Что такое косинус фи
Перейти к содержимому

Что такое косинус фи

  • автор:

Описание параметра «Компенсация (cos ϕ)»

Коэффициент мощности (cos φ) — физическая величина, являющаяся энергетической характеристикой электрического тока. Коэффициент мощности характеризует приёмник электроэнергии переменного тока, а именно — степень линейности нагрузки. Равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения). В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (ВА) вместо ватта (Вт).

Коэффициент мощности математически можно интерпретировать как косинус угла между векторами тока и напряжения. Поэтому в случае синусоидальных напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла, на который отстают соответствующие фазы.

Коэффициент мощности позволяет судить о нелинейных искажениях, вносимых нагрузкой в электросеть. Чем он меньше, тем больше вносится нелинейных искажений. Кроме того, при одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, т. е. его повышения до значения, близкого к единице.

Значение коэффициента мощности Высокое Хорошее Удовлетворительное Низкое Неудовлетворительное
cos φ 0,95. 1 0,8. 0,95 0,65. 0,8 0,5. 0,65 0. 0,5

Что такое коэффициент мощности (косинус фи)

Что такое коэффициент мощности (косинус фи)

Физическая сущность коэффициента мощности (косинуса «фи») заключается в следующем. Как известно, в цепи переменного тока в общем случае имеются три вида нагрузки или три вида мощности (три вида тока, три вида сопротивлений). Активная Р, реактивная Q и полная S мощности соответственно ассоциируются с активным r, реактивным х и полным z сопротивлениями.

Из курса электротехники известно, что активным называется сопротивление, в котором при прохождении тока выделяется тепло. С активным сопротивлением связаны потери активной мощности d P п , равные квадрату тока, умноженному на сопротивление d P п = I 2 r Вт.

Реактивное сопротивление при прохождении по нему тока потерь не вызывает. Обусловливается это сопротивление индуктивностью L, а также емкостью С.

Что такое коэффициент мощности

Индуктивное и емкостное сопротивления являются двумя видами реактивного сопротивления и выражаются следующими формулами:

  • реактивное сопротивление индуктивности, или индуктивное сопротивление,
  • реактивное сопротивление емкости, или емкостное сопротивление,

Тогда х = хL — х c . Например, если в цепи хL= 12 Ом, хс = 7 Ом, то реактивное сопротивление цепи x=х L — хс= 12 — 7 = 5 Ом.

Иллюстрации к объяснению сущности косинуса

Рис. 1. Иллюстрации к объяснению сущности косинуса «фи»: а — схема последовательного включения r и L в цепи переменного тока, б — треугольник сопротивлений, в — треугольник мощностей, г — треугольник мощностей при различных значениях активной мощности.

Полное сопротивление z включает в себя активное и реактивное сопротивления. Для цепи последовательного соединения г и L (рис. 1 , а) графически изображается треугольником сопротивления .

Если стороны этого треугольника умножить на квадрат одного и того же тока, то соотношение сторон не изменится, но новый треугольник будет представлять собой треугольник мощностей (рис. 1,в). Подробнее смотрите здесь — Треугольники сопротивлений, напряжений и мощностей

Как видно из треугольника, в цепи переменного тока в общем случае возникают три мощности: активная Р, реактивная Q и полная S

P = I 2 r = UIcosфи Вт, Q = I 2 х = I 2 х L — I2xc = UIsinфи Вар, S = I 2 z = UI Ва.

Активная мощность может быть названа рабочей, т. е. она «греет» (выделение тепла), «светит» (электрическое освещение), «двигает» (электродвигатели приводят в движение механизмы) и т. д. Измеряется она так же, как и мощность на постоянном токе, в ваттах.

Выработанная активная мощност ь полностью без остатка расходуется в приемниках и подводящих проводах со скоростью света — практически мгновенно. Это является одной из характерных особенностей активной мощности: сколько вырабатывается, столько и расходуется.

Реактивная мощность Q не расходуется и представляет собой колебание электромагнитной энергии в электрической цепи. Переливание энергии из источника к приемнику и обратно связано с протеканием тока по проводам, а так как провода обладают активным сопротивлением, то в них имеются потери.

Таким образом, при реактивной мощности работа не совершается, но возникают потери, которые при одной и той же активной мощности тем больше, чем меньше коэффициент мощности (cosфи , косинус «фи») .

Пример. Определить потери мощности в линии с сопротивлением r л = 1 ом, если по ней передается мощность Р=10 кВт на напряжение 400 В один раз при cosфи 1 = 0,5, а второй раз при cosфи2=0,9.

Решение. Ток в первом случае I1 = P/(Ucosфи 1) = 10/(0 ,4 • 0,5) = 50 А.

Потери мощности dP1 = I1 2 r л = 50 2 •1 = 2500 Вт = 2,5 кВт.

Во втором случае ток I1 = P/(Ucosфи 2 ) = 10/(0 ,4 • 0,9) = 28 А

Потери мощности dP2 = I 2 2 r л = 28 2 •1 = 784 Вт = 0,784 кВт, т.е. во втором случае потери мощности в 2,5/0,784 = 3,2 раза меньше только потому, что выше значение cosфи.

Расчет наглядно показывает, что чем выше величина косинус «фи», тем меньше потери энергии и тем меньше нужно закладывать цветного металла при монтаже новых установок.

Измерение коэффциента мощности

Повышая косинус «фи», преследуем три основные цели:

1) экономию электрической энергии,

2) экономию цветных металлов,

3) максимальное использование установленной мощности генераторов, трансформаторов и вообще электродвигателей переменного тока.

Последнее обстоятельство подтверждается тем, что, например, от одного и того же трансформатора можно получить тем больше активной мощности, чем больше величина со sфи потребителей. Так, от трансформатора с номинальной мощностью Sн=1000 кВа при со sфи 1 = 0,7 можно получить активной мощности Р 1 = S нcosфи 1 = 1000•0,7=700 кВт, а при cosфи2 = 0,95 Р2 = S нcosфи2= 1000•0,95 = 950 кВт.

В обоих случаях трансформатор будет нагружен полностью до 1000 кВа. Причиной низкого коэффициента мощности на предприятиях являются недогруженные асинхронные двигатели и трансформаторы. Например, асинхронный двигатель при холостом ходе имеет cos фихх примерно равный 0,2, тогда как при загрузке до номинальной мощности со sфи н = 0,85.

Для наглядности рассмотрим приближенный треугольник мощности для асинхронного двигателя (рис. 1,г). При холостом ходе асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность, примерно равную 30% номинальной мощности, тогда как потребляемая активная мощность при этом составляет около 15%. Коэффициент мощности поэтому очень низок. С возрастанием нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная меняется незначительно и поэтому cosфи возрастает. Подробнее об этом читайте здесь: Коэффициент мощности электропривода

Основным мероприятием, повышающим значение cosфи, является работа на полную производственную мощность. В этом случае асинхронные двигатели будут работать с коэффициентами мощности, близкими к номинальным величинам.

Мероприятия по повышению коэффициента мощности делятся на две основные группы:

1) не требующие установки компенсирующих устройств и целесообразные во всех случаях (естественные способы);

2) связанные с применением компенсирующих устройств (искусственные способы).

Конденсаторная установка для повышения коэффициента мощности

Конденсаторная установка для повышения коэффициента мощности

К мероприятиям первой группы согласно действующим руководящим указаниям относится упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования и повышению коэффициента мощности. К этим же мероприятиям относится применение синхронных двигателей вместо некоторых асинхронных (установка синхронных двигателей рекомендуется вместо асинхронных всюду, где требуется повышать соsфи).

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое косинус фи

  • Работа в компании
  • Закупки
  • Библиотека
  • Охрана труда
  • Рус / Eng
  • О заводе
  • Каталог
    • Установки компенсации реактивной мощности
      • Регулируемые конденсаторные установки КРМ (АУКРМ) — 0,4 кВ
      • Нерегулируемые конденсаторные установки КРМ (УКРМ ) — 0,4 кВ
      • Тиристорные конденсаторные установки КРМТ (АУКРМТ) — 0,4 кВ
      • Комплектующие для конденсаторных установок
      • Серия PSPE1 (однофазные конденсаторы)
      • Серия PSPE3 (трехфазные конденсаторы)
      • Конденсаторы серии AFC3
      • Конденсаторы серии FA2
      • Конденсаторы серии FA3
      • Конденсаторы серии FB3
      • Конденсаторы серии FO1
      • Конденсаторы серии PO1
      • Конденсаторы серии SPC
      • Серия K78-99 (пластиковый корпус)
      • Серия К78-99 A (алюминиевый корпус)
      • Серия К78-99 AP2 (взрывозащищенный)
      • Серия К78-98 (пластиковый корпус)
      • Серия К78-98 A (алюминиевый корпус)
      • Серия К78-98 АР2 (взрывозащищенный)

      rezident

      • офис: с 9 00 до 17 30
      • склад: с 9 00 до 17 00

      +7 (925) 517-34-27 (отдел продаж);

      +7 (495) 744-31-71 (отдел продаж);
      +7 (926) 673-77-58 (отдел персонала).

      • Охрана труда
      • Установки компенсации реактивной мощности
        • Регулируемые конденсаторные установки КРМ (АУКРМ) — 0,4 кВ
        • Нерегулируемые конденсаторные установки КРМ (УКРМ ) — 0,4 кВ
        • Тиристорные конденсаторные установки КРМТ (АУКРМТ) — 0,4 кВ
        • Комплектующие для конденсаторных установок
        • Серия PSPE1 (однофазные конденсаторы)
        • Серия PSPE3 (трехфазные конденсаторы)
        • Конденсаторы серии AFC3
        • Конденсаторы серии FA2
        • Конденсаторы серии FA3
        • Конденсаторы серии FB3
        • Конденсаторы серии FO1
        • Конденсаторы серии PO1
        • Конденсаторы серии SPC
        • Серия K78-99 (пластиковый корпус)
        • Серия К78-99 A (алюминиевый корпус)
        • Серия К78-99 AP2 (взрывозащищенный)
        • Серия К78-98 (пластиковый корпус)
        • Серия К78-98 A (алюминиевый корпус)
        • Серия К78-98 АР2 (взрывозащищенный)

        Сертификаты
        ЗАДАТЬ ВОПРОС
        ЗАДАЙТЕ ВОПРОС ONLINE
        на Ваши вопросы ответят профильные специалисты
        ЗАДАТЬ ВОПРОС
        Спасибо за интерес, проявленный к нашей Компании

        • Словарь терминов
        • Коэффициент мощности

        Коэффициент мощности
        Отправить другу

        Коэффициентом мощности или cos φ электрической сети называется отношение активной мощности к полной мощности нагрузки расчетного участка.

        cos φ = P/S, где:

        • cos φ – коэффициент мощности;
        • Р — активная мощность Вт;
        • S — полная мощность ВА;

        Коэффициент мощности можно определить как расчетным путем, так и измерить специальными приборами. Только в том случае, когда нагрузка имеет исключительно активный характер, cos φ равен единице. В основном же, активная мощность меньше полной и поэтому коэффициент мощности меньше единицы.

        Следует учитывать, что низкий коэффициент мощности потребителя приводит:

        • к необходимости увеличения полной мощности трансформаторов и электрических станций, а также к увеличению сечения питающих линий электропередач;
        • к понижению коэффициента полезного действия вырабатывающих и трансформирующих элементов цепи;
        • к увеличению потерь мощности и напряжения в проводах. При одних и тех же значениях мощности и напряжения уменьшение коэффициента мощности сопровождается увеличением тока в проводах, вследствие чего возрастают потери на нагрев, что, в свою очередь, приводит к падению напряжения в сети;

        Чем меньше коэффициент мощности сети, тем менее загружена сеть активной мощностью и тем меньше коэффициент полезного действия использования сети. В связи с этим необходимо, чтобы как можно большую часть в полной мощности составляла именно активная мощность, а не реактивная, в этом случае коэффициент мощности будет ближе к единице.

        НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?
        или заполните простую форму

        Чтобы лучше понять данный вопрос, давайте рассмотрим причины низкого коэффициента мощности:

        • Недогрузка асинхронных электродвигателей. Потребляемая активная мощность уменьшается пропорционально нагрузке, а реактивная мощность изменяется меньше;
        • Неправильный выбор типа электродвигателя. Двигатели быстроходные и большой мощности имеют более высокий коэффициент мощности, чем тихоходные и маломощные;
        • Повышение напряжения в сети. Ведет к увеличению намагничивающего тока индуктивных потребителей реактивной составляющей полного тока;

        Для увеличения коэффициента мощности можно:

        • изменить мощность и тип устанавливаемых электродвигателей;
        • увеличить загрузку электродвигателей в процессе работы;
        • уменьшить время работы в холостом режиме оборудования потребляющего индуктивную мощность;
        • установить установку компенсации реактивной мощности с конденсаторами производства «Нюкон»;

        Преимущества использования конденсаторных установок «Нюкон» для компенсации реактивной мощности

        • малые удельные потери активной мощности установками КРМ (собственные потери косинусных конденсаторов напряжением 0,4 кВ не превышают 0,5 Вт на 1000 ВАр);
        • отсутствие вращающихся частей;
        • удобный монтаж и надежные эксплуатационные характеристики;
        • возможность выбора любого необходимого шага компенсации реактивной мощности;
        • возможность установки и подключения в необходимой точке электросети;
        • отсутствие шума во время работы;
        • малые эксплуатационные затраты;
        • хорошая цена.

        Если Вы желаете купить конденсаторную установку или узнать цену на установки компенсации реактивной мощности, позвоните по телефону указанному ниже или заполните приведенную форму. В этом случае, в ближайшее время мы с Вами свяжемся для уточнения особенностей Вашего проекта, необходимых для расчета стоимости КРМ

        Реактивная мощность и cos фи

        Рассмотрим такие понятия, как: реактивная мощность, коэффициент мощности ( cos фи), низкое значение Cos FI и способы его повышения.

        Что такое реактивная мощность?

        Коэффициент мощности cos фи (φ) определяется как отношение полезной мощности к полной. Математически это определение часто записывают в виде кВт/кВА, где числитель – активная (действительная) мощность, а знаменатель – кажущаяся (активная + реактивная, полная) мощность. И хотя определение выглядит весьма простым, само понятие реактивной мощности весьма зачастую туманно и запутанно даже для людей с неплохой технической подготовкой.

        Объяснение понятия реактивной мощности основывается на том, что в системе переменного тока в случае, когда напряжение и ток возрастают и уменьшаются одновременно, передается только активная мощность, а когда между током и напряжением есть сдвиг во времени (сдвиг по фазе), передается как активная, так и реактивная мощность. Однако, при расчете среднего за период значения, присутствует только среднее значение активной мощности, которое приводит к «чистой» передаче энергии из одной точки в другую, тогда как среднее значение реактивной мощности равно нулю, независимо от структуры и режима работы системы.

        В случае реактивной мощности количество энергии, протекающее в одном направлении равно количеству энергии, протекающему в противоположном направлении (иначе говоря, реактивные элементы сети – конденсаторы, индуктивности и др. – обмениваются реактивной энергией). Это означает, что реактивная мощность не производится и не потребляется.

        Но, в действительности, мы наблюдаем потери реактивной мощности и внедряем много различного оборудования для ее компенсации, чтобы уменьшить потребление электроэнергии и затраты.

        Заблуждения о законе сохранения энергии

        Закон сохранения энергии, не подвергаемый сомнению, гласит: «энергия ни откуда не возникает и никуда не исчезает», а мы все еще продолжаем говорить о «сбережении энергии»!! Заблуждения возникают тогда, когда мы рассуждаем о законе сохранения, игнорируя другие законы термодинамики, в частности закон, гласящий, что энтропия («низкосортная» энергия) постоянно увеличивается. В математическом смысле «полная» энергия не имеет значения для потребителя энергии, следовательно, он должен заботиться об эффективности ее преобразования и сохранения. Точно так же, несмотря на то, что мы можем доказать математически, что потери реактивной мощности не являются реальными потерями и реактивная энергия вообще не тратится, у нас есть целый ряд причин для коррекции реактивной мощности. Это проще объяснить на основе физических аналогий.

        Физические аналогии

        Предположим, нам надо заполнить водой резервуар, выливая по одному ведру за раз. Единственный способ сделать это – подняться по лестнице с ведром воды и вылить ведро в емкость. Вылив ведро, мы должны спуститься по лестнице за следующим ведром. За этот цикл (подъем по лестнице и спуск) мы проделали определенную работу, причем энергия, затраченная на подъем, больше энергии, требуемой для спуска.

        Если бы мы поднялись по лестнице с пустым ведром и с ним же спустились, то мы не совершили бы никакой работы. Но энергия для подъема и спуска осталась бы такой же. И хотя мы не совершали никакой полезной работы, мы затратили некоторое количество энергии.

        Таким образом, энергия, необходимая на подъем и спуск по лестнице с пустыми руками, требует реактивной мощности, но не полезной. А энергия, затраченная на подъем с ведром воды и спуск с пустым ведром, требует как активной мощности, так и реактивной.

        Аналогия может быть распространена и на трехфазные системы, если поставить три лестницы к резервуару и заставить трех человек подниматься по ним в такой последовательности, чтобы наполнение резервуара было непрерывным.

        Что вызывает низкий коэффициент мощности cos φ (cos фи) в электрической системе?

        Перечислим некоторые причины, которые способствуют возникновению в системе низкого коэффициента мощности:

        • индуктивные нагрузки, особенно недогруженные асинхронные двигатели и трансформаторы;
        • индукционные печи и дуговые печи с реакторами;
        • дуговые лампы;
        • токоограничивающие реакторы;
        • повышенное напряжение.

        Реактивная мощность, потребляемая этими нагрузками, увеличивает значение полной мощности в распределительной сети, и такое увеличение реактивной и полной мощности вызывает снижение коэффициента мощности.

        Как повысить коэффициент мощности cos φ?

        Коэффициент мощности можно повысить путем дополнительного подключения в сеть потребителей реактивной мощности, таких как конденсаторы или асинхронные двигатели.

        Также его можно увеличить за счет полного использования по нагрузке асинхронных двигателей и трансформаторов и за счет применения высокоскоростных двигателей. Применение автоматической системы переключения отводов обмоток трансформаторов также способствует повышению коэффициента мощности.

        При каких обстоятельствах коррекция коэффициента мощности способна:

        а) снизить потребление электроэнергии на предприятии?
        Повышение коэффициента мощности cos фи (cos φ) на предприятии за счет внедрения любого из вышеупомянутых способов компенсирует потери и уменьшает токовые нагрузки на оборудование электросети, т.е. кабели, распределительные коммутационные устройства, трансформаторы, генерирующие установки и т.д. Это означает, что коррекция коэффициента мощности cos фи там, где она возможна, уменьшит потребление электроэнергии на предприятии и, в свою очередь, снизит стоимость электроэнергии.

        Повышение коэффициента мощности cos φ приводит к снижению энергопотребления, когда коррекция реализована на уровне отдельных потребителей (т.е. оборудования) или на уровне распределительного устройства. Но это не приведет к снижению энергопотребления, если предприятие, получающее энергию из общей сети, вынесет коррекцию на уровень питающего/входного напряжения только для того, чтобы скомпенсировать реактивную энергию, потребляемую из сети. Если предприятие осуществляет такую коррекцию для своей собственной системы генерации электроэнергии, то в этом случае экономия на стоимости (либо электроэнергии, либо стоимости топлива) будет иметь место за счет снижения потерь в генераторе.

        б) сократить только затраты на электроэнергию?
        Коррекция коэффициента мощности cos φ (cos фи) приведет только к уменьшению стоимости электроэнергии в случае, если предприятие, получающее энергию из общей сети, вынесет коррекцию на уровень питающего/входного напряжения только для того, чтобы скомпенсировать реактивную энергию, потребляемую из сети.

        Как правило, cos фи повышают до значения 0.95-0.98, а дальнейшее его повышение до единицы может привести к увеличению срока окупаемости мероприятий по коррекции.

        в) снизить затраты и потребление электроэнергии?
        Во всех остальных случаях, кроме вышеописанных исключений, повышение коэффициента мощности в конечном итоге приводит к снижению потребления энергии и, следовательно, к снижению стоимости электроэнергии. Однако окупаемость инвестиций за счет повышения коэффициента мощности зависит от типа предприятия и многих других факторов, таких как тариф на электроэнергию, схемы загрузки оборудования, метода производства и использования мощности и т.д.

        Коррекция коэффициента мощности cos фи осуществляется за счет индивидуальной или групповой коррекции.

        увеличение нагрузочной способности распределительной сети

        удельная стоимость (на квар) конденсаторов малых габаритов выше, чем стоимость больших конденсаторов

        возможность аппаратного отключения, не требуется дополнительных коммутаций

        экономическая целесообразность обычно до 10 л.с.

        лучше стабилизация напряжения

        затрудненная установка в местах с особыми требованиями (пожаробезопасные и защищенные исполнения)

        простота определения типоразмера конденсатора

        необходимость в дополнительном оборудовании для обслуживания

        конденсаторы, встроенные в оборудование,
        могут быть перемещены во время реконструкции

        если номинал конденсатора слишком велик – больше, чем мощность намагничивания двигателя, возможно повредить двигатель и другое подключенное оборудование

        увеличение нагрузочной способности системы энергоснабжения

        необходимость в коммутирующих устройствах для управления величиной емкости

        снижение материальных затрат по сравнению с индивидуальной коррекцией

        необходимость в индивидуальных коммутирующих устройствах

        сокращение количества оборудования для обслуживания / простота доступа для контроля

        отсутствие снижения потерь в кабелях ниже
        точки коррекции

        исключение самовозбуждения асинхронных двигателей из-за высокого значения емкости

        высокий срок окупаемости

        уменьшение удельной цены на квар для устройств больших типоразмеров

        отсутствие вклада в увеличение срока службы/эффективности оборудования

        простота регулирования нагрузки энергосистемы; коэффициент мощности cos φ может быть приближен к единице

        опережающий коэффициент мощности на предприятиях с собственной генерацией электроэнергии при неправильной коммутации

        возможность установки на подстанциях и, следовательно, возможность применения на опасных объектах

        вероятность непосредственной коммутации емкостной нагрузки при отключении электроэнергии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *