Bạn đã biết cách tính hệ số công suất cosφ hay chưa?

cach-tinh-he-so-cong-suat-cosφ-1

Trong thiết kế và truyền tải điện bằng đường dây dẫn thì hệ số của công suất cosφ có ảnh hưởng rất lớn vào việc vận hành lưới điện sao cho hiệu quả. Việc nâng cao hệ số cosφ còn có vai trò quan trọng, tiết kiệm nguồn điện năng tiêu thụ. Thế nhưng để có thể nắm bắt và kiểm soát được hệ số của công suất thì bạn cần biết cách tính hệ số công suất cosφ.

cách tính hệ số công suất cosφ
Hiểu rõ cách tính hệ số công suất cosφ có vai trò gì?

Hệ số công suất là gì?

Hệ số công suất là một trong những khái niệm quen thuộc trong kỹ thuật điện. Nhắc đến hệ số này thì rất nhiều bạn nhầm hiểu chỉ liên quan đến mạch điện xoay chiều. Hiểu rằng: đối với mạch DC không có hệ số công suất. Vì trong trường hợp này tần số bằng 0. Hơn nữa, giữa dòng điện và điện áp sẽ không có độ lệnh góc pha (Φ)

Vì vậy, hệ số công suất được hiểu là tỷ lệ giữa công suất thực và biểu kiến. Đơn vị tính bằng volt-ampe. Trong mạch điện xoay chiều, đây chính là tỷ lệ giữa điện trở và trở kháng. Hay là cosin góc giữa dòng điện với điện áp sẽ được gọi là hệ số công suất.

hệ số công suất là gì
Tìm hiểu hệ số công suất là gì?

Giới thiệu về hệ số công suất cosφ

Hệ số công suất cosφ là gì?

Hệ số công suất cosφ (không có thứ nguyên) là hệ số của công suất được tính bằng tỉ số của công suất tiêu thụ trên thực tế với công suất biểu kiến. Hệ số dao động của cos phi trong dải là [-1 + 1], còn trong điều kiện lý tưởng thì hệ số cos phi sẽ = 1. Tức công suất tiêu thụ sẽ bằng công suất biểu kiến và không có công suất phản kháng.

Thành phần công suất truyền từ nguồn đến tải

Công suất truyền từ nguồn đến tải luôn tồn tại ở 2 thành phần đó là:

  • Công suất tác dụng:

Công suất này đặc trưng cho khả năng sản sinh ra công có ích của các thiết bị phụ tải, có đơn vị là W hoặc kW. Ví dụ: công suất cơ (sức kéo) của thiết bị động cơ.

cách tính hệ số công suất cosφ

Hệ số công suất là gì? Có ý nghĩa như thế nào?

  • Công suất phản kháng:

Công suất này là công suất vô ích, gây ra do tính cảm ứng của các thiết bị phụ tải. Ví dụ như là: động cơ điện, máy biến áp, các bộ biến đổi điện áp,… Tuy không sinh ra công hữu ích nhưng nó lại rất cần cho quá trình biến đổi năng lượng, đơn vị là VAR hoặc kVAR. Hiểu nôm na thì nó là thành phần từ hoá, tạo ra từ trường trong quá trình biến đổi điện thành các dạng năng lượng khác hoặc từ điện ra điện.

Công suất tổng hợp của 2 loại công suất trên được gọi là công suất biểu kiến, có đơn vị là VA hoặc KVA. Vậy cách tính hệ số công suất cosφ như thế nào?

Để đánh giá ảnh hưởng của công suất phản kháng với hệ thống thì người ta sử dụng hệ số của công suất cosφ. Ba loại công suất này có mối quan hệ khá thân thiết với nhau thông qua tam giác công suất như hình dưới đây.

cách tính hệ số công suất cosφ

Hình ảnh minh hoạ về mối quan hệ của 3 loại công suất

Ý nghĩa của nâng cao hệ số công suất

Nguồn cấp

Nếu xét trên phương diện nguồn cấp (máy biến áp hoặc máy phát điện). Bạn sẽ thấy rõ ràng một dung lượng máy biến áp hoặc công suất của máy phát điện. Hệ số của công suất càng cao thì công suất tác dụng càng cao; và máy sẽ sinh ra nhiều công có ích.

cách tính hệ số công suất cosφ

Ứng dụng để tính hệ số cos phi của máy phát điện

Như vậy sẽ có rất nhiều thắc mắc: “Sao không duy trì cosφ để máy phát điện hay biến áp hoạt động hiệu quả hơn”. Sự thật là hệ số của công suất bao nhiêu sẽ phụ thuộc vào thiết bị sử dụng điện. Do đó, nhu cầu của thiết bị sử dụng điện về công suất tác dụng và công suất phản kháng cần phải đáp ứng đủ thì mới hoạt động tốt được.

Chính vì vậy mà giải pháp tốt hơn sẽ là nguồn sẽ chỉ cung cấp cho tải một phần công suất phản kháng. Phần còn lại người dùng sẽ tự trang bị thêm bằng cách gắn thêm tụ bù vào.

ý nghĩa nâng cao hệ số công suất
Nâng cao hệ số công suất đường dây truyền tải để tiết kiệm điện

Đường dây truyền tải

Còn xét ở phương diện đường dây truyền tải thì dòng điện này sẽ làm nóng dây và tạo ra một lượng sụt áp trên dây truyền tải. 

Nâng cao hệ số của công suất là một trong những cách quan trọng để tiết kiệm điện. Do động cơ không đồng bộ nên máy biến áp và đường dây trên không là những thiết bị chủ yếu tiêu thụ công suất phản kháng của hệ thống điện.

Do đó để tránh việc phải truyền tải một lượng Q lớn trên dây. Các thiết bị bù sẽ được đặt ở gần phụ tải để có thể  cung cấp Q trực tiếp cho phụ tải. Và người ta gọi nó là công suất bù phụ tải để nâng cao hệ số của công suất cos phi.

Cách tính hệ số công suất cosφ

Cách tính hệ số công suất cosφ dựa vào công thức sau:

Cosφ = k = P/S

cách tính hệ số công suất cosφ

Nâng cao hệ số và tiến hành tính tụ bù

Quy tắc bù công suất phản kháng

Để có thể tính được công suất phản kháng cần bù để chọn tụ bù thích hợp cho tải; bạn cần biết công suất (P) và hệ số của công suất (cosφ) của tải đấy.

Quy tắc chung đó là: bạn cần cung cấp vào nguồn điện 1 công suất phản kháng Q’ có giá trị bằng với công suất phản kháng Q nhưng ngược dấu. Căn cứ theo quy tắc tam suất thì Q và Q’ sẽ triệt tiêu nhau với khi đó hệ số cos phi sẽ xấp xỉ bằng 1 hay công suất biểu kiến S’ ~ P.

Ở điều kiện thường thì cosφ =1,S’ = S =P

Tại sao lại cần phải bù công suất phản kháng?

cách tính hệ số công suất cosφ

Lợi ích từ việc bù công suất phản kháng là gì?

Công suất phản kháng Q thông thường sẽ không sinh công nhưng lại gây ra những ảnh hưởng xấu cho kinh tế và kỹ thuật:

– Về kinh tế: Chúng ta vẫn thường phải trả tiền cho lượng công suất phản kháng đã tiêu thụ. 

– Về kỹ thuật: Công suất phản kháng sẽ gây ra sụt áp trên đường dây và làm tổn thất công suất trên đường truyền.

Do vậy bên cạnh nắm rõ cách tính hệ số công suất cosφ. Chúng ta cần phải có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chế các tác động xấu của nó hay cũng chính là nâng cao hệ số cosφ.

lợi ích khi nâng cao hệ số công suất cosφ
Nâng cao hệ số công suất cosφ mang lại nhiều lợi ích trong đời sống

Lợi ích khi nâng cao hệ số công suất cosφ:

– Giúp giảm tổn thất công suất trên phần tử của hệ thống cấp điện (máy biến áp, đường dây …). 

– Giảm bớt tổn thất điện áp trên đường truyền tải.

– Tăng khả năng truyền tải nguồn điện của đường dây và máy biến áp.

>> Xem thêm:

Tìm hiểu cấu tạo điện trở và những thông tin cơ bản của điện trở

Bài viết trên đây vừa chia sẻ cho bạn đọc các thông tin liên quan đến khái niệm, ý nghĩa và cách tính hệ số công suất cosφ. Hy vọng bài viết trên sẽ cung cấp cho bạn các kiến thức Vật lý cần thiết phục vụ cho học tập và công việc.