовый сдвиг). Однако коэффициент мощности реагирует на любую нелинейность нагрузки (нелинейность ВАХ), когда ток меняется непропорционально приложенному напряжению. Например, коэффициент мощности нагрузки, которая представляет собой последовательно соединённые диод и обычный резистор, составляет около 0,71. Здесь нет никакой реактивной нагрузки, просто нелинейная ВАХ диода приводит к уменьшению коэффициента мощности.
В случае активной нелинейной нагрузки коэффициент мощности определяется отношением активной мощности первой гармоники тока к полной мощности, потребляемой нагрузкой (это определение справедливо только в частном случае, когда напряжение имеет чистую синусоидальную форму).
Некоторые нагрузки могут значительно искажать и форму напряжения.
В случае несинусоидального тока уже следует рассматривать неактивную мощность, состоящую (как минимум) из реактивной и мощности искажения (зависит от коэффициента искажения кривой тока).

PF большинства потребителей меняется в зависимости от их режима работы (как правило он меньше на холостом ходу и выше при номинальной нагрузке)

Источник

О коэффициенте мощности в сетях переменного тока и его влиянии на потребителей

Люди уже давно массово используют сети переменного тока на собственные нужды, ранее в основном связанные с получением тепла и света. В последние десятилетия значительно возросла доля потребления электроэнергии, связанная с питанием мощных устройств, оборудованных импульсными блоками питания. Их задача состоит в преобразовании электрической энергии, поступающей в виде высоковольтного переменного тока в постоянный низковольтный ток.

При выполнении этой работы происходит множество процессов, в ходе которых возникают нелинейные явления, потери, всплески напряжения, а также происходят другие нежелательные явления. Это связано с природой протекания переменного тока, на которую влияет ряд факторов, главным из которых является cos φ (косинус фи) — фактор мощности (Power Factor).

Электрическая мощность расходуется как на активной, так и на реактивной нагрузке, что связано с наличием активного сопротивления проводников/нагрузки, а также наличием реактивных сопротивлений (индуктивности и емкости).

Конечные потребители пользуются только активной составляющей мощности. В обычных условиях влиянием реактивной составляющей пренебрегают, большинство пользователей даже не знают, что таковая имеется. При высоких нагрузках на электрическую сеть, например, при эксплуатации вычислительных устройств для майнинга, влиянием коэффициента мощности пренебрегать не стоит.

В связи с этим стоит разобраться, чему равна потребляемая мощность подключенных к сети переменного тока компьютеров и других устройств, как подсчитывается мощность в цепях постоянного и переменного тока, а также понимать, что такое коэффициент мощности и как работают схемы его коррекции.

Об электрической мощности, расходуемой на нагрузке в цепи с постоянным напряжением

Мощность P в цепях постоянного тока (DC, Direct Current) можно подсчитать, умножив величину проходящего тока I на напряжение U.

Формула, отображающая величину электрической мощности в зависимости от протекающего постоянного тока и напряжения выглядит так:

Диаграмма, показывающая взаимную зависимость мощности, напряжения, тока и сопротивления в цепях постоянного тока:

При необходимости,можно выразить мощность P через сопротивление R и ток I:

либо через напряжение U и сопротивление R:

Для переменного тока (AC, Alternating Current) подсчет мощности значительно сложнее, так как он меняет свою величину и направление с течением времени. Сопротивление нагрузки, питающейся от переменного тока, имеет не только активную составляющую R, но и реактивную, связанную с индуктивными и емкостными явлениями:

Электрическая мощность на нагрузке в цепи с переменным напряжением

Основными характеристиками переменного тока являются напряжение, частота и число фаз.

Осциллограммы (графики) переменного и постоянного токов:

В сети переменного тока величина и направление проходящего тока и напряжения одной фазы постоянно меняются. Постоянный ток можно представить как частный случай переменного тока, когда используется одна фаза, частота в которой равна нулю, а направление движения тока и напряжения совпадают. В цепях постоянного электрического тока направление всегда совпадают.

Графики напряжения (a) и частоты (b) переменного синусоидального тока (a — однофазного, b — трехфазного):

На графике, иллюстрирующем значение переменного напряжения U в зависимости от времени хорошо видно, что оно постоянно меняется по направлению и величине за период времени T, определяющем его частоту.

Векторные и графические изображения переменного напряжения и тока на активной, индуктивной и емкостной нагрузках:

Полная мощность (S), потребляемая из сети переменного тока, геометрически складывается из векторов активной (P) и реактивной (Q) мощностей. Коэффициент мощности является косинусом угла «Фи» между мощностями P и Q.

Коэффициент мощности (power factor) тем хуже, чем больше сдвиг между фазами напряжения и тока (или чем ближе к нулю косинус фи угла между ними для потребителей электрической энергии):

Мощность в сетях переменного тока связана с наличием трех составляющих, характеризующих нагрузку (сопротивление), на которой расходуется электрическая энергия: активным, реактивным и полным сопротивлением.

Активная нагрузка, имеющая сопротивление R — эта величина, связанная с ее активным сопротивлением, которое зависит от сдвига фаз переменного напряжения и тока. Активная мощность для переменного тока P, как и для постоянного тока, измеряется в Ваттах (Вт). Она равна произведению эффективного тока на эффективное напряжение с учетом сдвига их фаз (пропорциональна значению коэффициента мощности cos φ). Чем ближе величина этого коэффициента к нулю, тем больше реактивные потери в цепи и меньше активная мощность. При значении cos φ, равном единице, потери минимальны, весь ток расходуется на активной нагрузке. Если же значение cos φ нагрузки равно минус единице, то она сама генерирует электрический ток, который на 100% отдается в сеть (это может быть электрогдвигатель с раскрученным внешней силой ротором).

Реактивная нагрузка, имеющая сопротивление Х — эта величина образована наличием емкостной (C) и индуктивной (L) составляющих. Реактивное сопротивление Х увеличивается при росте индуктивности хL и уменьшается при росте емкостного сопротивления хc, что выражается формулой х = хL — хc.

Индуктивное сопротивление зависит от емкости и частоты согласно формуле XL = 2πfL, индуктивное сопротивление XC = 1/ 2πfC. Реактивная мощность Q измеряется в вольт-амперах реактивных (ВАр). Она связана с потребляемой/накапливаемой (генерируемой) на LC-элементах и отдаваемой от них в сеть энергии. Протекающий в сети ток, вызванный воздействием на нее реактивных компонентов, усиливает электромагнитное поле, вызывает нагрев проводов, а также делает неравномерным потребление мощности из сети. Реактивная мощность Q равна sin угла φ умноженному на полную мощность S, иначе говоря Cos φ = R/Z.

Полная нагрузка, имеющая сопротивление Z = √ [R2 + (XL + XC)2] (импеданс), учитывает как активную, так и реактивную составляющие. Полная мощность S измеряется в вольт-амперах (ВА) и равна произведению действующей силы тока на действующее напряжение в цепи или активной мощности, деленной на cos φ.

Она не вся участвует в проведении работы, поэтому ее нужно максимально приближать к величине активной за счет увеличения значения коэффициента мощности cos φ.

Реактивная энергия циркулирует между реактивными элементами (конденсаторы и катушки индуктивности) и сетью:

Реактивная часть полной мощности создает нагрузку на электрическую сеть (провода, трансформаторное оборудование, распределительные щитки, соединительные устройства и т.д.), не выполняя полезной работы, поэтому с ней борются.

Если бы на прохождение переменного тока не действовали LC-факторы (емкостная и индуктивная составляющая), то направления прохождения переменного тока и напряжения тоже бы совпадали, сдвига фаз не было, а мощность все время была бы положительной.

Форма переменного тока и напряжения при коэффициенте мощности, равном единице:

В реальных условиях графики переменного тока и напряжения на подключенной нагрузке не совпадают между собой по фазе. Фаза тока в нагрузке может как отставать, так и опережать фазу напряжения.

Форма синусоидального тока и напряжения при коэффициенте мощности, равном 0.4:

Для того, чтобы сдвиг по фазе между напряжением и током все время был минимальным (косинус фи стремился к единице), на реактивной нагрузке, а также в импульсных блоках питания мощностью более 100 ватт ставят схемы коррекции фактора (коэффициента) мощности (PFC unit), например, для моторов это параллельно включенные конденсаторы:

Коэффициент мощности (Power Factor, PF) является физической величиной, характеризующей полноту (эффективность) использования электрической энергии, поступающей к пользователю из сети переменного тока.

Векторная диаграмма между переменным током и напряжением с углом φ между ними:

На практике коэффициент мощности (Power Factor) обозначается как косинус угла φ в пределах от минус единицы до единицы, либо как величина λ в %.

На приведенном ниже рисунке коэффициент мощности представлен, как соотношение выпиваемого пива (активная мощность) со всей кружкой пива (полная мощность, включая пену — реактивную мощность):

Треугольник мощностей и коэффициент мощности:

Формулы, выражающие мощность через косинус угла фи:

В левой части рисунка изображен график полной мощности, когда угол фи равен нулю (ток и напряжение не имеют фазового сдвига, cos φ = 1), справа — сдвиг по фазе равен 90 градусам, косинус угла фи равен нулю:

На что влияет коэффициент мощности?

Чем выше коэффициент мощности, тем лучше, так как меньше величина потерь:

Устройства, подключенные к сети переменного тока, оказывают на нее влияние не только тем, что потребляют из нее энергию, но и тем, что отдают ее в сеть из-за наличия собственной индуктивности и емкости, либо наличием собственной ЭДС (например, у электродвигателя). которая связана с периодическим накоплением-отдачей электрической энергии.

В нагрузке, на 100% потребляющей энергию из сети переменного тока, значение cos φ равно единице. Генератор, полностью отдающий в сеть энергию имеет фактор мощности, равный минус единице. В остальных случаях в сети происходят потери энергии на нагрев проводов, а также генерацию электромагнитного поля.

Так как компьютерная техника, выполняющая вычисления для майнинга криптовалют потребляет очень большие токи, то влияние фактора, определяющего коэффициент мощности очень велико. Оно проявляется не только в потерях электрической энергии, теряющейся на нагрев проводов и создание электромагнитного поля, но и в появлении искажений синусоидальной формы тока в сети, что негативно влияет на другие устройства, подключенные к этой же сети.

В городских условиях, когда к одному сегменту сети подключено множество мощных устройств, блоки питания которых работают в импульсном режиме такое влияние суммируется, что приводит к появлению всплесков напряжения, сбоям в работе компьютеров и другим негативным последствиям.

Для компенсации токов, возникающих из-за влияния фактора мощности (для потребителей это увеличение значения cos φ максимально близко к единице) в импульсных блоках питания устанавливают специальные узлы PFC (Power Factor Control). Подробнее об их работе речь идет в отдельной статье.

Учитывают ли счетчики электроэнергии потери, связанные с коэффициентом мощности?

Электрические счетчики, устанавливаемые в жилых домах, производят учет тока, проходящего через него. При этом отдельный учет потребления или генерации реактивной электроэнергии не производится. Поэтому как за потери, так и поступление в сеть реактивного тока платит население.

Как влияет на майнеров коэффициент мощности?

При наличии большого количества мощных потребителей (например, компьютеров, выполняющих вычисления в ходе майнинга), производится подключение множества импульсных блоков питания к одному вводу электричества из сети переменного тока. В этом случае, при недостаточной компенсации фактора мощности может значительно возрастать влияние на электрическую сеть, в особенности на ее проводку, устройств, подключенных к ней. Негативное влияние может проявляться в повышенном износе проводки (особенно нулевого провода в трехфазной сети) из-за значительного увеличения протекающих по ней токов, неравномерной нагрузке на сеть, что приводит к несоответствию стандартам ее основных параметров (напряжение, частота и синусоидальная форма тока) и в виде других проявлений.

Например, при входной мощности устройства, равной 60 ватт, в сети переменного тока напряжением 115 вольт на устройстве с PF=1.0, входной RMS-ток равен 521 mA. Если имеется сдвиг по фазе между током и напряжением, например, коэффициент мощности равен 0.4, то увеличивается полная потребляемая мощность, необходимая для отдачи необходимых 600 ватт активной мощности, входной RMS-ток при этом возрастает до 1.3 ампер, что в 2.5 раза увеличивает требования к проводам питания:

В сетях с напряжением 230 вольт ток увеличивается не так сильно, но влияние фактора мощности также существенно.

Увеличение коэффициента мощности позволяет уменьшить потери электроэнергии, снизить нагрузку на провода, подводящие переменный электрический ток к потребителям, уменьшить вероятность их перегрева, а также оптимально использовать мощности, подаваемые от поставщиков электрической энергии. Кроме того, компенсация влияния низкого фактора мощности обеспечивает устранение или значительное уменьшение искажений формы сетевого напряжения.

Все современные мощные импульсные блоки питания, в том числе использующиеся для майнинга, имеют специальные схемы коррекции мощности. Недостатком схем коррекции коэффициента (фактора) мощности является уменьшение надежности устройств, в которых они работают. Это связано с тем, что они работают на высоких напряжениях и мощностях, что требует использования компонентов хорошего качества, а также правильного проектирования и расчета режима их работы. Чем больше электронных компонентов содержит электрический прибор, тем больше вероятность его выхода из строя. Даже дорогие блоки питания иногда ломаются. Так как узлы PFC работают в высоковольтной части импульсных источников питания, то их поломка может привести к печальным последствиям.

В современных квартирах, в которых используются электрические плиты и/или используется электрическое отопление, подача энергии обычно осуществляется через три фазы и один нулевой провод. В связи с этим, даже при равномерном распределении нагрузки по фазам, на нулевой провод приходится в три раза больший ток. Нужно понимать, что установка схем коррекции фактора мощности уменьшает воздействие фактора мощности, но в полной мере не снимает повышенной нагрузки с нулевого провода у многофазных потребителей. Если такие потребители полностью нагружают все три фазы (например, для майнинга), то нужно использовать высококачественный медный нулевой провод большего, чем у фаз сечения.

О фундаментальном значении коэффициента мощности для всего человечества…

Значение понятия косинуса фи выходит за рамки электротехники. Его можно экстраполировать и на другие сферы, в том числе на жизнь любого сообщества, страны/государства.

Если разложить силы, движимые сообществом на три комплексные составляющие: активную, реактивную и полную, то главным фактором, определяющим величину их результирующей (полной) силы, является косинус фи, отображающий взаимодействие этих векторов.

Если общество едино и движется в одном направлении (как ток и напряжение), то его сила максимальна, так как коэффициент мощности равен единице. Если общество разобщено и подобно лебедю, раку и щуке из басни Крылова, то его полная мощность минимальна…

Источник

Коэффициент мощности Power factor – это показатель насколько разумно устройство распоряжается сетевой энергией.

Коэффициент мощности Power factor – это комплексный показатель, характеризующий формы тока, обусловленные влиянием нагрузки. Если говорить простыми словами, коэффициент мощности показатель насколько разумно устройство распоряжается сетевой энергией.

Для того что бы вычислить коэффициент мощности необходимо сопоставить поглощаемую нагрузку, активной и полной мощности. Чем меньше будет PF, тем ниже качество потребления электроэнергии. Если активная мощность и нагрузка одинаковы, тогда мощность, которая бесполезно рассеивается на проводах, будет обратно пропорциональна коэффициенту мощности.

Чем больше коэффициент мощности, тем лучше.

Если источник света, выдает низкий Power Factor, тогда он увеличивает долю потерь в электрической сети, а так же повышается средний чек за электроэнергию.

Что бы подобрать максимально энергетически эффективный источник света, обязательно учитывайте коэффициент мощности (PF).

Источник

power factor

1 power factor

2 power factor

3 power factor

4 power factor

коэффициент мощности
Скалярная величина, равная отношению активной мощности двухполюсника к полной мощности.
[ ГОСТ Р 52002-2003]

коэффициент мощности (цепи)
Отношение активного сопротивления к полному сопротивлению при промышленной частоте в эквивалентной цепи, которая считается состоящей из последовательно соединенных индуктивного и активного сопротивлений
[ ГОСТ Р 52565-2006]

power factor
under periodic conditions, ratio of the absolute value of the active power P to the apparent power S:

NOTE – Under sinusoidal conditions, the power factor is the absolute value of the active factor.
[IEV ref 131-11-46]

facteur de puissance, m
en régime périodique, rapport de la valeur absolue de la puissance active P à la puissance apparente S:

NOTE – En régime sinusoïdal, le facteur de puissance est la valeur absolue du facteur de puissance active.
[IEV ref 131-11-46]

Для синусоидального тока коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между напряжением и током, т. е. равен Cos φ.
После того, как стали массово применяться такие нелинейные нагрузки, как компьютеры и другое офисное и телекоммуникационное оборудование, термин коэффициент мощности перестал быть синонимом термина Cos φ.

Тематики

Близкие понятия

Действия

Синонимы

коэффициент мощности гидродинамической передачи
Отношение мощности насосного колеса к плотности (или удельному весу) рабочей жидкости, кубу угловой скорости (или кубу частоты вращения, входного звена и пятой степени активного диаметра ГДП.
[ ГОСТ 19587-74]

Тематики

1.3.24 коэффициент мощности (power factor): Отношение активной мощности и очевидной мощности конденсатора.

5 power factor

6 power factor

efficiency factor — коэффициент эффективности; эффективность

7 power factor

8 power factor

shape factor — коэффициент формы; форм-фактор

9 power factor

shape factor — коэффициент формы; форм-фактор

10 power factor

11 power factor

12 power factor

13 power factor

14 power factor

15 power factor

16 power factor

17 power factor

18 power factor

19 power factor

20 power factor

См. также в других словарях:

Power factor — For other uses, see Power factor (pistol). The power factor of an AC electric power system is defined as the ratio of the real power flowing to the load over the apparent power in the circuit,[1][2] and is a dimensionless number between 0 and 1… … Wikipedia

power factor — noun The ratio of the actual power to the apparent power in an alternating current power system; specifically, the cosine of the phase angle between the voltage and the current. The power factor is of interest because it is a measure of the power … Wiktionary

power factor — galios koeficientas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. power factor vok. Leistungsfaktor, m rus. коэффициент мощности, m pranc. facteur de puissance, m … Automatikos terminų žodynas

power factor — galios faktorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, lygus aktyviosios ir pilnutinės galios dalmeniui. atitikmenys: angl. power factor vok. Leistungsfaktor, m; Wirkfaktor, m rus. коэффициент мощности, m pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

power factor — galios faktorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, skaitine verte lygus kintamosios elektros srovės elektros energijos imtuvo aktyviosios galios ir pilnutinės galios dalmeniui. atitikmenys: angl. power factor vok … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

power factor — galios faktorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. power factor vok. Leistungsfaktor, m; Wirkfaktor, m rus. фактор мощности, m pranc. facteur de puissance, m … Fizikos terminų žodynas

Power Factor — (PF) The ratio of actual power being used in a circuit, expressed in watts or kilowatts, to the power that is apparently being drawn from a power source, expressed in volt amperes or kilovolt amperes … Energy terms

Power factor — The ratio of real power (kilowatt) to apparent power kilovolt ampere for any given load and time. U.S. Dept. of Energy, Energy Information Administration s Energy Glossary *** The ratio of the average power and the apparent volt amperes.… … Energy terms

power factor — ratio of the average power divided by the apparent power in an alternating current circuit (Electricity) … English contemporary dictionary

power factor — noun : the ratio of the mean actual power in an alternating current circuit measured in watts to the apparent power measured in volt amperes, being equal to the cosine of the phase difference between electromotive force and current … Useful english dictionary

power factor — noun the ratio of the actual power dissipated by a circuit to the product of the rms values of current and voltage … English new terms dictionary

Источник