5. Công suất và hệ số công suất
5.5. Nâng cao hệ số công suất cos
Trong biểu thức công suất tác dụng P = UI cos , cos đợc coi là hệ số công suất.
Hệ số công suất phụ thuộc vào thông số của mạch điện. Trong nhánh R, I, C nối tiếp.
cos = R2 (XL XC)2
R
hoặc cos = P2 Q2
P
Hệ số công suất là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, có ý nghĩa rất lớn về kinh tế nh sau:
- Nâng cao hệ số công suất sẽ tận dụng tốt công suất nguồn (máy phát điện, máy biến áp…)cung cấp cho tải. Ví dụ một máy phát điện có công suất định mức Sđm = 10000kVA, nếu hệ số công suất của tải cos = 0,5, công suất tác dụng của máy phát cho tải P = Sđmcos = 10000 . 0,5 = 5000kW. Nếu cos = 0,9 thì P = 10000 . 0,9 = 9000kW. Rõ ràng là khi cos cao máy phát ra nhiều công suất hơn.
Nếu cos cao thì dòng điện I sẽ giảm, dẫn đến giảm tổn hao điện năng, giảm điện áp rơi trên đờng dây và có thể chọn dây dẫn tiết diện nhỏ hơn.
Các tải trong công nghiệp và sinh hoạt thờng có tính điện cảm (cuộn dây động cơ điện, máy biến áp, chấn lu…) nên cos thấp. Để nâng cao cos ta thờng dùng tụ điện nối song song với tải (hình 3.24a).
Khi cha bù (cha có nhánh tụ điện), dòng điện chạy trên đờng dây bằng I1, hệ số công suất của mạch (của tải) là cos 1.
Khi có bù (có nhánh tụ điện), dòng điện chạy trên đờng dây I là:
I = I1+ IC
Và hệ số công suất của mạch là cos . Từ đồ thị hình 3.24b ta thấy
I < I1; < 1 và cos > cos 1
Nh vậy hệ số công suất cos đã đợc nâng cao.
Điện dung C cần thiết để nâng hệ số công suất từ cos 1 lên cos đợc tính nh sau:
Vì công suất tác dụng của tải không đổi nên công suất phản kháng của mạch là:
Khi cha bù:
Q1 = Ptg 1
Khi có bù bằng tụ điện (tụ điện cung cấp QC) Q = Q1 + QC = Ptg 1 + QC = Ptg
Từ đó rút ra công suất QC của tụ điện là:
QC = -P(tg 1 - tg ) (3-23)
Mặt khác công suất QC của tụ điện đợc tính là: QC = -UCIC = -U.U. .C = -U2. .C (3-24)
So sánh (3-23) và (3-24) ta tính đợc điện dung C của bộ tụ điện là:
C = 2
UP P
(tg 1 - tg ) (3-25)
Ví dụ 14: Một tải gồm R = 6 , Xl = 8 mắc nối tiếp, đấu vào nguồn U = 220V(hình 3.25).
a. Tính dòng điện I1, công suất P,Q,S và cos 1 của tải.
b. Ngời ta nâng hệ số công suất của mạch điện đạt cos = 0,93. Tính điện dung C của bộ tụ điện đấu song song với tải.
Lời giải: Tổng trở tải
x = 2 2 L X R = 62 82 =10 cos 1 = Rz = 10 6 =0,6 Dòng điện trở tải I1 I1 = z U = 10 220=22A
Công suất P của tải: P =RI2
1 = 6.222 = 2904W
Có thể tínhP = UI1 cos 1 = 220.22.0,6 = 2904W Công suất Q của tải
Q = XLI2
1= 8.222 = 3872VAr Có thể tính:
Q = UI1sin 1 = 220.22.0,8 = 3872VAr Tính C
Bộ tụ cần có điện dung là: C = 2 U P ( tg 1 - tg ) = 2 220 . 314 2904 (1,333 - 0,395) = 1,792.10-4F