Hệ số công suất là gì? Ý nghĩa và công thức tính hệ số công suất của đoạn mạch

Hệ số công suất là tiêu chí quan trọng, được dùng để đánh giá gia đình, doanh nghiệp, cơ sở sản xuất sử dụng điện có hợp lý và hiệu quả không. Dữ liệu này cũng đồng thời là thông tin quan trọng mà người tiêu dùng cần quan tâm khi mua thiết bị điện. Vậy hệ số công suất là gì? ý nghĩa của nó ra sao? công thức tính hệ số công suất của đoạn mạch như thế nào? Hãy cùng Phúc Bền khám phá qua bài viết sau đây nhé!

Hệ số công suất là gì?

Trong kỹ thuật điện, hệ số công suất (cosφ) được định nghĩa bằng tỷ lệ giữa công suất thực tế hấp thụ bởi tải và công suất biểu kiến chảy trong mạch điện. Ở dòng xoay chiều, cosφ là tỷ số giữa điện trở và kháng trở hoặc cosin của góc giữa dòng điện với điện áp.

Hệ số công suất của mạch là đại lượng không có thứ nguyên, dao động trong dải [-1 +1]. Tại điều kiện lý tưởng, khi công suất tiêu thụ bằng công suất biểu kiến thì hệ số cosφ = 1, không tồn tại công suất phản kháng.

Công thức tính hệ số công suất của đoạn mạch nói chung:

Cosφ = P / S

Trong đó:

• • Cosφ: hệ số công suất
  • P: công suất hiệu dụng ( đơn vị W)
  • S: công suất biểu kiến ( đơn vị VA)

Ý nghĩa của hệ số công suất

Hệ số công suất đoạn mạch có ý nghĩa đặc biệt, được xét trên 2 phương diện chính là: nguồn cung cấp và đường dây truyền tải.

Xét ở phương diện nguồn cung cấp

Máy biến áp, máy phát điện có hệ số công suất càng cao thì thành phần công suất tác dụng càng lớn và sinh ra được nhiều công hữu ích.

Vậy tại sao không duy trì cosφ ~ 1 để các loại máy này hoạt động hiệu quả hơn? – Nguyên nhân đến từ thực tế: hệ số công suất bao nhiêu đều phụ thuộc vào tải và thiết bị điện đang sử dụng.

Điều này có nghĩa là nhu cầu về công suất tác dụng và công suất phản kháng phải đáp ứng đủ thì thiết bị mới hoạt động tốt. Chính vì vậy, người dùng cần gắn thêm tụ bù hoặc sử dụng phương pháp cải thiện hệ số công suất bởi nguồn chỉ cung cấp cho tải 1 phần công suất phản kháng.

Xét ở phương diện đường dây truyền tải

Chúng ta cần quan tâm đến dòng điện truyền trên đường dây. Đây là nguyên nhân làm nóng dây và tạo ra sụt áp.

Đối với hệ 1 pha, công suất biểu kiến được tính như sau : S= U x I

Đối với hệ 3 pha, công suất biểu kiến được tính như sau: S= √3 U x I, Trong đó:

• • U là điện áp dây
  • I là dòng điện dây.

Công thức tính hệ số công suất

Như chúng ta đã biết, công thức tính hệ số công suất của đoạn mạch nói chung là: Cosφ = P / S. Nhưng bạn có biết, hệ số này còn được chia thành nhiều loại khác nhau như:

Hệ số công suất tức thời

Từ hệ số công suất, chúng ta có thể biết được hệ số điện tại một thời điểm nhất định bằng cách dùng dụng cụ đo điện áp, công suất, dòng điện rồi tính theo công thức: Cosφ = P3UI

Hệ số công suất trung bình

Hệ số công suất trung bình (Cosφtb) là hệ số tồn tại trong một khoảng thời gian nhất định, cho biết mức độ sử dụng điện có tiết kiệm, hiệu quả không.

Công thức tính được thể hiện như sau: Cosφtb = Ahc (Ahc 2+Avc2)

Trong đó:

• • Ahc: điện năng tác dụng đo trong chu kỳ xác định
  • Avc: điện năng phản kháng trong chu kỳ xác định

Hệ số công suất tự nhiên

Là căn cứ tính toán, nâng cao hệ số công suất hiệu dụng và bù công suất phản kháng, thường được tính cho cả năm khi không sử dụng thiết bị bù.

Các loại công suất trong hệ thống dòng điện xoay chiều

Trong hệ thống dòng điện xoay chiều có rất nhiều loại công suất khác nhau, có thể kể đến như: công suất hiệu dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến. Mỗi loại có một công thức tính khác nhau, được thể hiện như sau:

Công suất hiệu dụng

Công suất hữu dụng P (W) là yếu tố sinh ra công hữu ích, đồng thời có thể biến đổi thành các dạng năng lượng.

Công thức tính P được thể hiện như sau: 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 của mạch

Công suất phản kháng

Công suất phản kháng hay công suất hư kháng, công suất ảo có kí hiệu là Q, đơn vị đo là VAR. Loại công suất này đóng vai trò quan trọng trong quá trình thay đổi năng lượng.

Công thức tính Q được thể hiện như sau: 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

Công suất biểu kiến còn được biết đến với tên gọi công suất toàn phần, có kí hiệu là S, đơn vị VA. Đây là công suất tổng của mạch điện, cách tính cụ thể như sau: 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)

Tại sao nên nâng cao hệ số công suất của đoạn mạch?

Có nhiều nguyên nhân thúc đẩy chúng ta tìm cách nâng cao hệ số cosφ, có thể kể đến như: giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện áp, tăng khả năng truyền tải…

Giảm tổn thất công suất trong mạng điện

Cách tính tổn thất công suất trên đường dây như sau:

Từ công thức này, chúng ta có thể thấy, để cắt giảm tổn thất công suất, chúng ta cần giảm Q truyền tải.

Giảm tổn thất điện áp trong mạch điện

Cách tính tổn thất điện áp được thể hiện như sau:

Tương tự như cách giảm tổn thất công suất trong mạch điện, để giảm tổn thất điện áp, chúng ta cũng thực hiện giảm Q truyền tải trên đường dây.

Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp

Dòng điện cho phép quyết định khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. Cách tính công suất dòng điện này như sau:

Qua đó, ta có thể thấy, cùng một tình trạng phát nóng của đường dây và máy biến áp, khi giảm công suất phản kháng Q sẽ làm tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P.

Thay lời kết

Chúng ta đã vừa tìm hiểu tổng thể hệ số công suất và các thông tin liên quan đến khái niệm này. Qua bài viết trên đây, Phúc Bền hy vọng có thể mang đến cho khách hàng những trang bị bổ ích về kiến thức để các bạn có thể ứng dụng hiệu quả vào đời sống, lao động.