Hệ số cos phi (cosφ) đóng vai trò thiết yếu trong các hệ thống điện công nghiệp, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của thiết bị và chi phí hóa đơn điện hàng tháng. Ở bài viết này, Điện Châu Á sẽ làm rõ ý nghĩa của cosφ cũng như phương pháp tính toán trong thực tế, nhằm hỗ trợ các đơn vị quản lý hệ thống điện áp dụng các biện pháp điều chỉnh thích hợp.
1. Hệ số cos phi là gì?
Hệ số cos phi còn được biết đến với tên gọi hệ số công suất hoặc Power Factor (PF), là tỷ lệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến của một thiết bị điện hoặc toàn bộ hệ thống. Trong mạch điện xoay chiều (AC), có 3 loại công suất chính: công suất thực (P), công suất phản kháng (Q) và công suất biểu kiến (S).
Khái niệm hệ số cos phi
Phạm vi giá trị của cosφ nằm trong khoảng từ 0 – 1. Khi giá trị này càng cao, công suất hữu ích càng lớn. Ngược lại, hệ số công suất thấp cho thấy sự lãng phí năng lượng trong quá trình hoạt động, dẫn đến giảm công suất truyền tải và tăng tiết diện dây dẫn lớn hơn. Việc cải thiện giá trị cosφ mang lại lợi ích lớn cho hoạt động của các thiết bị điện.
Tìm hiểu đặc điểm và nguyên lý hoạt động của tụ bù công suất phản kháng
2. Ý nghĩa hệ số công suất
Như đã đề cập trước đó, việc cải thiện hệ số cos phi là cần thiết để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng điện cho toàn bộ hệ thống. Ý nghĩa cụ thể của việc này bao gồm:
- Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng: Hệ số cos phi giúp xác định mức độ sử dụng điện của một hệ thống có hợp lý và tiết kiệm hay không.
- Giảm thiểu hao phí điện năng: Khi hệ số cos phi đạt giá trị cao, lượng công suất phản kháng tiêu thụ sẽ giảm, từ đó giảm thiểu tổn thất điện năng và sụt áp trên đường dây.
- Nâng cao lực truyền tải của thiết bị: Việc tăng cường khả năng truyền tải của máy biến áp và đường dây có vai trò quan trọng trong việc giảm chi phí khi cần nâng cao công suất của máy biến áp.
- Tránh bị mất phí các khoản phạt: Các cơ sở sản xuất, nhà máy có hệ số công suất thấp hơn mức quy định (hiện nay thường là 0.9) sẽ phải chịu các khoản phạt theo quy định của ngành điện.
3. Các loại hệ số công suất
Hiện tại, có 3 loại hệ số công suất phổ biến, bao gồm:
- Hệ số công suất dẫn đầu:
Loại hệ số này cho thấy công suất thực tế được sử dụng sớm hơn so với dòng điện xoay chiều (AC). Hiện tượng này xảy ra khi tải sử dụng năng lượng dưới dạng lưu trữ trong các thành phần điện của mạch. Giá trị của hệ số công suất này nằm trong khoảng từ 0 – 1.
- Hệ số công suất trễ độ:
Đây là loại hệ số công suất trong mạch xoay chiều (AC), đặc trưng bởi tính trễ giữa dòng điện và điện áp. Để tính toán giá trị của hệ số này, ta sử dụng cosin của góc trễ giữa phasor điện áp và phasor dòng điện trong mạch. Giá trị của hệ số này cũng nằm trong khoảng từ 0 – 1.
- Hệ số công suất tương đồng:
Hệ số này dùng để đo lường hiệu quả sử dụng điện trong một mạch so với một mạch chuẩn có cùng mức điện áp và cường độ dòng điện. Nếu hệ số này đạt giá trị 1 (tối đa), điều đó có nghĩa là mạch đang hoạt động hiệu quả và không bị quá tải. Ngược lại, khi hệ số càng tiến gần về 0, mạch điện càng kém hiệu quả và lãng phí năng lượng.
Xem ngay: Những thông tin cần biết về dòng điện
4. Công thức tính hệ số công suất cosφ
Giá trị của hệ số cosφ được xác định bằng tỷ lệ giữa công suất thực tế tiêu thụ và công suất biểu kiến. Cụ thể:
cosφ = P/S
Trong đó:
- P: Là công suất thực tế mà thiết bị sử dụng (đơn vị W).
- S: Là công suất biểu kiến hay còn gọi là công suất định mức (đơn vị W), được tính bằng tích của điện áp (U) và cường độ dòng điện (I).
Giá trị của cosφ dao động từ 0 – 1. Trên thực tế, ngưỡng tiêu chuẩn cho hệ số này thường nằm trong khoảng 0.85 – 0.9.
5. Cách đo hệ số cos phi
Việc xác định hệ số cos phi đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hệ số công suất thông qua việc sử dụng tụ bù cos phi. Dưới đây là 2 phương pháp đơn giản và chính xác để đo lường hệ số cos phi.
5.1. Bộ chuyển đổi cos phi
Thiết bị chuyển đổi cos phi là một giải pháp tối ưu cho việc đo hệ số công suất. Đúng như tên gọi, thiết bị này có khả năng chuyển đổi giá trị cos phi thành tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V. Về nguyên lý hoạt động, thiết bị này dựa trên công thức cơ bản P = UxIxCos Phi (từ đó suy ra Cos Phi = P/UI).
Để thực hiện phép đo cos phi, việc sử dụng một CT-05A đi qua tải của thiết bị là bắt buộc. Sau đó, cấp nguồn 230Vac và đồng thời lấy tín hiệu từ CT-05A sẽ cung cấp các thông số cần thiết để tính toán cos phi.
Việc sử dụng CT-05A mang lại cách thức đơn giản nhất để tìm ra giá trị cos phi. Thay thế CT-05A bằng một thiết bị khác có thể không mang lại kết quả mong muốn.
5.2. Đồng hồ đo cos phi
Ngoài thiết bị chuyển đổi cos phi, chúng ta cũng có thể sử dụng các loại đồng hồ chuyên dụng để đo cos phi. Đồng hồ đo điện năng công suất S203TA-D là một lựa chọn tuyệt vời, cho phép đo lường toàn diện các thông số của hệ thống điện, bao gồm dòng điện, điện áp, công suất cos phi, công suất hiệu dụng và công suất phản kháng.
Xác định hệ số cos phi bằng đồng hồ đo cos phi
Tham khảo: Tụ bù là gì? Cấu tạo, phân loại và ứng dụng
6. Các phương pháp nâng cao hệ số cosφ
6.1. Phương pháp tự nhiên
Các phương pháp cải thiện hệ số công suất cosφ tự nhiên tập trung vào việc vận hành các thiết bị điện một cách hợp lý để giảm thiểu công suất phản kháng. Cụ thể bao gồm:
- Thay thế các động cơ không đồng bộ hoạt động dưới tải bằng các động cơ có công suất phù hợp hơn.
- Giảm điện áp cung cấp cho các động cơ thường xuyên hoạt động non tải.
- Hạn chế tình trạng động cơ không đồng bộ hoạt động non tải hoặc chạy không tải.
- Ưu tiên sử dụng động cơ đồng bộ hoặc các hệ thống dây chuyền sản xuất thay thế cho động cơ không đồng bộ.
6.2. Phương pháp nhân tạo
Các phương pháp cải thiện cosφ nhân tạo bao gồm việc sử dụng máy bù đồng bộ và tụ bù. Trong đó, máy bù đồng bộ là một loại động cơ đồng bộ hoạt động ở chế độ không tải. Ưu điểm của thiết bị này là khả năng cải thiện hệ số cosφ và tiêu thụ công suất phản kháng trong mạch. Tuy nhiên, máy bù đồng bộ thường được ưu tiên áp dụng cho các hệ thống điện có quy mô từ trung bình đến lớn do khả năng bù tập trung với dung lượng cao.
Nâng cao hệ số cos phi nhờ việc sử dụng máy bù đồng bộ và tụ bù
Ngược lại, tụ bù lại phù hợp với đa dạng các mạng lưới điện, từ công suất nhỏ đến lớn. Dung lượng bù của tụ có thể điều chỉnh linh hoạt theo nhu cầu của hệ thống tải.
Tuy nhiên, tụ bù lại dễ bị ảnh hưởng bởi sự biến động của điện áp, có nguy cơ phát nổ khi xảy ra ngắn mạch hoặc quá áp và dễ bị tác động bởi sóng hài. Khi ngắt tụ khỏi mạch, điện áp dư vẫn còn tồn tại trên các cực của tụ, gây ra rủi ro cho người vận hành và bảo trì.
Bài viết này đã cung cấp các thông tin chi tiết về hệ số cos phi và cách tính hệ số công suất cos phi. Nếu bạn cần tư vấn về các loại tụ bù chính hãng hoặc phương pháp nâng cao hệ số công suất cos phi, liên hệ ngay với Điện Châu Á 0918 39 30 93 để nhận được câu trả lời nhanh chóng, chính xác và đầy đủ nhất!