Қайтымды қуат пен толық қуат арақатынасы

Кіріспе

Белсенді қуат пен көрінетін қуаттың арақатынасы, атыс қаруының патрондарының рейтингтік жүйесі. Электротехникада, айнымалы ток (AC) қуат жүйесінің қуат коэффициенті жүктемеге сіңірілген нақты қуат пен тізбекте ағып жатқан көрінетін қуаттың арақатынасы ретінде анықталады. Нақты қуат – кернеу мен токтың жеке көбейтіндісінің орташа шамасы және электр қуатының жұмыс атқару қабілетін көрсетеді. Көрінетін қуат – кернеу мен токтың тиімді шаршы түбірінің (RMS) көбейтіндісі. Жүктемеде сақталған және қайтарылған энергияға немесе көзден тартылған токтың толқын пішінін бұрмалайтын сызықты емес жүктемеге байланысты, көрінетін қуат нақты қуаттан артық болуы мүмкін, сондықтан тізбекте нақты қуатты ғана беру үшін қажеттіден көп ток ағып өтеді. Қуат коэффициентінің шамасы бірден кем болса, кернеу мен ток фазада емес екенін көрсетеді, бұл олардың орташа көбейтіндісін төмендетеді. Құрылғы (әдетте жүктеме) нақты қуатты өндіргенде және ол қайта көзға қайтарылғанда теріс қуат коэффициенті пайда болады. Электр қуат жүйесінде, бірдей пайдалы қуат мөлшері үшін қуат коэффициенті төмен жүктеме, қуат коэффициенті жоғары жүктемеге қарағанда көбірек ток тартады. Үлкен токтар тарату жүйесіндегі энергия жоғалтуын арттырады және үлкен сымдар мен басқа да жабдықтарды қажет етеді. Үлкен жабдықтардың құны мен энергияның ысырабына байланысты, электрмен жабдықтаушы компаниялар қуат коэффициенті төмен болған жағдайда өндірістік немесе коммерциялық тұтынушылардан жоғары тариф алады. Қуат коэффициентін түзету жүктеменің қуат коэффициентін арттырады, осымен қосылған тарату жүйесінің тиімділігін жақсартады. Сызықты жүктемелер (мысалы, индукциялық моторлар), қуат коэффициенті төмен болса, конденсаторлардың немесе индукторлардың пассивті желісімен түзетілуі мүмкін. Сызықты емес жүктемелер, мысалы, түзеткіштер, жүйеден тартылған токты бұрмалайды. Мұндай жағдайларда, бұрмалауды жою және қуат коэффициентін арттыру үшін белсенді немесе пассивті қуат коэффициентін түзету қолданылуы мүмкін. Қуат коэффициентін түзетуге арналған құрылғылар орталық подстанцияда, тарату жүйесі бойында немесе электр қуатын тұтынушы жабдықта орналастырылуы мүмкін.

Ratio of active power to apparent power
the firearms cartridge ranking system

In electrical engineering, the power factor of an AC power system is defined as the ratio of the real power absorbed by the load to the apparent power flowing in the circuit. Real power is the average of the instantaneous product of voltage and current and represents the capacity of the electricity for performing work. Apparent power is the product of root mean square (RMS) current and voltage. Due to energy stored in the load and returned to the source, or due to a non linear load that distorts the wave shape of the current drawn from the source, the apparent power may be greater than the real power, so more current flows in the circuit than would be required to transfer real power alone. A power factor magnitude of less than one indicates the voltage and current are not in phase, reducing the average product of the two. A negative power factor occurs when the device (which is normally the load) generates real power, which then flows back towards the source. In an electric power system, a load with a low power factor draws more current than a load with a high power factor for the same amount of useful power transferred. The larger currents increase the energy lost in the distribution system and require larger wires and other equipment. Because of the costs of larger equipment and wasted energy, electrical utilities will usually charge a higher cost to industrial or commercial customers where there is a low power factor. Power factor correction increases the power factor of a load, improving efficiency for the distribution system to which it is attached. Linear loads with a low power factor (such as induction motors) can be corrected with a passive network of capacitors or inductors. Non linear loads, such as rectifiers, distort the current drawn from the system. In such cases, active or passive power factor correction may be used to counteract the distortion and raise the power factor. The devices for correction of the power factor may be at a central substation, spread out over a distribution system, or built into power consuming equipment.

Периодикалық емес толқын түрлері

Егер толқын формалары мерзімді болмаса және физикалық өлшегіштердің орташалау уақыты бірдей болса, онда мерзімді жағдайға арналған теңдеулерді қолдануға болады, бірақ толқын формасының периоды орнына өлшегіштердің орташалау уақытын пайдалану керек.

Уақыт өзгермейтін сызықтық схемалар

Сызықтық уақыт инвариант схемалар (осы мақалада қарапайым сызықтық схемалар деп аталады), мысалы, резисторлар, индукторлар және конденсаторлар комбинациясынан тұратын схемалар, синусоидты желілік кернеуге синусоидты жауап береді. Сызықтық жүктеме кіріс толқынның пішінін өзгертпейді, бірақ оның индуктивтілігі немесе сыйымдылығы салдарынан кернеу мен ток арасындағы уақыттық қатынасты (фазаны) өзгерте алады. Таза резистивті айнымалы ток тізбегінде кернеу мен ток толқындары бірдей қадаммен (немесе фазада) өзгереді, әр циклда полярлық бір мезгілде ауысады. Жүктемеге келіп түсетін барлық қуат тұтынылады (немесе таралады). Реактивті жүктемелер болған жағдайда, мысалы, конденсаторлар немесе индукторлар, жүктемелерде энергия сақталуы ток пен кернеу толқындары арасында фазалық айырмашылыққа алып келеді. Айнымалы ток кернеуінің әрбір циклінде, жүктемеде тұтынылған энергиядан өзге, қосымша энергия уақытша электр немесе магнит өрістерінде сақталады, содан кейін кезеңнің бір бөлігінен кейін қуат желісіне қайтарылады. Көптеген резистивті жүктемелерді (жарық шамдары, жылыту элементтері) қамтитын электр тізбектерінің қуат коэффициенті шамамен 1-ге тең, бірақ индуктивті немесе сыйымдылық жүктемелерді (электр моторлары, соленоидты клапандар, трансформаторлар, люминесцентті шамдардың балласттары және т.б.) қамтитын тізбектердің қуат коэффициенті 1-ден кем болуы мүмкін. Электр қуат желісінде реактивті жүктемелер өнімсіз қуаттың үнемі ағып-түсуіне себеп болады. Төмен қуат коэффициенті бар тізбек, берілген мөлшердегі нақты қуатты беру үшін жоғары қуат коэффициенті бар тізбекке қарағанда көбірек ток қолданады, соның салдарынан электр желілерінде резистивті қыздырудан туындаған шығындар артады және жоғары номиналды өткізгіштер мен трансформаторларды пайдалану қажеттілігі туындайды.

Қуат үшбұрышы

Біреу векторлық кеңістіктегі қуат үшбұрышын пайдалана отырып, AC қуатының әртүрлі компоненттерін байланыстыра алады. Шынайы қуат шынайы ось бойымен көлденең бағытта, ал реактивті қуат жолғанатқан ось бағытында орналасады. Кешенді қуат (және оның шамасы, көрінетін қуат) шынайы және реактивті қуаттың комбинациясын көрсетеді, сондықтан оны осы екі компоненттің векторлық қосындысын қолдану арқылы есептеуге болады. Осы компоненттер арасындағы математикалық қатынас мынадай:

θ бұрышы белгілі бір жалпы көрінетін қуатпен бірге өскенде, ток пен кернеу бір-біріне қатысты фазалық айырмасы артады. Шынайы қуат кемиді, ал реактивті қуат көбейеді.

Сызықтық жүктемелердің қуат коэффициентін түзету

Қуат жеткізу жүйесінде жоғалтуларды азайту және жүктемеде кернеуді реттеуді жақсарту үшін жоғары қуат коэффициенті қажет. Электрлік жүктемеге жақын орналасқан компенсациялық элементтер электрмен жабдықтау жүйесіндегі қуат сұранысын азайтады. Электр қуатын беруші коммуналдық мекеме желінің тұрақтылығы мен тиімділігін арттыру үшін қуат коэффициентін түзетуді қолдануы мүмкін. Электр энергиясын тұтынушыларға қуат коэффициентінің төмендігі үшін қосымша төлем қабылданса, олар шығындарды азайту үшін қуат коэффициентін арттыруға арналған түзету жабдығын орната алады. Қуат коэффициентін түзету AC қуат тізбегінің қуат коэффициентін 1-ге жақындатады, реактивті қуатты беру немесе сіңіру арқылы, жүктеменің индуктивті немесе сыйымды әсерін жоюға бағытталған конденсаторларды немесе индукторларды қосу арқылы осы мәселені шешеді. Моторлық жүктемелердің индуктивті әсерін өтеу үшін конденсаторларды жергілікті түрде қосуға болады. Бұл конденсаторлар индуктивті жүктемелердің сұранысын қанағаттандыру үшін реактивті қуатты өндіруге көмектеседі. Бұл реактивті қуаттың генератордан жүкке дейін ағып кетуіне жол бермейді. Электр энергетикасында индукторлар реактивті қуатты тұтынады десе, конденсаторлар оны береді, бірақ реактивті қуат – бұл әрбір ауыспалы ток циклында алға-артқа қозғалатын энергия. Қуат коэффициентін түзету құрылғыларының реактивті элементтері қосылғанда немесе өшірілгенде кернеудің өзгеруіне және гармоникалық шуға себеп болуы мүмкін. Олар жақын жерде тиісті жүктеме болсын болмасын реактивті қуатты береді немесе сіңіреді, жүйенің бос жүрістегі жоғалтуын арттырады. Ең нашар жағдайда реактивті элементтер жүйемен және бір-бірімен өзара әрекеттесіп, резонанстық жағдайларды тудыруы мүмкін, бұл жүйе тұрақсыздығына және кернеудің күрт өзгеруіне әкеледі. Сондықтан реактивті элементтерді инженерлік талдаусыз қолдануға болмайды. Автоматты қуат коэффициентін түзету құрылымы бірнеше конденсаторлардан тұрады, олар контакторлар арқылы қосылады және ажыратылады. Бұл контакторлар электр желісінде қуат коэффициентін өлшейтін реттегішпен басқарылады. Желідегі жүктеме мен қуат коэффициентіне байланысты қуат коэффициенті контроллері қуат коэффициентінің белгіленген мәннен жоғары болуын қамтамасыз ету үшін конденсаторлардың қажетті блоктарын кезең-кезеңмен қосады. Конденсаторлар жиынтығының орнына жүктемесіз синхронды мотор реактивті қуатты бере алады. Синхронды мотордың реактивті қуаты оның өріс оқуының функциясы болып табылады. Ол синхронды конденсатор деп аталады. Ол іске қосылып, электр желісіне қосылады. Ол жетекші қуат коэффициентімен жұмыс істейді және жүйелік кернеуді қолдау үшін немесе жүйелік қуат коэффициентін белгіленген деңгейде ұстау үшін қажет болған жағдайда желіге вар (VAR) жібереді. Синхронды конденсатордың орнатылуы мен жұмыс істеуі ірі электр моторларының жұмысына ұқсас. Оның басты артықшылығы түзету мөлшерін оңай реттеу мүмкіндігі, ол өзгермелі конденсатор сияқты жұмыс істейді. Конденсаторлардан айырмашылығы, берілген реактивті қуат мөлшері кернеудің квадратына емес, кернеуге пропорционалды, бұл үлкен желілерде кернеудің тұрақтылығын жақсартады. Синхронды конденсаторлар көбінесе жоғары кернеулі тұрақты токпен берілетін жобаларда немесе болат зауыттары сияқты ірі өнеркәсіптік кәсіпорындарда қолданылады. Жоғары кернеулі электр жүйелерінің немесе ірі, ауытқитын өнеркәсіптік жүктемелердің қуат коэффициентін түзету үшін статикалық VAR компенсаторы немесе STATCOM сияқты қуатты электрондық құрылғылар жиі қолданылады. Бұл жүйелер қуат коэффициентінің кенеттен өзгеруіне контакторлы конденсаторлық банктерге қарағанда әлдеқайда жылдам жауап бере алады және қатты күйде болғандықтан синхронды конденсаторларға қарағанда аз күтімді қажет етеді.

A high power factor is generally desirable in a power delivery system to reduce losses and improve voltage regulation at the load. Compensating elements near an electrical load will reduce the apparent power demand on the supply system. Power factor correction may be applied by an electric power transmission utility to improve the stability and efficiency of the network. Individual electrical customers who are charged by their utility for low power factor may install correction equipment to increase their power factor so as to reduce costs. Power factor correction brings the power factor of an AC power circuit closer to 1 by supplying or absorbing reactive power, adding capacitors or inductors that act to cancel the inductive or capacitive effects of the load, respectively. In the case of offsetting the inductive effect of motor loads, capacitors can be locally connected. These capacitors help to generate reactive power to meet the demand of the inductive loads. This will keep that reactive power from having to flow all the way from the utility generator to the load. In the electricity industry, inductors are said to consume reactive power and capacitors are said to supply it, even though reactive power is just energy moving back and forth on each AC cycle. The reactive elements in power factor correction devices can create voltage fluctuations and harmonic noise when switched on or off. They will supply or sink reactive power regardless of whether there is a corresponding load operating nearby, increasing the system's no load losses. In the worst case, reactive elements can interact with the system and with each other to create resonant conditions, resulting in system instability and severe overvoltage fluctuations. As such, reactive elements cannot simply be applied without engineering analysis. An automatic power factor correction unit consists of a number of capacitors that are switched by means of contactors. These contactors are controlled by a regulator that measures power factor in an electrical network. Depending on the load and power factor of the network, the power factor controller will switch the necessary blocks of capacitors in steps to make sure the power factor stays above a selected value. In place of a set of switched capacitors, an unloaded synchronous motor can supply reactive power. The reactive power drawn by the synchronous motor is a function of its field excitation. It is referred to as a synchronous condenser. It is started and connected to the electrical network. It operates at a leading power factor and puts vars onto the network as required to support a system's voltage or to maintain the system power factor at a specified level. The synchronous condenser's installation and operation are identical to those of large electric motors. Its principal advantage is the ease with which the amount of correction can be adjusted; it behaves like a variable capacitor. Unlike with capacitors, the amount of reactive power furnished is proportional to voltage, not the square of voltage; this improves voltage stability on large networks. Synchronous condensers are often used in connection with high voltage direct current transmission projects or in large industrial plants such as steel mills. For power factor correction of high voltage power systems or large, fluctuating industrial loads, power electronic devices such as the static VAR compensator or STATCOM are increasingly used. These systems are able to compensate sudden changes of power factor much more rapidly than contactor switched capacitor banks and, being solid state, require less maintenance than synchronous condensers.

Сызықтық емес жүктемелер

Электр жүйесіндегі сызықты емес жүктемелердің мысалдары – түзеткіштер (мысалы, қуат көзінде қолданылатындар) және флуоресценттік шамдар, электрлік дәнекерлеу машиналары немесе доғалық пештер сияқты доғалық разряд құрылғылары. Бұл жүйелерде ток коммутациялық әрекет арқылы үзіліске ұшырағандықтан, ток құрамында электр жүйесінің жиілігінің еселігі болып табылатын жиілік компоненттері болады. Бұрмалау коэффициенті – жүктеме тогының гармоникалық бұрмалануы жүктемеге берілетін орташа қуатты қаншалықты төмендететінін көрсететін өлшем.

Синусоидты емес компоненттер

Тек бір жиіліктегі синусоидты ток пен кернеулері бар сызықтық тізбектерде қуат коэффициенті ток пен кернеу арасындағы фазалық айырмашылықтан ғана туындайды. Бұл – ығысу қуат коэффициенті. Сызықтық емес жүктемелер ток толқынының пішінін синусоидтық толқыннан басқа формаға өзгертеді. Сызықтық емес жүктемелер бастапқы (негізгі жиіліктегі) айнымалы токқа қосымша гармоникалық токтар тудырады. Бұл, тік бағыттағыштар, электр жарығының кейбір түрлері, электр доғалы пештер, дәнекерлеу жабдықтары, импульстік қуат көздері, айнымалы жылдамдықты жетектер және басқа да құрылғылар сияқты сызықтық емес жүктемелерді қамтитын нақты қуат жүйелері үшін маңызды. Сызықтық конденсаторлар мен индукторлардан құралған сүзгілер гармоникалық токтардың желіге енуін болдырмайды. Шын қуатты немесе реактивті қуатты өлшеу үшін, синусоидты емес токпен дұрыс жұмыс істейтін ваттметр қолданылуы тиіс.

Үш фазалы желілерде бұрмалау

Іс жүзінде үш фазалы тарату желісіндегі құрылғыларға бұрмалау тогының жергілікті әсері жалпы гармоникалық бұрмалаудың орнына белгілі бір реттік гармоникалардың шамасына байланысты. Мысалы, үштік немесе нөлдік реттік гармоникалар (3-ші, 9-шы, 15-ші және т.б.) сызықтар арасында салыстырғанда бір фазада болады. Дельта-жұлдыз трансформаторында бұл гармоникалар дельта орамдарында айналым тогын тудырып, кедергілік қыздыруды арттырады. Жұлдыз конфигурациялы трансформаторда үштік гармоникалар осы токтарды тудырмайды, бірақ бейтарап сымда нөлдік емес ток пайда болады. Бұл кейбір жағдайларда бейтарап сымды артық жүктеуге және киловатт-сағатты есептеу жүйелерінде, сондай-ақ төлемдерде қателіктерге әкелуі мүмкін. Трансформатордағы ток гармоникаларының болуы трансформатордың магниттік өзегінде үлкен едір токтарының пайда болуына себеп болады. Едір тогының жоғалтулары әдетте жиіліктің квадратына пропорционалды өседі, бұл трансформатордың тиімділігін төмендетеді, қосымша жылуды бөліп шығарады және оның қызмет ету мерзімін қысқартады. Кері реттік гармоникалар (5-ші, 11-ші, 17-ші және т.б.) негізгі гармоника сияқты 120 градусқа фазадан тыс бірігеді, бірақ кері ретпен. Генераторлар мен моторларда бұл токтар валдың айналуына қарсы келетін магниттік өрістерді тудырады және кейде зиянды механикалық дірілдерге әкеледі.

Қосылған режимдегі қуат көздері

Сызықтық емес жүктемелердің ерекше маңызды класы – миллиондаған дербес компьютерлер, олар әдетте бірнеше ватттан 1 кВт-тан астам номиналды шығыс қуаты бар коммутациялық режимді қуат көздерін (SMPS) қамтиды. Тарихи тұрғыдан алғанда, бұл өте төмен құнды қуат көздері қарапайым толық толқынды түзетушіні қамтиды, ол тек желідегі бірден пайда болатын кернеу кіріс конденсаторларындағы кернеуден асып кеткен кезде ғана жұмыс істейтін. Бұл ең жоғары және орташа кіріс тогының қатынасына әкеледі, сонымен қатар бұрмалаудың төмен қуат коэффициентіне және фазалық және бейтарап жүктемеге қатысты мәселелер тудыруы мүмкін. Типикалық коммутациялық режимдегі қуат көзі біріншіден ауыспалы ток желісін көпірлік түзетуші арқылы тұрақты ток шинасына айналдырады. Шығыс кернеуі осы тұрақты ток шинасынан алынады. Мәселе мынада, түзетуші сызықтық емес құрылғы болғандықтан, кіріс тогы жоғары сызықтық емес. Бұл кіріс тогы кернеудің жиілігінің гармоникаларында энергияға ие дегенді білдіреді. Бұл электр энергиясын өндіруші компаниялар үшін қиындық тудырады, себебі олар сызықтық жүктемеден алынған реактивті қуатты өтеуге мүмкіндік беретіндей, қарапайым конденсаторлар немесе индукторлар қосу арқылы гармоникалық токты өтей алмайды. Көптеген елдер белгілі бір қуат деңгейінен жоғары барлық қуат көздері үшін қуат коэффициентін түзетуді талап ете бастады. Еуроодақ сияқты реттеуші органдар қуат коэффициентін жақсарту үшін гармоникалық шектеулерді белгіледі. Компоненттердің құнының төмендеуі екі түрлі әдісті енгізуді жеделдетті. Қазіргі EN61000 3 2 стандартына сәйкес, 75 Вт-тан жоғары шығыс қуаты бар барлық коммутациялық режимдегі қуат көздері кем дегенде пассивті қуат коэффициентін түзетуді қамтуға тиіс. 80 Plus қуат көзінің сертификаты 0,9 немесе одан жоғары қуат коэффициентін талап етеді.

Пассивті КФК

Гармоникалық токты басқарудың ең оңай жолы – желілік жиілікте (50 немесе 60 Гц) ғана ток өткізетін сүзгіні қолдану болып табылады. Сүзгі конденсаторлар немесе индукторлардан құралады және сызықтық емес құрылғыны сызықтық жүктемеге жақындатады. Пассивті қуат факторын түзетудің (PFC) мысалы – аңғарды толтыру тізбегі. Пассивті PFC-нің кемшілігі – эквивалентті белсенді қуат факторын түзету тізбегіне қарағанда үлкен индукторлар немесе конденсаторлар қажеттілігі. Сонымен қатар, практикада пассивті PFC қуат факторын жақсартуда көбінесе аз тиімді болады.

Белсенді ПФК

Активті PFC – қуат коэффициентін жақсарту үшін жүктемеге тартылатын ток толқынының пішінін өзгерту мақсатында қуат электроникасын пайдалану. Активті PFC-нің кейбір түрлері – төмендетуші (buck), көтергіш (boost), төмендетуші-көтергіш (buck-boost) және синхронды конденсатор. Активті қуат коэффициентін түзету бір немесе көп сатылы болуы мүмкін. Импульстік қуат көзі жағдайында, көпірлі түзетуші мен негізгі кіріс конденсаторлары арасына көтергіш түрлендіргіш қосылады. Көтергіш түрлендіргіш, желілік кернеумен бірдей фазада және бірдей жиілікте ток тарта отырып, шығысында тұрақты кернеуді ұстауға тырысады. Қуат көзінің ішіндегі тағы бір импульстік түрлендіргіш, DC шинасынан қажетті шығыс кернеуін жасайды. Бұл тәсіл қосымша жартылай өткізгіш коммутаторлар мен басқару электроникасын қажет етеді, бірақ арзан және кішкентай пассивті компоненттерді пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл тәсіл практикада жиі қолданылады. Үш фазалы SMPS үшін қуат коэффициентін едәуір жақсарту үшін Вена түзетушісінің конфигурациясы қолданылуы мүмкін. Пассивті PFC-мен жабдықталған SMPS шамамен 0,7–0,75 қуат коэффициентіне жетеді, ал активті PFC-мен жабдықталған SMPS – 0,99-ға дейін, ал қуат коэффициентін түзетусіз SMPS-тің қуат коэффициенті шамамен 0,55–0,65 құрайды. Көптеген активті PFC-мен жабдықталған қуат көздері, кіріс кернеуінің кең диапазонына байланысты, 100 В (Жапония) және 240 В (Еуропа) арасындағы айнымалы токқа автоматты түрде бейімделе алады. Бұл мүмкіндік, әсіресе ноутбуктерге арналған қуат көздерінде бағалы.

Динамикалық ПФК

Динамикалық қуат коэффициентін түзету (DPFC), кейде нақты уақыт қуат коэффициентін түзету деп те аталады, жылдам жүктеме өзгерістері кезінде (мысалы, ірі өндіріс орындарында) электр жүйесін тұрақтандыру үшін қолданылады. Стандартты қуат коэффициентін түзету артық түзетуге немесе жеткіліксіз түзетуге алып келетін жағдайларда DPFC тиімді. DPFC қуат коэффициентін жақсарту үшін конденсаторларды немесе индукторларды жылдам қосу және ажырату үшін жартылай өткізгіш коммутаторларды, әдетте тиристорларды пайдаланады.

Тарату жүйелеріндегі маңызы

1,0-дан төмен қуат коэффициенті электр энергиясын өндірушіге нақты қуатты (Ватт) жеткізу үшін қажетті ең аз вольт-амперден артық қуатты өндіруді талап етеді. Бұл өндіріс және тарату шығындарын арттырады. Мысалы, егер жүктеме қуат коэффициенті 0,7-ге дейін төмен болса, сыртқы қуат жүктемеде пайдаланылатын нақты қуаттан 1,4 есе болады. Тізбектегі ток мөлшері 1,0 қуат коэффициентімен қажетті токтан 1,4 есе артық болады, сондықтан тізбектегі шығындар екі есеге көбейеді (өйткені олар ток мөлшерінің квадратына пропорционалды). Балама ретінде, жүйедегі генераторлар, өткізгіштер, трансформаторлар және қосқыштар сияқты барлық компоненттердің мөлшері (және құны) қосымша токты тасымалдау үшін ұлғайтылуы керек. Қуат коэффициенті бірлікке жақын болғанда, трансформатордың бірдей kVA қуатымен көбірек жүктеме тогын беруге болады. Электрмен жабдықтау ұйымдары әдетте коммерциялық тұтынушылардан қуат коэффициенті белгілі бір шектен төмен болған жағдайда қосымша төлем алады, бұл шек әдетте 0,9-дан 0,95-ке дейін болады. Инженерлер қуат беру тиімділігіне әсер ететін факторлардың бірі ретінде жүктеменің қуат коэффициентіне көбінесе қызығушылық танытады. Энергия бағасының өсуі және энергияны тиімді жеткізу туралы алаңдаушылықтармен белсенді PFC тұтынушы электроникасында жиі қолданылады. Компьютерлерге арналған қазіргі Energy Star талаптары компьютердің қуат блогындағы номиналды қуаттың 100%-ында ≥ 0,9 қуат коэффициентін талап етеді. Intel және АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі жариялаған ақ параққа сәйкес, ішкі қуат көздері бар компьютерлер ENERGY STAR 5.0 бағдарламасының талаптарын орындау үшін белсенді қуат коэффициентін түзетуді пайдалануы керек. Еуропада EN 61000 3 2 стандарты тұтыну тауарларына қуат коэффициентін түзетуді енгізуді талап етеді. Шағын тұтынушылар, мысалы, үй шаруашылықтары, реактивті қуат үшін төлем жасамайды, сондықтан мұндай тұтынушылар үшін қуат коэффициентін өлшеу құралдары орнатылмайды.

Өлшеу әдістері

Бір фазалы тізбекте (немесе теңгерімді үш фазалы тізбекте) қуат коэффициенті ваттметр, амперметр және вольтметр әдісімен өлшенуі мүмкін, онда ватттармен өлшенген қуат, өлшенген кернеу мен ток көбейтіндісіне бөлінеді. Теңгерімді көп фазалы тізбектің қуат коэффициенті кез келген фазаның қуат коэффициентімен бірдей. Теңгерімсіз көп фазалы тізбектің қуат коэффициенті бірегей түрде анықталмайды. Қуат коэффициентін тікелей оқитын өлшегіш аспапты электродинамикалық типті жылжымалы катушкамен жасауға болады, аспаптың жылжымалы бөлігінде екі перпендикуляр катушка орналасқан. Аспаптың магниттік өрісі тізбек тогының ағынымен қоздырылады. Екі жылжымалы катушка, А және В, тізбек жүктемесімен параллель жалғанады. Бір катушка, А, кедергі арқылы, ал екінші катушка, В, индуктор арқылы қосылады, сондықтан В катушкасындағы ток А катушкасындағы токқа қатысты кешігеді. Бірлік қуат коэффициенті болғанда, А катушкасындағы ток тізбек тогымен фазада болады және А катушкасы максималды моментті қамтамасыз етеді, аспаптың көрсеткішін шкаладағы 1.0 белгісіне қарай итереді. Қуат коэффициенті нөлге тең болғанда, В катушкасындағы ток тізбек тогымен фазада болады және В катушкасы көрсеткішті 0-ге қарай итеру үшін моментті қамтамасыз етеді. Қуат коэффициентінің аралық мәндерінде екі катушканың қамтамасыз ететін моменттері қосылады және көрсеткіш аралық жағдайды алады. Тағы бір электромеханикалық аспап – поляризацияланған жалақшалы тип. Бұл аспапта тұрақты магниттік өріс катушкасы көп фазалы қозғалтқышқа ұқсас айналмалы магниттік өріс жасайды. Магниттік өріс катушкалары тікелей көп фазалы кернеу көздеріне немесе бір фазалы қолданба үшін фазалық ауыстыру реакторына қосылады. Кернеу катушкаларына перпендикуляр екінші тұрақты магниттік өріс катушкалары тізбектің бір фазасындағы токқа пропорционалды ток өткізеді. Аспаптың жылжымалы жүйесі ток катушкасымен магниттелген екі жалақшадан тұрады. Жұмыс істегенде жылжымалы жалақшалар кернеу көзі мен ток көзі арасындағы электр бұрышына тең физикалық бұрышты алады. Бұл аспап екі бағыттағы токты тіркеуге мүмкіндік береді, қуат коэффициентінің немесе фазалық бұрыштың төрт квадрантын көрсетеді. Кернеу мен ток толқын формалары арасындағы уақыт кешігуін тікелей өлшейтін цифрлық аспаптар бар. Бұл типтегі төмен құнмен аспаптар толқын формасының ең жоғары мәнін өлшейді. Күрделірек нұсқалар тек негізгі гармониканың ең жоғары мәнін өлшейді, осылайша бұрмаланған толқын формаларында фазалық бұрышты дәлірек анықтайды. Кернеу және ток фазаларынан қуат коэффициентін есептеу екі толқын формасы да синусоидаль болған жағдайда ғана дұрыс. Қуат сапасын талдағыштар, көбінесе Қуат талдағыштар деп аталады, кернеу мен ток толқын формасын (әдетте бір фазалық немесе үш фазалық) цифрлық түрде жазады және нақты қуатты (Ватт), көрінетін қуатты (ВА), қуат коэффициентін, АЖ кернеуін, АЖ тогын, АЖ кернеуін, АЖ тогын, жиілікті, IEC61000 3 2/3 12 гармоникалық өлшеуді, IEC61000 3 3/3 11 жыпылықтау өлшеуді, бейтарап сызығы жоқ дельта қосылымдарындағы жеке фазалық кернеулерді, жалпы гармоникалық бұрмалауды, жеке кернеу немесе ток гармоникаларының фазасын және амплитудасын және т.б. есептейді.

The power factor in a single phase circuit (or balanced three phase circuit) can be measured with the wattmeter ammeter voltmeter method, where the power in watts is divided by the product of measured voltage and current. The power factor of a balanced polyphase circuit is the same as that of any phase. The power factor of an unbalanced polyphase circuit is not uniquely defined. A direct reading power factor meter can be made with a moving coil meter of the electrodynamic type, carrying two perpendicular coils on the moving part of the instrument. The field of the instrument is energized by the circuit current flow. The two moving coils, A and B, are connected in parallel with the circuit load. One coil, A, will be connected through a resistor and the second coil, B, through an inductor, so that the current in coil B is delayed with respect to current in A. At unity power factor, the current in A is in phase with the circuit current, and coil A provides maximum torque, driving the instrument pointer toward the 1.0 mark on the scale. At zero power factor, the current in coil B is in phase with circuit current, and coil B provides torque to drive the pointer towards 0. At intermediate values of power factor, the torques provided by the two coils add and the pointer takes up intermediate positions. Another electromechanical instrument is the polarized vane type. In this instrument a stationary field coil produces a rotating magnetic field, just like a polyphase motor. The field coils are connected either directly to polyphase voltage sources or to a phase shifting reactor if a single phase application. A second stationary field coil, perpendicular to the voltage coils, carries a current proportional to current in one phase of the circuit. The moving system of the instrument consists of two vanes that are magnetized by the current coil. In operation, the moving vanes take up a physical angle equivalent to the electrical angle between the voltage source and the current source. This type of instrument can be made to register for currents in both directions, giving a four quadrant display of power factor or phase angle. Digital instruments exist that directly measure the time lag between voltage and current waveforms. Low cost instruments of this type measure the peak of the waveforms. More sophisticated versions measure the peak of the fundamental harmonic only, thus giving a more accurate reading for phase angle on distorted waveforms. Calculating power factor from voltage and current phases is only accurate if both waveforms are sinusoidal. Power Quality Analyzers, often referred to as Power Analyzers, make a digital recording of the voltage and current waveform (typically either one phase or three phase) and accurately calculate true power (watts), apparent power (VA) power factor, AC voltage, AC current, DC voltage, DC current, frequency, IEC61000 3 2/3 12 Harmonic measurement, IEC61000 3 3/3 11 flicker measurement, individual phase voltages in delta applications where there is no neutral line, total harmonic distortion, phase and amplitude of individual voltage or current harmonics, etc.