4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.5.3. Hệ số công suất và quan hệ với bù CSPK
Giả thiết, một phụ tải có tổng trở Z = R + jX được cung cấp bởi điện áp U. Dòng điện chạy vào tải đó được tính theo biểu thức sau.
R X
U U U
I I I
Z R jX
(1.14)
Trong đó: IR là thành phần tác dụng cùng pha với điện áp; IX là thành phần phản kháng trễ pha với điện áp là / 2 . Góc giữa U và I là φ như biểu diễn trên hình 1.12.
Hình 1.12: Giản đồ vecto dòng điện
Lấy góc pha điện áp bằng 0, dòng điện là IIR jIX và công suất biểu kiến được xác định theo biểu thức.
IX
U IR
UIˆ
S U( IR – jIX ) = P – jQ (1.15) Như vậy công suất biểu kiến S có hai thành phần: Thành phần thực P và thành phần phản kháng Q, quan hệ giữa S, P và Q như Hình 1.11.
Từ Hình 1.12 xác định cos = P
S
và được gọi là hệ số công suất. Trong đó: P = S.cosφ và Q = S.sinφ; Tỷ số Q/P = sinφ/cosφ = tgφ.
Như vậy, hệ số công suất liên quan với tỉ lệ CSPK trong công suất tiêu thụ tổng hợp của phụ tải. Phụ tải có cosφ càng thấp thể hiện nhu cầu tiêu thụ CSPK càng nhiều và ngược lại.
Khi phân tích chế độ hệ thống điện, phụ tải thường được hiểu là công suất tiêu thụ tổng nhận từ nút thanh cái cung cấp (là công suất tiêu thụ của tập hợp các thiết bị dùng điện nối vào thanh cái). Khi đó, để giảm lượng CSPK nhận từ nút cung cấp, có thể đặt các tụ bù nối vào thanh cái (hiểu như một thành phần phụ tải tổng hợp). Giả thiết, tải tiêu thụ ban đầu là S1 = Pdm + jQdm và lúc này hệ số công suất là cosφ1 =
1 S Pdm 2 2 dm dm dm Q P P . Lắp đặt thiết bị bù, bù một
lượng CSPK là Qb. Khi đó, S2 = Pdm + j(Qdm - Qb) và hệ số công suất cosφ2 =
2 S Pdm 2 2 b dm dm dm Q Q P P .
Dễ dàng nhận thấy là cos φ2 > cos φ1 hay thiết bị bù đặt tại thanh cái phụ tải có thể nâng cao hệ số công suất tiêu thụ.
Hệ số công suất của phụ tải cũng có thể nâng cao bằng cách sử dụng các động cơ tiêu thụ ít CSPK (dùng động cơ đồng bộ thay cho không đồng bộ) hoặc dùng biến tần để điều chỉnh công suất khi tốc độ động cơ thay đổi ...