Все о косинусе Фи

Коэффициент мощности показывает, какая часть полного тока, потребляемая двигателем из сети, расходуется на активную нагрузку, в том числе полезную работу, снимаемую со шкива двигателя, нагрев железа и обмоток.Часть полного тока (реактивный ток) расходуется на образование магнитного поля электродвигателя.

Активный, реактивный и полные токи электродвигателя и зависимость их друг от друга можно определить векторно, смотрим рисунок 1.

Векторная диаграмма токов потребляемых электродвигателем из сети – а, и изменения угла φ в зависимости от нагрузки на двигатель — б. Iн – ток при полной нагрузке, Iн/2 – ток при половинной нагрузке, Iх – ток холостого хода.

Полный ток, который потребляется двигателем из сети Iс равен геометрической сумме активного тока Iа и реактивного тока Iр. Как следует из векторной диаграммы cos φ = Ia/Ic, в то время как коэффициент полезного действия η равен:

Т.е. активный ток равен сумме токов, расходуемых на полезную нагрузку — Iпол и тепловые потери – Iпот.

Величина коэффициента мощности может меняться в значительных пределах в зависимости от нагрузки. Реактивный ток, который расходуется на образование магнитного поля, почти не меняется от нагрузки двигателя. А активный ток пропорционален этой нагрузке (рис. 1, б).

Если двигатель работает на холостом ходу (Iх), угол φ — максимальный, a cos φ — минимальный. С ростом нагрузки увеличивается активный ток и уменьшается угол φ, а следовательно, возрастает cos φ:

Предположим, что для привода машины электродвигатель выбран правильно. Мощность, которую требует машина, обеспечивает активный ток Iан. Общий ток, потребляемый из сети, Iн и cos φн.
Если для этой машины взять электродвигатель мощностью, в несколько раз большей, чем требуется, реактивный ток будет примерно во столько же раз больше, чем в предыдущем случае. Потребляемый из сети ток во втором случае будет значительно больше, чем ток в первом случае. A cos φ2 во втором случае будет значительно меньше.
Если ток, потребляемый из сети, увеличился в 2 раза, то потери в линии возрастут в 4 раза, так как потери определяются:

Этот ток вызывает потери также в трансформаторе, генераторе. Мощность источника электроснабжения используется при этом нерационально. Для стимулирования борьбы на предприятиях за хороший cos φ (равный 0,85 и выше) оплата за электроэнергию зависит от величины cos φ. Если cos φ больше, чем 0,85, электроэнергия отпускается по более дешевой цене. Если cos φ меньше 0,85, стоимость энергии возрастает по мере его снижения.

Материал взят из «Пособие для сельского электромонтера» А.Г.Прищеп