Hệ số công suất là gì? và ý nghĩa của hệ số công suất ra sao? Tại sao ta lại nên nâng cao hệ số công suất cos phi? Cùng COHUCO tìm hiểu qua bài viết này nhé !

Hệ số công suất là gì?

Công suất truyền từ nguồn đến tải luôn đứng vững 2 thành phần : Công suất tác dụng và công suất phản kháng. Công suất tác dụng đặc biệt cho khả năng sinh ra công hữu ích của thiết bị, đơn vị W hoặc kW. Ví dụ như công suất cơ (sức kéo) của động cơ. Công suất phản kháng không sinh ra công hữu ích nhưng nó lại cần thiết cho các bước biến đổi năng lượng, đơn vị VAR hoặc kVAR.

Có thể hiểu nôm na đó là thành phần từ hóa, tạo từ trường trong các bước biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác, hoặc từ năng lượng điện sang trọng chính năng lượng điện. Công suất tổng hợp cho 2 loại công suất trên được gọi là công suất biểu kiến, đơn vị VA hoặc KVA. Ba loại công suất được trình bày ở trên lại có một mối quan hệ mật thiết với nhau thông qua tam giác công suất như hình sau:

Hệ số công suất Cosφ của hệ thống điện xoay chiều trong kỹ thuật điện được định nghĩa là tỷ lệ công suất thực được hấp thụ bởi tải và công suất biểu kiến chảy trong mạch điện. Đây là một đại lượng không thứ nguyên trong khoảng đóng từ -1 đến 1.

Hệ số công suất nói chung được tính bởi công thức: Cosφ = PS

Trong đó:

P: công suất hiệu dụng (W)
S: công suất biểu kiến (VA)
Ngoài ra, hệ số công suất cũng được chia ra làm hai loại khác nhau:

Hệ số công suất tức thời.
Nắm được hệ số công suất là gì tại một thời điểm nhất định nào đó được đo bởi dụng cụ đo Cosφ hoặc là các dụng cụ đo điện áp, công suất và dòng điện. Hệ số này luôn luôn biến động nên không được sử dụng trong tính toán.

Công thức tính hệ số công suất tức thời: Cosφ = P3UI

Hệ số công suất trung bình.
Đây là hệ số công suất Cosφ tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó được xác định (1 ca, 1 ngày, 1 tháng).

Công thức tính: Cosφtb = Ahc(Ahc2+Avc2)

Trong đó:

Cosφtb: hệ số công suất trung bình
Ahc: điện năng tác dụng đo trong chu kỳ xác định
Avc: điện năng phản kháng trong chu kỳ xác định
Hệ số Cosφtb được dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện của một đơn vị có tiết kiệm hay không.

Hệ số công suất tự nhiên.
Đây là hệ số công suất Cosφtb được tính cho cả một năm khi không có thiết bị bù. Hệ số công suất này được dùng để làm căn cứ để tính toán, nâng cao hệ số công suất hiệu dụng và bù công suất phản kháng.

Các loại công suất trong hệ thống dòng điện xoay chiều.
Công suất trong dòng điện xoay chiều được truyền từ nguồn cấp đến tải luôn tồn tại nhiều loại công suất khác nhau. Đó là công suất hiệu dụng (công suất thực) và công suất phản kháng (công suất vô ích) và công suất biểu kiến (công suất toàn phần).

Công suất hiệu dụng
Được xem là công suất đặc trưng cho khả năng sinh ra công hữu ích của thiết bị và là phần điện năng trong mạch điện có thể biến đổi thành các dạng năng lượng hữu ích (nhiệt, cơ, hóa). Công suất hiệu dụng được ký hiệu là P, đơn vị đo là W.

Công thức tính công suất hiệu dụng: P = U . I .cosφ

Trong đó:

P: công suất hiệu dụng (P)
U: điện áp (V)
I: cường độ dòng điện (A)
Cosφ: hệ số công suất
Công suất phản kháng,
Hay có tên gọi khác là công suất hư kháng hay công suất ảo. Lượng điện năng này được chuyển ngược về nguồn cung cấp trong mỗi một chu kỳ bởi năng lượng được tích lũy trong thành phần dung kháng và cảm kháng. Phần công suất này không có lợi cho mạch điện nhưng lại rất cần thiết cho quá trình biến đổi năng lượng.

Công suất phản kháng được kí hiệu là Q, đơn vị đo là VAR (Volt amperes reactive). Và có công thức tính: Q = U . I .sinφ

Trong đó:

Q: công suất phản kháng (VAR)
U: điện áp (V)
I: cường độ dòng điện (A)
φ: pha lệch giữa U và I
Công suất biểu kiến
Được biết đến với cái tên công suất toàn phần, đây là công suất tổng của mạch điện bao gồm công suất phản kháng và công suất hiệu dụng. Công suất biểu kiến được kí hiệu là S, đơn vị là VA (Volt ampe).

Công suất biểu kiến được tích với công thức: S = U.I = (P2+Q2)

Trong đó:

S: công suất biểu kiến (VA)
P: công suất hiệu dụng (W)
Q: công suất phản kháng (VAR)
U: điện áp (V)
I: cường độ dòng điện (A).
Xem thêm: Ký hiệu điện công nghiệp

Ý nghĩa của hệ số công suất.

Nếu xét trên góc độ nguồn cung cấp (máy phát điện hoặc máy biến áp). Rõ ràng cùng một dung lượng máy biến áp hoặc công suất của máy phát điện (tính bằng KVA). Hệ số công suất càng cao thì thành phần công suất tác dụng càng cao và máy sẽ sinh ra được nhiều công hữu ích. Sẽ có người nói “Nếu vậy tại sao ta ta không duy trì cos phi ~ 1 để máy phát hoặc máy biến áp hoạt động hiệu quả”.

Sự thật là hệ số công suất bao nhiêu phụ thuộc vào tải (thiết bị sử dụng điện). Nhu cầu của tải về công suất tác dụng và công suất phản kháng cần phản cung ứng đủ thì tải mới hoạt động tốt. Giải pháp trung hòa hơn là nguồn sẽ chỉ cung cấp cho tải 1 phần công suất phản kháng, phần thiếu còn lại, khách hàng tự trang bị thêm bằng cách gắn thêm tụ bù.

Nếu xét ở góc độ đường dây truyền tải ta lại cân nhắc dòng điện truyền trên đường dây. Dòng điện này sẽ khiến nóng dây và dẫn đến một lượng sụt áp trên đường dây truyền tải.
Nếu xét trong hệ thống 1 pha, công suất biểu kiến được tính bằng công thức : S=U*I
Nếu xét trong hệ thống 3 pha, công suất biểu kiến được tính bằng công thức : S=căn(3)U*I , U là điện áp dây, I là dòng điện dây.

Cả trong lưới 1 pha và 3 pha đều cho biết dòng điện tỉ lệ với công suất biểu kiến S. Vấn đề là công suất biểu kiến là do 2 thành phần công suất tác dụng và công suất phản kháng gộp lại tạo nên.

Từ đó ta có 2 nhận xét:

Một là : giả dụ cùng 1 tải, nếu ta trang bị tụ bù để phát công suất phản kháng ngay tại tải, đường dây chỉ chuyển tải dòng điện của công suất tác dụng thì chắc chắn đường dây sẽ mát hơn.

Hai là : Nếu ta chấp nhận đường dây phát nhiệt ở mức hiện tại, và nếu ta trang bị tụ bù phát công suất phản kháng ở tại tải, ta có thể bắt đường dây tải nhiều hơn giai đoạn này một ít.

Tìm hiểu: Cách chọn công tơ điện 1 pha

Như vậy qua bài viết này công ty COHUCO đã trình bày về ý nghĩa của hệ số công suất cos phi. Những bài sau sẽ trình bày thêm ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cos phi, đánh giá sự cần thiết hay không cần bù.