Nếu đã từng học qua chương trình vật lý phổ thông, có lẽ bạn đã từng làm quen với hệ số công suất. Vậy hệ số công suất là gì? Hệ số công suất công suất có ý nghĩa và ứng dụng như thế nào? Mặc dù đây đã là kiến thức quen thuộc với nhiều người. Tuy nhiên có lẽ ít ai còn nhớ phần kiến thức vật lý cơ bản này. Chính vì vậy trong bài viết hôm nay, webdien.vn sẽ giúp nhắc lại khái niệm về hệ số công suất.
Nội dung
Hệ số công suất là gì?
Hệ số công suất cosφ là định nghĩa được nhắc nhiều trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Theo đó hệ số công suất được định nghĩa là kết quả của tỷ lệ giữa công suất bị hấp thụ bởi tải với công suất toàn phần chảy trong mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất còn được xem như một đại lượng thứ nguyên giới hạn từ -1 đến +1.
Hệ số công suất còn được xem như một đại lượng thứ nguyên giới hạn từ -1 đến +1
Trường hợp hệ số công suất mà nhỏ hơn 1 có nghĩa hiệu điện thế và cường độ dòng điện ngược pha với nhau. Từ đó làm giảm đi tích số tức thời của cả hai đơn vị. Công suất thực là kết quả của phép nhân giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện. Đợi vị này cho biết hiệu suất làm việc của thiết bị điện.
Trong khi đó công suất toàn phần lại kết quả trung bình của hiệu điện thế và cường độ dòng điện. Hệ công suất nhỏ hơn 0 khi thiết bị điện tạo ra năng lượng. Nhưng sau đó nguồn năng lượng này lại chảy ngược về nguồn.
Công thức hệ số công suất sẽ được biểu thị bằng biểu thức: Cosφ=P/S
Trong công thức trên P sẽ đại diện cho công suất hiệu dụng (W). Còn S lại đại diện cho công suất biểu kiến trong dòng điện xoay chiều.
Phân loại hệ số công suất
Từ công thức tính hệ số công suất như trên, người ta còn phát triển ra nhiều công thức mới.
Hình vẽ biểu thị hệ số công suất với các đại lượng khác
Hệ số công suất tức thời
Muốn tính được hệ số công suất tức ở một thời điểm bất kỳ người cần dựa cần xác định được công suất, hiệu điện thế. Bên cạnh đó còn cần dùng đến nhiều dụng cụ đo khác. Hệ công suất tức luôn có sự thay đổi. Do đó trong tính toán, người thường không sử dụng công thức này.
Hệ số công suất tức thời tại một thời điểm bất kỳ sẽ tính theo công thức sau: Cosφ = P3UI
Hệ số công suất trung bình
Hệ số công suất trung bình thường tồn tại trong một khoảng thời gian nhất định nào đó. Chẳng hạn như 1 ca làm việc, 1 tuần hay một tháng. Hệ số công suất trung bình thường ký hiệu Cosφtb.
Để tính hệ số công suất trung bình, bạn có thể sử dụng công thức:
Cosφtb = Atd(Atd 2 + Apk 2)
Ý nghĩa của từng đơn trong công thức trên sẽ được giải thích như sau:
- Cosφtb chính là công suất trung bình trong một khoảng thời gian nhất định
- Atd là điện năng tác dụng trong một khoảng thời gian nào đó
- Apk là điện năng phản kháng trong một khoảng thời gian nào đó
Dựa vào hệ số công suất trung bình người có thể đánh giá mức độ sử dụng điện năng có tiết kiệm hay không của một đơn vị nào đó.
Hệ số công suất tự nhiên
Hệ số công suất tự nhiên thường được tính trong khoảng 1 năm trong trường hợp không có sự hỗ trợ của thiết bị bù. Dựa vào hệ số người ta sẽ đánh giá được phần nào hiệu quả sử dụng điện. Từ đó đưa ra phương pháp để cải thiện hệ số công suất hiệu dụng và bù đắp phần công suất phản kháng.
Phân loại công suất trong hệ thống điện xoay chiều
Trong hệ thống điện xoay chiều, công suất sẽ được truyền từ nguồn cấp đến tải. Và công suất cũng chia thành khá nhiều dạng. Chẳng hạn như công suất hiệu dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến.
Hệ số công suất được áp dụng để tính toán nhiều đại lượng có liên quan trong hệ thống điện xoay chiều
Công suất thực
Công suất thực hay công suất có ích đại diện cho khả năng tạo công có ích của thiết bị điện. Đồng thời, chỉ công có ích mới có thể biến đổi thành các dạng năng lượng khác như quang năng, hóa năng, nhiệt năng. Trong vật lý công suất hiệu dụng luôn ký hiệu bằng chữ P với đơn vị W.
Để tính công suất thực, bạn chỉ cần áp dụng công thức: P = U.I. Cosφ (Dấu chấm giữa các đợi biểu thị cho phép tính nhân).
Trong từng đơn vị trong công trên được giải thích như sau:
- P đại diện cho công suất thực với đơn vị W
- U đại diện cho hiệu điện thế với đơn V
- I đại diện cho cường độ dòng điện với đơn vị A
- Cosφ đại diện cho hệ số công suất
Công suất phản kháng
Công suất phản kháng hay còn được gọi là công suất vô ích. Theo đó lượng điện năng này sẽ truyền ngược về phía nguồn cấp sau mỗi chu kỳ. Công suất phản kháng không ít cho mạch điện. Tuy nhiên đối với quá trình chuyển đổi năng lượng thì dạng công suất này lại rất cần thiết.
Người ta thường dùng chữ Q để ký hiệu cho công suất phản kháng với đơn vị VAR. Công suất phản kháng được tính bằng công thức:
Q = U.I.sinφ
Trong đó:
- Q đại diện cho công suất phản kháng với đơn vị VAR
- I đại diện cho cường độ dòng điện đổi đơn vị A
- U đại diện cho hiệu điện thế với đơn vị V
- φ là độ lệ pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện
Công suất biểu kiến
Công suất biểu kiến hay còn gọi là công suất toàn phần. Dựa vào đó người ta có thể xác định công suất của toàn mạch điện gồm cả phần công suất có ích và công suất vô ích. Công suất toàn phần được ký hiệu bằng chữ S với đơn vị VA.
Công suất toàn phần có thể tính bằng công thức: S = U.I
Trong đó:
- S đại diện cho công suất toàn phần với đơn vị W
- I đại diện cường độ dòng điện với đơn vị A
- U đại diện cho hiệu điện thế với đơn vị V
Ý nghĩa của hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều
Trong mạch điện xoay chiều khi xác định được hệ số công suất, bạn có thể biết thêm nhiều thông tin hữu ích khác. Chẳng hạn như xét vào nguồn cấp điện. Dễ nhận thấy với cùng một dung lượng, hệ số công suất càng lớn thì công suất tác dụng cũng lớn hơn bấy nhiêu. Khi đó thiết có thể sản sinh ra nhiều công có ích hơn.
Ý nghĩa của hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều
Bên cạnh đó, thiết bị tiêu thụ điện cũng sẽ ảnh hưởng đến hệ số công suất. Theo đó cả công có ích và công phản kháng phải đạt tỷ lệ nào đó thì tải mới phát huy hết khả năng hoạt động.
Nếu xét ở khía cạnh đường dây truyền tải, bạn cần xác định dòng điện truyền trên đường dây đó. Dưới tác động của dòng điện đường dây sẽ bắt đầu nóng lên. Từ đó lại tạo ra một sự giảm áp trên chính đường dây đó.
Đối với hệ thống điện 1 pha, để tính công suất toàn phần bạn cần sử dụng công thức: S = U.I.
Còn đối với hệ thống điện 3 pha, công suất toàn phần lại được tính bằng công thức: S = 3U.I. Trong đó U,I lần lượt là hiệu điện thế và cường độ dòng điện của dây.
Từ 2 công thức trên có thể thấy cả hệ thống điện 1 và 3 pha đều có dòng điện tỷ lệ thuận với công suất toàn phần. Mà công suất tại phần lại bao gồm công suất tác dụng và công suất phản kháng. Do đó chúng ta có rút ra 2 nhận xét cơ bản sau:
- Trường hợp chỉ có 1 tải có trang bị tụ bù để tạo công suất phản kháng. Nếu đường dây chỉ làm nhiệm vụ truyền tải dòng điện của phần công suất có ích thì đường dây đó thường mát hơn.
- Trường hợp chấp nhận tình trạng tỏa nhiệt của dây mà vẫn trang bị tụ bù, bạn có thể để dây tải nhiều hơn một chút cũng được.
Như vậy, webdien.vn vừa giúp bạn trả lời câu hỏi hệ số công suất là gì. Ở bài viết tiếp chúng tôi sẽ tiếp tục đề cập hiệu điện thế là gì. Vậy bạn hãy chú ý đón đọc nhé.
Tổng hợp: webdien.vn
Xem thêm: thiết bị điện điện
