Почему коэффициент мощности важен: Ключ к эффективным электрическим системам

Коэффициент мощности (cos φ) можно определить тремя способами:

• Косинус угла между током и напряжением в цепи переменного тока.
• Отношение активного сопротивления к полному импедансу цепи переменного тока.
• Отношение активной мощности к полной (видимой) мощности.

При индуктивной нагрузке коэффициент мощности запаздывающий (ток отстает от напряжения). При емкостной — опережающий (ток опережает напряжение). Коэффициент мощности играет важную роль в цепях переменного тока в зависимости от нагрузки. Чем ниже cos φ, тем выше ток нагрузки, и наоборот. Запаздывающий коэффициент мощности имеет недостатки: большой номинал КВА (обратная пропорциональность), увеличение сечения проводов линий передачи из-за больших токов, большие потери на нагреве (I²R), снижение КПД, большие потери напряжения в генераторах и линиях, уменьшение пропускной способности системы.

Причины низкого коэффициента мощности

Низкий cos φ невыгоден с экономической точки зрения.

1. Большинство двигателей переменного тока (однофазных и трехфазных) — асинхронные, работающие при очень низком cos φ (0,2–0,3).
2. Промышленные печи, дуговые лампы, газоразрядные лампы работают при низком cos φ.

Повышение коэффициента мощности

Низкий cos φ обусловлен преимущественно индуктивными нагрузками. Для исправления параллельно нагрузке подключают конденсатор, компенсирующий реактивную мощность. Улучшение cos φ достигается с помощью:

• Статические конденсаторы: Подключаются параллельно индуктивной нагрузке. Конденсатор потребляет опережающий ток, нейтрализуя запаздывающий. Для трехфазных нагрузок конденсаторы соединяют по звезде или треугольнику.
• Синхронные компенсаторы: Синхронные двигатели при перевозбуждении потребляют опережающий ток, работая как конденсаторы. Перевозбужденный синхронный двигатель на холостом ходу называется синхронным компенсатором. При параллельном включении он потребляет опережающий ток, частично компенсируя низкий cos φ.
• Фазовые регуляторы: Устройство для улучшения cos φ. Низкий cos φ асинхронного двигателя вызван статором, потребляющим большой возбуждающий ток, отстающий от напряжения на 90°. Фазовый регулятор — внешнее переменное возбуждение, разгружающее статор от возбуждающего тока и повышающее cos φ.