גורם כוח, או קוסינוסהנדסת חשמל היא היחס בין הכוח הפעיל P (W) לסך הכל (VA): cos (φ) = P / S. זה מציין כמה יעיל המכשיר משתמש באנרגיה חשמלית.
עומס אידיאלי
כדי להסביר את הערך הפיזי של המקדםיכולות לשקול דוגמה לחישוב הקוסינוס פי עבור צרכנים שונים. נניח קבלים אידיאלי מחובר לקו AC. מכיוון שהמתח לסירוגין משנה את הקוטביות שלו, הקבל יחייב את מחצית הזמן ומחצית הזמן תחזיר את האנרגיה המאוחסנת בחזרה למקור. כתוצאה מכך, אלקטרונים יהיה כל הזמן להפיץ את הקו, אבל לא תהיה העברת אנרגיה נטו. אז, יהיו גם המתח הנוכחי במוליך, אבל לא יהיה כוח פעיל. המוצר של U על אני נקרא כוח דמיוני, כי זה רק מספר מתמטי שאין לו משמעות פיזית אמיתית. בדוגמה זו, גורם הכוח הוא 0.
באופן דומה, חישוב הקוסינוס של phi עבור משרן אידיאלי אחד יביא cos (φ) = 0, אלא כי הנוכחי שלה יהיה בפיגור מאחורי המתח.
עכשיו לשקול את המקרה הקיצוני.עומס התנגדות. במקרה זה, כל האנרגיה החשמלית המסופקת אליה נצרכת ומומרת לצורות אחרות של אנרגיה, כגון חום. זוהי דוגמה של כאשר cosine phi ב electrics הוא 1. כל מעגלים אמיתיים לעבוד איפשהו בין שני הקצוות.
וקטור מתמטיקה
כאשר מנתחים מעגלים, יכול להיות אות סינוסואידימייצגים מספר מרוכב (הנקרא וקטור), שהמודלוס שלו פרופורציונלי לגודל האות, והזווית שווה לפאזה שלו ביחס להתייחסות כלשהי. במעגלים ליניאריים, גורם ההספק הוא cos phi. בהנדסת חשמל, זוהי הזווית בין שלבי המתח והזרם. וקטורים אלה ורכיבי ההספק הפעיל והתגובתי המתאימים להם יכולים להיות מיוצגים בצורה של משולש ישר זווית. כמובן, מתח הוא שדה חשמלי, וזרם הוא זרימה של אלקטרונים, כך שהזווית כביכול בין הוקטורים שלהם היא לא יותר מאשר ערך מתמטי. הסכמנו לשקול שהעומס האינדוקטיבי יוצר הספק תגובתי חיובי Q (נמדד בוולט-אמפר-תגובתי, VAR). זה נובע מהגורם המכונה "פיגור", שכן הזרם מפגר מאחורי המתח. באופן דומה, טעינה קיבולית יוצרת Q שלילי ו- λ מוביל.
עיוות לא ליניארי
המשרדים והקבלים אינם היחידים.הסיבות לקוסינוס נמוך. בהנדסת חשמל, זוהי תופעה שכיחה כאשר (למעט R אידיאלי, R, L, C) מעגלים חשמליים הם לא ליניארי, במיוחד בגלל נוכחות של רכיבים פעילים כגון ממירים. בתכניות כאלה, אני הנוכחי (t) הוא לא פרופורציונלי למתח V (t), גם אם האחרון הוא סינוסואיד טהור, שכן אני (t) יהיה תקופתי, אבל לא סינוסי. לפי משפט פורייה, כל פונקציה תקופנית היא סכום של גלים סינוסואליים עם תדרים מרובים למקור. גלים אלה נקראים הרמוניות. זה יכול להראות כי הם לא תורמים להעברת אנרגיה טהורה, אבל להגדיל את הנוכחי ולהקטין את מקדם λ. כאשר המתח הוא סינוסי, רק הרמוני הראשון1 יספק כוח אמיתי. עם זאת, ערכו תלוי בשינוי הפאזה בין זרם למתח. עובדות אלו משתקפות בנוסחה הכללית לחישוב מקדם ההספק: λ = (I1/ I) × cos (φ). האיבר הראשון במשוואה זו הוא העיוות והשני הוא ההטיה.
פיצוי אקטיבי ופסיבי
תיקון קוסינוס פי בהנדסת חשמל הואכל טכניקה להגדלת מקדם ההספק ל-1. באופן כללי, cos (φ) יכול להשתנות מ-0 ל-1. ככל שגורם ההספק גבוה יותר, כך נעשה שימוש יעיל יותר בחשמל. פגמים נגרמות על ידי עיוות ומעבר פאזה בין הרמוניות מתח וזרם של אותו תדר. לכן, ישנן שתי קטגוריות עיקריות של טכניקות תיקון גורם כוח.
עיוות הרמוני נגרם על ידי לא ליניארירכיבים כגון גשר מיישר בספקי כוח DC המתחבר ישירות לקבל אחסון גדול. ניתן לתקן אותם במהלך שלב התכנון של ספק הכוח על ידי הצגת תוכניות פיצוי פסיביות או אקטיביות שונות. המקור העיקרי להסטת פאזה U-I הוא מנועי אינדוקציה תעשייתיים, אשר מנקודת המבט של המעגל יש להם עומס אינדוקטיבי. ניתן להגדיל את הקוסינוס phi המנוע (שיורד ל-0.1 במצב סרק) על ידי הוספת קבלי פיצוי חיצוניים. יחד עם זאת, יש להתקין אותם קרוב ככל האפשר לעומס על מנת למנוע זרימת כוח תגובתי למקום הצבתם.
פיצוי הספק תגובתי פעיל משתמש במעגלים אלקטרוניים פעילים בלולאה סגורה המחליקים את צורת הגל של הזרם המיושר.
התקנים לא ליניאריים יוצרים הרמוניהתנודות עם תדר ƒ = 1 / (2π√LC). אם זה עולה בקנה אחד עם אחת ההרמוניות, זה יגדל, מה שעלול להוביל לתוצאות שונות, כולל קטסטרופליות. כדי למנוע זאת, משרן קטן מחובר בסדרה עם הקבל המפצה, שיוצר את מה שנקרא. מסנן shunt לדיכוי הרמוניות.
למה להגדיל את מקדם ההספק?
יש כמה סיבות להתאמהcos phi עבור צרכנים שונים. ידוע שכאשר λ <1, זרמים חילופיים מסתובבים בקו, שאינם מעבירים כוח פעיל, אלא גורמים לפיזור חום בחיווט, יוצרים עומס נוסף על גנרטורים ודורשים ציוד להפקת חשמל גדול יותר. זו הסיבה שחברות שירות יכולות לגבות מלקוחות גדולים עבור λ <0.95, לחייב עבור קיבולת מלאה או קנס עבור חריגה. לפיכך, עבור מתקן תעשייתי, פיצוי עבור הרכיב הדמיוני יכול להועיל.
תיקון λ בבית
כשזה מגיע לאלקטרוניקה, יש כלליםאשר מגבילים את ההרמוניות המוכנסות על ידי מכשירי חשמל ביתיים (מחשבים אישיים, טלוויזיות וכו') לרשת. למרות שאין תקנים בינלאומיים המווסתים ישירות את גורם ההספק, תיקון מקדם ההספק מפחית אוטומטית את העיוות ההרמוני. לפיכך, עבור מתכנני ספקי כוח, הסיבה העיקרית להעלאת הקוסינוס phi של השנאי היא עמידה בדרישת תוכן הרמוני ספציפי, גם אם היא עשויה שלא לספק תועלת ישירה לא ליצרן ולא למשתמש.
בחיי היומיום, λ נמוך מפחית את התפוקהמוליכים ומפסקים. בנוסף, בניגוד לתפיסה המוטעית הרווחת בקרב מי שלא מכיר את יסודות הנדסת החשמל, בעלי בתים וצרכנים אינם נהנים מתיקון מקדם הספק.
תועלת דמיונית
מיוצרים מספר "מכשירים", המוצעים באמצעותהאינטרנט, שמוכריו טוענים שהם יקצצו את חשבונות החשמל שלהם על ידי התאמת מקדם ההספק ברשת החשמל הביתית שלהם. הם מפורסמים בשמות שונים. בהקשר זה, צרכנים שואלים לעתים קרובות האם פיצוי על הספק תגובתי יפחית את חשבונות החשמל? ואכן, תיקון λ מקטין את צריכת הזרם הכוללת ובהתאם מקטין את Q. עם זאת, כיום, הספק תגובתי אינו נטען בבנייני מגורים. ידיעת היסודות של הנדסת חשמל מאפשרת לך להימנע מגורלם של הקורבנות של הונאה כזו.
האם אני צריך לפצות על Q?
הצרכנים משלמים אך ורק עבור פעילאנרגיה, כלומר לקילו-ואט-שעה, וזה הדבר היחיד שמדים סיבוביים מיושנים יכולים למדוד. מבחינה טכנית, צמצום הרכיב התגובתי יקטין מעט את אובדן הכבל בין מד השירות לצומת מפצה החשמל לכאורה, אך השפעה זו זניחה. בגדול, לשיפור במקדם λ וירידה בזרם הדמיוני אין כמעט השפעה על קריאות המונה. בתיאוריה, זה ישתנה אם התעריפים המקומיים כוללים חיובים עבור קילו-וולט-אמפר-שעות כפי שנמדדו במונים מודרניים, אבל זה לא סביר. כמובן שמועיל לחברות החשמל להפחית את Q, אבל קודם כל צריך לקבוע את האינדיקטורים של העומס בבית, כדי לא להזיק יותר מאשר להועיל.
האם אתה צריך מפרקי התפשטות מובנים?
מאותן סיבות, אין טעם לקנותציוד עם תיקון מקדם הספק מובנה. למעשה, מערכת פיצויים אקטיבית אף מגדילה עלויות עקב הוספת שלב המרה. לפיכך, כל שאר הדברים שווים, צריכת החשמל עשויה לעלות. עם זאת, תיקון גורם הספק באלקטרוניקה מספק יתרונות טכניים מסוימים. בפרט, זה מגדיל את מספר הוואטים שניתן לשאוב מהשקע. יתרון נוסף הוא שניתן להפעיל את המכשירים בכל מתח (115 או 230 V). אבל האם זה שווה את העלות הנוספת?
