Hệ số công suất hay còn gọi là cos phi là một giá trị được quan tâm nhiều nhất trong điều khiển động cơ. Cos phi càng lớn tương ứng với công suất đạt được càng cao. Cos phi lý tưởng là bằng 1 khi công suất tác dụng lớn nhất và công suất phản khàng nhỏ nhất. Tuy nhiên, trong thực tế thì điều này không bao giờ xảy ra bởi công suất biểu kiến là tổng hợp của công suất tác dụng vả công suất phản kháng. Vậy làm sao để tăng hệ số công suất cos phi. Chúng ta cùng tìm hiểu nhé. Show Cos phi là gì Cos phi còn được gọi là hệ số công suất hay hệ số PF ( Power Factor ). Hệ số công suất cos phi là một tỉ số giữa công suất tác dụng ( KW ) và công suất phản kháng ( VAR ). Theo sơ đồ tam giác công suất thì công suất biểu kiến ( KVA ) là tỗng bình phương của công suất tiêu thụ và công suất phản kháng. Nói chính xác hơn cos phi là góc tạo bởi công suất biểu kiến và công suất tác dụng trong sơ đồ tam giác công suất. Cos phi lớn nhất là bằng 1, cos phi càng lớn thì giá trị công suất hiệu dụng càng lớn. Người ta tìm mọi cách để nâng hệ số công suất cos phi để tăng công suất hoạt động của động cơ. Hệ số cos phi là bao nhiêuHệ số cos phi lớn nhất là 1 theo công thức : K = cos phi = P/Q Trong đó :
Tính cos phiChúng ta có khá nhiều cách tính cos phi liên quan tới các đại lượng đặc trưng của dòng điện như : Cos phi = K = P/S P = U x I x k Do S là cạnh huyền tam giác công suất nên luôn luôn lớn hơn P và Q. Điều này có nghĩa rằng cos phi sẽ luôn luôn nhỏ hơn 1. Cos phi bằng 1 chỉ khi nào công suất phản kháng bằng 0 và điều này không thể xảy ra. Nên người ta luôn tìm cách nâng hệ số cos phi lên gần bằng 1 để tăng công suất hiệu dụng. Cách đo cos phiChúng ta đã thấy rằng cos phi rất quan trọng trong điều khiển động cơ. Chính vì thế người ta cần phải đo lường cos phi của hệ thống điện là bao nhiêu để nâng hệ số công suất bằng tụ bù cos phi. Chúng ta cùng xem các thiết bị có thể đo được cos phi nhé. Bộ chuyển đổi cos phi sang 4-20mA / 0-10VTheo công thức : P = U x I x Cos Phi thì Cos phi = P / UI Để đo được cos phi chúng ta phải có một CT 0-5A đi qua tải của thiết bị. Sau đó vừa cấp nguồn 230Vac vừa lấy tín hiệu từ CT 0-5A để lấy được thông số của Cos phi. Bộ chuyển đổi Z203-1 có thể vừa nhận được dòng vừa nhận được áp vì thế có thể tính được cos phi một cách dể dàng và chính xác. Tín hiệu ngõ ra tiêu chuẩn là 4-20mA hoặc 0-10V theo cài đặt. Z203-1 có truyền thông modbus RTS 485 điều này có nghĩa ra chúng ta có thể đọc cùng lúc : dòng ( I ), áp ( V ) và cả Cos phi một cách song song nhau. Đồng hồ đo cos phi 3 phaMột cách khác để đo được cos phi chính là sử dụng đồng hồ đo công suất điện năng S203TA-D để đo tất cả các thông số của hệ thống điện : Dòng, Áp, Công Suất, Cos phi … Không chỉ là một đồng hồ đo công suất thông thường mà S203TA-D có thể đo được tất cả các thông số như : công suất hiệu dụng, công suất phản kháng, công suất tổng kèm các giá trị điện áp, dòng điện tương ứng … Có thể bạn cần biết : các loại đồng hồ đo công suất điện năng Ý nghĩa của hệ số công suất cos phiNâng cao hệ số công suất chính là một trong những biện pháp để tiết kiệm điện năng tiêu thụ. Do động cơ không đồng bộ, máy biến áp cùng với đường dây là những thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng Q của hệ thống điện. Để giảm truyền tải công suất phản kháng trên đường dây người ta dùng các tụ bù công suất được đặt gần phụ tải để cấp trực tiếp Q cho phụ tải nên được gọi là công suất phản kháng. Điều này làm nâng cao hệ số cos phi. Việc nâng cao hiệu suất đồng nghĩa với :
Cách tăng hệ số công suất
Thiết bị bù cos phi hiệu quảMáy bù và tụ bù công suất là thiết bị được sử dụng phổ biến để tăng cos phi. Máy bù hay còn gọi là máy bù đồng bộ và tụ bù. Tụ bù được dùng tại các nhà máy, xí nghiệp hoặc trong dân dụng. Còn máy bù thường được dùng tại các trung tâm điện để duy trì sự ổng định. Tụ bù cos phi có thể mắc nối tiếp hoặc song song váo mạng điện sao cho cos phi lớn hơn hoặc bằng 0.9 là đạt hiệu quả. Như vậy cos phi là một thành phần không thể thiếu trong hệ thống điện. Việc nâng cao hệ số cos phi làm tăng giá trị hiệu dụng. Để theo dõi cos phi chính xác chúng ta dùng bộ chuyển đổi tín hiệu cos phi sang analog 4-20mA, 0-10V hoặc dùng đồng hồ đo công suất điện năng đ0ể theo dõi. Kỹ sư Cơ – Điện Tử Mail : 1. Giảm giá thành tiền điện: - Nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế, nhất là giảm tiền điện. - Trong giai đoạn sủ dụng điện có giới hạn theo qui định. Việc tiêu thụ năng lượng phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng (tgφ > 0,4: đây là giá trị thoã thuận với công ty cung cấp điện) thì người sử dụng năng lượng phản kháng phải trả tiền hàng tháng theo giá hiện hành. - Do đó, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng sẽ là: kVAr ( phải trả tiền ) = KWh ( tgφ – 0,4) - Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc đến yếu tố phí tổn do mua sắm, lắp đặt bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ số công suất. 2. Tối ưu hoá kinh tế - kỹ thuật - Cải thiện hệ số công suất cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn V.V…đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện. - Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hoá các phần tử cung cấp điện. Khi ấy các thiết bị điện không cần định mức dư thừa. Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, cần đặt tụ cạnh cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng. * Cải thiện hệ số công suất - Để cải thiện hệ số công suất của mạng điện, cần một bộ tụ điện làm nguồn phát công suất phản kháng. Cách giải quyết này được gọi là bù công suất phản kháng. -Tải mang tính cảm có hệ số công suất thấp sẽ nhận thành phần dòng điện phản kháng từ máy phát đưa đến qua hệ thống truyền tải phân phối. Do đó kéo theo tốn thất công suất và hiện tượng sụt áp. - Khi mắc các tụ song song với tải, dòng điện có tính dung của tụ sẽ có cùng đường đi như thành phần cảm kháng của dòng tải. vì vậy hai dòng điện này sẽ triệt tiêu lẫn nhau IC = IL. Như vậy không còn tồn tại dòng phản kháng qua phần lưới phía trước vị trí đặt tụ. - Đặc biệt ta nên tránh định mức động cơ quá lớn cũng như chế độ chạy không tải của động cơ. Lúc này hệ số công suất của động cơ rất nhỏ (0,17) do lượng công suất tác dụng tiêu thụ ở chế độ không tải rất nhỏ. II. Các thiết bị bù công suất: 1. Bù trên lưới điện áp Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng : - Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền). - Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục theo yêu cầu khi tải thay đổi. Chú ý : Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800KVAr và tải có tính liên tục và ổn định, việc lắp đặt bộ tụ ở phía trung áp thường có hiệu quả kinh tế tốt hơn. 2. Tụ bù nền Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi. việc điều khiển có thể thực hiện: - Bằng tay: dùng CB hoặc LBS ( load – break switch ) - Bán tự động: dùng contactor - Mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải. Các tụ điện được đặt: - Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm ( động cơ điện và máy biến áp ). - Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có tính cảm kháng đối với chúng việc bù từng thiết bị một tỏ ra quá tốn kém. - Trong các trường hợp khi tải không thay đổi. 3. Bộ tụ bù điều khiển tự động ( bù ứng động ) - Bù công suất thường được hiện bằng các phương tiện điều khiển đóng ngắt từng bộ phận công suất. - Thiết bị này cho phép điều khiển bù công suất một cách tự động, giữ hệ số công suất trong một giới hạn cho phép chung quanh giá trị hệ số công suất được chọn. - Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng. ví dụ: tại thanh góp của tủ phân phối chính, tại đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn. Các nguyên lý và lý do sử dụng bù tự động: - Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi phần được điều khiển bằng contactor. Việc đóng một contactor sẽ đóng một số tụ song song với các tụ vận hành. Vì vậy lượng công suất bù có thể tăng hay giảm theo từng cấp bằng cách thực hiện đóng hoặc cắt contactor điều khiển tụ. Một rơley điều khiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng và mở các contactor tương ứng để hệ số công suất cả hệ thống thay đổi ( với sai số do điều chỉnh từng bậc ). Để điều khiển rơle máy biến dòng phải đặt lên một pha của dây cáp dẫn điện cung cấp đến mạch được điều khiển. Khi thực hiện bù chính xác bằng các giá trị tải yêu cầu sẽ tránh được hiện tượng quá điện áp khi tải giảm xuống thấp và do đó khử bỏ các điều kiện phát sinh quá điện áp và tránh các thiệt hại xảy ra cho trang thiết bị. - Quá điện áp xuất hiện do hiện tượng bù dư phụ thuộc một phần vào giá trị tổng trở nguồn. Các qui tắc bù chung - Nếu công suất bộ tụ ( kVar ) nhỏ hơn hoặc bằng 15% công suất định mức máy biến áp cấp nguồn, nên sử dụng bù nền. - Nếu ở trên mức 15%, nên sử dụng bù kiểu tự động. - Vị trí lắp đặt tụ áp trong mạng điện có tính đến chế độ bù công suất; hoặc bù tập trung, bù nhóm, bù cục bộ, hoặc bù kết hợp hai phương án sau cùng. - Về nguyên tắc, bù lý tưởng có nghĩa là bù áp dụng cho từng thời điểm tiêu thụ và với mức độ mà phụ tải yêu cầu cho mỗi thời điểm. - Trong thực tiễn, việc chọn phương cách bù dựa vào các hệ số kinh tế và kỹ thuật. Vị trí lắp đặt tụ bù: 3.1 Bù tập trung : áp dụng cho tải ổn định và liên tục. Nguyên lý : bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được đóng trong thời gian tải hoạt động. Ưu điểm: - Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng . - Làm giảm công suất biểu kiến. - Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các phụ tải cần thiết. Nhận xét : - Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ phân phối chính của mạng hạ thế. - Vì lý do này kích cỡ dây dẫn , công suất tổn hao không được cải thiện ở chế độ bù tập trung. 3.2 Bù nhóm ( từng phân đoạn ). Bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau. Nguyên lý : bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực . hiệu quả do bù nhóm mang lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có đặt tụ được thể hiện rõ nhất. Ưu điểm: - Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng. - Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu. - Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với cùng dây cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực. Nhận xét : - Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối khu vực. - Vì lý do này mà kích thước và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên không được cải thiện với chế độ bù nhóm. - Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dư và kèm theo hiện tượng quá điện áp. 3.3 Bù riêng: Bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kế so với mạng điện. Nguyên lý: bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính cảm ( chủ yếu là các động cơ ). Bộ tụ định mức ( kVAr) đến khoảng 25% giá trị công suất động cơ. Bù bổ sung tại đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt. Ưu điểm : Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr) Giảm công suất biểu kiến yêu cầu. Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn. Nhận xét : Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại trong mạng điện. 3.4 Mức độ bù tối ưu Phương pháp chung Bảng số liệu tính toán công suất phản kháng cần thiết trong giai đoạn thiết kế. qua đó có thể xác định công suất phản kháng và công suất tác dụng cho mức độ bù khác nhau. Vấn đề tối ưu hoá kinh tế kỹ thuật cho một mạng điện đang hoạt động. Việc tính toán định mức bù tối ưu cho một mạng đã tồn tại có thể thực hiện theo những lưu ý sau: + Tiền điện trước khi đặt bù + Tiền điện tương lai sau khi lắp tụ bù. + Các chi phí bao gồm : - Mua tụ bù và mạch điều khiển. - Lắp đặt và bảo trì - Tổn thất trong tụ và tổn thất trên dây cáp, máy biến áp sau khi lắp tụ bù. III. Chọn Tụ Bù : 1. Phương pháp tính đơn giản: (để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất(P) của tải đó và hệ số công suất (Cos φ) của tải đó): Giả sử ta có công suất của tải là P Hệ số công suất của tải là Cos φ1 |
