Một số khái niệm, định nghĩa về công suất điện năng

Tuy nhiên, ngày nay với sự tham gia ngày càng nhiều của các tải phi tuyến (dạng dòng hoặc áp không sine) do sự phát triển may bien tan gia re không ngừng của các ứng dụng điện tử công suất với tần suất đóng ngắt rất cao và gần tức thời, đã ảnh hưởng xấu tới chất lượng nguồn điện cung cấp. Kết quả là dạng điện áp nguồn cung cấp và dòng tiêu thụ không còn duy trì được dạng hài cơ bản hình sine và có chứa hài bậc cao. Quan niệm truyền thống về công suất áp dụng cho dạng dòng và áp hình sine lúc này không hoàn toàn phù hợp để đánh giá tức thời, đặc biệt trong các ứng dụng phát triển các hệ thống bù công suất, thiết bị lọc tích cực giảm thiểu nhiễu hài. Chính vì thế đã gây ra khá nhiều tranh cãi và sự bất đồng trong quan điểm của nhiều người khi trao đổi hay lạm bàn về vấn đề này. Nhằm góp phần làm rõ bản chất và ý nghĩa của công suất điện năng, bài viết bán biến tần giá rẻ này giới thiệu tổng quan và diễn giải một số khái niệm, định nghĩa đang được vận dụng rộng rãi và thành công trong lĩnh vực nâng cao chất lượng điện năng.

A. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG SUẤT


Công suất điện năng luôn được quan niệm như một đại lượng thân quen đã được đo và sử dụng rộng rãi để đánh giá khả năng phát ra năng lượng của nguồn điện hay mức độ tiêu thụ năng lượng điện của tải với giả thiết điện áp và dòng điện có dạng hình sine.

Từ rất lâu hệ thống phân phối và truyền tải năng lượng điện đã phát triển và triển khai dựa trên nguồn phát xoay chiều hình sine. Dạng điện áp hình sine với tần số phát không đổi đem lại rất nhiều lợi thế trong việc thực thi, truyền tải điện năng và mục đích sử dụng của các hệ thống tiêu thụ điện dân sinh. Chúng ta luôn biết rằng với hệ thống nguồn áp dạng sine nếu dòng điện tải càng đồng pha thì sẽ đem lại hiệu suất càng cao. Hiệu suất ở đây đánh giá về mức độ năng lượng được truyền từ nguồn tới được tải tiêu thụ. Từ đó đưa ra khái niệm về hệ số công suất (power factor) và được định nghĩa là tỷ lệ giữa phần công suất được truyền từ nguồn tới được tải tiêu thụ (công suất hữu dụng — active power) và công suất toàn phần - apparent power (công suất có thể truyền tới tải tiêu thụ lớn nhất, tức là khi dòng và áp đồng pha). Hệ số này lớn nhất bằng 1 khi pha của dòng tải đồng pha với điện áp cung cấp. Phần công suất không truyền được tới tải tiêu thụ được gọi là công suất phản kháng (reactive power) là phần công suất gây ra do dòng tải không đồng pha với điện áp cung cấp và có giá trị trung bình bằng 0 trong một chu kỳ điện áp lưới. Hệ số công suất phản ánh chất lượng tiêu thụ của tải, được sử dụng như một tiêu chí đánh giá và áp dụng mức độ sử phạt đối với các tải tiêu thụ.

B. CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ CÔNG SUẤT

I. Hệ thống với điện áp và dòng dạng sine

Xét hệ thống nguồn điện một pha với nguồn áp dạng sine lý tưởng và một tải tuyến tính, dạng dòng và áp được biểu diễn như sau:

Công suất tức thời được định nghĩa bằng tích của điện áp và dòng điện tức thời:

Nếu chú ý biểu thức cuối cùng chúng ta dễ dàng nhận thấy công suất tức thời được biểu diễn gồm 2 thành phần (I) và (II) có thể được diễn giải như sau:

Phần (I) có giá trị trung bình bằng UI cos j và chứa một thành phần dao động với tần số gấp hai lần tần số điện áp nguồn. Một điều đáng lưu ý là -90£j £90 nên phần này có trị giá luôn dương, biểu diễn phần năng lượng truyền theo chiều từ phía nguồn tới tải tiêu thụ.

Phần (II) biểu diễn thành phần dao động với tần số gấp hai lần tần số điện áp nguồn, có biên độ bằng UI sin j và giá trị trung bình bằng 0.

Theo quan niệm truyền thống về công suất phân biệt 3 loại:

Công suất hữu dụng P = UI cos j, chính là giá trị trung bình của phần (I) nêu trên và được tính theo đơn vị là [W]

Công suất phản kháng Q= UI sin j, cũng chính là biên độ của phần (II) nêu trên và được tính theo đơn vị [VAR].

Công suất tức thời p(t) lại có thể được biểu diễn theo P, Q như sau:

Công suất toàn phần được định nghĩa S = U.I tính theo đơn vị [VA] và được hiểu là công suất hữu dụng lớn nhất có thể đạt được chính là khi u(t) và i(t) đồng pha.

Tính chất và chất lượng tiêu thụ của tải được phản ánh theo giá trị góc dịch pha j. Dấu của j thể hiện đặc tính cảm hoặc dung của tải tiêu thụ biến tần giá rẻ. Thông thường j dương thì tải có tính cảm và âm nếu tải có tính dung. Tính cảm hoặc dung sẽ quyết định tới hệ số đặc trưng cho hiệu suất truyền công suất (power factor-PF)

CHỦ ĐỀ MỚI:

CHỦ ĐỀ NGẪU NHIÊN: