Коэффициент мощности и способы его повышения

Коэффицие́нт мо́щности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Можно показать, что если к источнику синусоидального тока (например, розетка ~220 В, 50 Гц) подключить нагрузку, в которой ток опережает или отстаёт по фазе на некоторый угол от напряжения, то на внутреннем активном сопротивлении источника выделяется повышенная мощность. На практике это означает, что при работе на нагрузку со сдвинутыми напряжением и током от электростанции требуется больше энергии; избыток передаваемой энергии выделяется в виде тепла в проводах и может быть довольно значительным.

Коэффициент мощности 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 реактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (В∙А) вместо ватта (Вт).

Согласно неравенству Коши—Буняковского, активная мощность, равная среднему значению произведения тока и напряжения, всегда не превышает произведение соответствующих среднеквадратических значений. Поэтому коэффициент мощности принимает значения от нуля до единицы (то есть от 0 до 100 %).

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.

В электроэнергетике для коэффициента мощности приняты обозначения cos φ (где φ — сдвиг фаз между силой тока и напряжением) либо λ. Когда для обозначения коэффициента мощности используется λ, его величину обычно выражают в процентах.

При наличии реактивной составляющей в нагрузке кроме значения коэффициента мощности иногда также указывают характер нагрузки: активно-ёмкостный или активно-индуктивный. В этом случае коэффициент мощности соответственно называют опережающим или отстающим.

В случае синусоидального напряжения, но несинусоидального тока, если нагрузка не имеет реактивной составляющей, коэффициент мощности равен доле мощности первой гармоники тока в полной мощности, потребляемой нагрузкой.

Важнейшим показателем, характеризующим использование электрической энергии, является коэффициент мощности cos Ф, который показывает, какую долю мощности, забираемой от источника, потребители преобразуют в полезную.

Потребители электрической энергии получают от источника полную мощность, превращают в полезную мощность активную, а реактивная мощность не используется.

Чем выше активная мощность на предприятии, тем эффективнее работает оборудование. Затраты на электроэнергию ведут к поправкам коэффициентов в ценообразовании и цены на продукцию, в итоге, сильно изменяться.

Чем меньше угол сдвига фаз Ф между током и напряжением, тем больше cos Ф, следовательно, тем больше активная мощность при тех же значениях напряжения сети и тока. При cos Ф= 1 вся полная мощность является активной.

Если активная мощность характеризует энергию, расходуемую на полезную работу и покрытие потерь в двигателях, трансформаторах и т. д., то реактивная мощность характеризует энергию, которая не принимает непосредственного участия в полезной работе, а затрачивается лишь на создание переменных электромагнитных полей. Величины активной и реактивной энергии определяются по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии.

Коэффициент мощности, вычисленный таким образом за время работы (за один месяц), называется средневзвешенным. В практике эксплуатации электроустановок промышленных предприятий различают также значения мгновенного и среднего коэффициентов мощности. Под мгновенным коэффициентом мощности подразумевают его значение в данный момент времени.