Hệ số công suất là gì? Phân loại và ý nghĩa của hệ số công suất

Hệ số công suất là gì?

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

Hệ số công suất thể hiện cho tỷ lệ giữa công suất tác dụng (công suất có ích, hữu công, đơn vị kW) và công suất biểu kiến (KVA). Bên cạnh đó nó cũng gián tiếp biểu thị cho người ta thấy tỷ lệ công suất phản kháng (công suất vô ích, đơn vị kVar).

Xem thêm: Dòng điện cảm ứng là gì? Chiều và ứng dụng của dòng điện cảm ứng

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

• Công suất tác dụng: Công suất này đặc trưng cho khả năng sinh ra công hữu ích của các thiết bị. Có đơn vị là W hoặc kW.

Ví dụ như: công suất cơ hay còn gọi là sức kéo của động cơ.

• Công suất phản kháng: công suất này không sinh ra công hữu ích nhưng nó lại rất cần thiết cho quá trình biến đổi năng lượng. Đơn vị là VAR hoặc kVAR. 

Phân loại hệ số công suất 

Hệ số công suất được chia ra làm các loại công suất đó là: 

Hệ số công suất tức thời

Khi bạn nắm được khái niệm hệ số công suất là gì tại một thời điểm nào đó được đo bởi dụng cụ Cosφ là các dụng cụ đo điện áp, công suất và dòng điện là một điều cần thiết. Hệ số công suất tức thời luôn biến động nên không được sử dụng nhiều trong tính toán.

Công thức tính của 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. Ví dụ: 1 ca, 1 ngày hoặc 1 tháng.

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

Trong đó:

• Cosφtb: là hệ số công suất trung bình
• Ahc: Là điện năng tác dụng đo trong chu kỳ xác định 

Hệ số Costb thường được dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện của một đơn vị hay một xí nghiệp có tiết kiệm hay không.

Hệ số công suất tự nhiên 

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

Các loại hệ số công suất trong hệ thống dòng điện xoay chiều

Công suất trong hệ thống dòng điện xoay chiều được truyền từ nguồn cấp đến tải luôn tồn tại rất nhiều công suất khác nhau. Cụ thể:

Công suất hiệu dụng

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

Công thức tính của công suất hiệu dụng là: 

P = U . I . Cosφ

Trong đó:

• P: là công suất hiệu dụng, đơn vị P
• U: là điện áp (V)
• I: là ký hiệu cường độ của dòng điện, đơn vị A
• Cosφ: là hệ số công suất

Xem thêm: Kiến thức Vật Lý tổng hợp: Điện trở suất là gì? 

Công suất phản kháng

Công suất này còn có tên gọi khác là công suất hư kháng hay công suất ảo. Lượng điện năng này sẽ được chuyển ngược về nguồn cung cấp trong mỗi chu kỳ nhờ năng lượng được tích lũy trong thành phần dung kháng và cảm kháng. Công suất này tuy không có lợi cho mạch điện nhưng lại rất cần thiết cho quá trình biến đổi năng lượng của hệ thống.

Công suất phản kháng được ký hiệu là Q. Đơn vị đo là VAR.

Công thức tính của công suất phản kháng là: 

Q = U . I . Sinφ

Trong đó:

• Q: là công suất phản kháng, đơn vị VAR
• U: là điện áp, đơn vị V
• I: là ký hiệu của cường độ dòng điện, có đơn vị là A
• φ: à pha lệch giữa U và I.

Công suất biểu kiến

Công suất biểu kiến còn được biết đến với cái tên là công suất toàn phần. Đây là công suất tổng của mạch điện, nó bao gồm công suất phản kháng và công suất hiệu dụng. Công suất biểu kiến có ký hiệu là S, đơn vị là VA (Volt ampe).

Công suất biểu kiến thường được tính bằng công thức:

S = U . I = (P2 + Q2)

Trong đó:

• S: là công suất biểu kiến, đơn vị VA
• P: là công suất hiệu dụng, đơn vị W
• Q: là công suất phản kháng, đơn vị VAR
• U: là điện áp, đơn vị V
• I: là ký hiệu cường độ dòng điện và có đơn vị là A

Ý nghĩa của hệ số công suất 

Hệ số công suất càng cao thì thành phần công suất tác dụng cũng sẽ càng cao và từ đó nguồn cấp cụ thể như máy phát điện hoặc máy biến áp cũng sẽ sinh ra được nhiều công hữu ích hơn. 

Từ phương diện trên chắc chắn sẽ có rất nhiều câu hỏi được đặt ra rằng “Tại sao không duy trì cosφ để máy phát điện hoặc máy biến áp hoạt động hiệu quả hơn”. Nhưng sự thật thì hệ số công suất bao nhiêu phụ thuộc vào thiết bị sử dụng điện (tải) rất nhiều. Nhu cầu của các thiết bị điện về công suất hiệu dụng và công suất phản kháng cần phải đáp ứng đủ thì tải mới hoạt động tốt. Do vậy ta có giải pháp trung hòa hơn đó là nguồn sẽ chỉ cung cấp cho tải một phần công suất phản kháng, phần thiếu còn lại thì người dùng sẽ phải tự trang bị thêm bằng cách gắn thêm tụ bù hoặc các phương pháp cải thiện hệ số công suất. 

Lợi ích của việc nâng cao hệ số công suất Cosφ

Khi hệ số công suất Cosφ được nâng cao thì ta sẽ thu lại được những lợi ích nhất định. Cải thiện hệ số công suất Cosφ sẽ giúp cho máy biến áp và đường dây hoạt động hiệu quả hơn, việc tổn hao công suất và điện áp trên đường dây cũng giảm xuống.

Nếu xét ở phương diện đường dây truyền tải điện thì ta cần phải quan tâm đến dòng điện truyền trên đường dây. Dòng điện này sẽ tạo ra nhiệt, làm nóng dây và tạo ra một lượng sụt áp trên đường dây truyền tải điện. 

Nếu xét trong hệ thống 1 pha thì công suất biểu kiến sẽ được tính bằng công thức:

S = U . I

Còn nếu xét trong hệ thống 3 pha thì công suất biểu kiến sẽ được tính bằng công thức:

Trong đó:

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

Cả trong lưới điện 1 pha và 3 pha thì tất cả đều cho thấy dòng điện tỷ lệ với công suất biểu kiến S. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là công suất biểu kiến là do hai thành phần công suất tác dụng và công suất phản kháng gộp lại tạo thành. Từ đó, ta sẽ có hai nhận xét như sau:

• Một là, nếu cùng một tải ta trang bị tụ bù để phát công suất phản kháng ngay tại thiết bị sử dụng điện, 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 với mức hiện tại và trang bị tụ bù phát công suất phản kháng ở tại tải thì ta có thể bắt đường dây tải nhiều hơn hiện tại một ít.

Bài viết trên vừa chia sẻ cho bạn đọc các thông tin liên quan đến hệ số công suất là gì, phân loại và ý nghĩa của hệ số công suất. Hy vọng những thông tin vừa chia sẻ trên đây sẽ giúp ích được bạn đọc trong quá trình học tập cũng như nghiên cứu của mình.