power factor

           Power Factor

             ตัวประกอบกำลังไฟฟ้ามีความสำคัญในระบบไฟฟ้าเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นปัจจัยหนึ่งที่กำหนดค่าใช้จ่ายส่วนต่างๆให้เพิ่มขึ้นหรือลดลงได้ ระบบไฟฟ้าที่มีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำ จะมีความสูญเสียในระบบมาก ดังนั้น อุปกรณ์ที่ต้องใช้ในระบบจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นตามไปด้วย ค่าใช่จ่ายการซื้ออุปกรณ์ต่างๆจึงสูงตามไป ดังนั้น จึงสามารถกล่าวได้ว่า การแก้ไขตัวประกอบกำลังทางไฟฟ้าให้สูงขึ้นนั้น มีความจำเป็นพอสมควร แต่จะต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆให้เหมาะสมตามไปด้วย

ภาพแสดงสัญญาณของแรงดัน,กระแส,และกำลัง ของไฟฟ้ากระแสสลับ

ตารางสรุปอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ

              ชนิดของ power factor
1. true power factor
2. displacement power factor
3. distortion power factor

Power factor คือ ค่าอัตราส่วนของกำลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานจริง (real power) กับ กำลังงานปรากฎ (apparent power) หรือกล่าวได้ว่า คือ ตัวเลขที่บ่งบอกถึงอัตราส่วนกำลังงานไฟฟ้าที่นำมาใช้ประโยชน์จริงๆกับกำลังงานทั้งหมดที่ต้องการจากการไฟฟ้า

เมื่อ P = real power (W), Q = reactive power (VAR), S = appearent power (VA)

          แต่เนื่องจากในปัจจุบัน การพัฒนาโหลดด้านอิเล็กทรอนิกส์ให้มีความซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้นวงจรที่ได้จากการพัฒนาจึงไม่มีความเป็นเชิงเส้น ซึ่งส่งผลให้ เมื่อนำโหลดประเภทนี้ไปใช้งาน จะเกิดฮาร์โมนิกขึ้น ทั้งในสัญญาณแรงดันและกระแส ซึ่งการรบกวนของฮาร์โมนิกนี้ ส่งผลต่อระบบไฟฟ้าเป็นอย่างมาก รวมไปถึงการทำให้ค่า power factor มีค่าต่ำลงไปด้วย ดังนั้น การวิเคราะห์ค่า power factor ในวงจรที่มีการรบกวนของสัญญาณอยู่สูงนั้น ไม่สามารถคำนวณจากสูตรดังกล่าวข้างต้นได้

ภาพแสดงสัญญาณของกระแสที่มีฮาร์โมนิกปะปนอยู่

กรณีที่ระบบมี แรงดันไม่มีฮาร์โมนิกแต่ กระแสมีฮาร์โมนิกปะปนอยู่

กรณีที่ แรงดันและกระแสมีฮาร์โมนิกปะปนอยู่

กราฟแสดง กำลังชนิดต่างๆ เมื่อมีฮาร์โมนิกปะปนอยู่ในระบบ

จากรูปภาพดังกล่าว เมื่อวงจรหรือระบบที่เราพิจารณาไม่เป็นเชิงเส้น (non linear load) จะเป็นเกิดภาวะ harmonic ขึ้น ซึ่งจะทำให้ค่า apparent power เพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้ power factor ต่ำลง จึงไม่สามารถหาค่า power factor จากความสัมพันธ์ Power factor = P / S ได้

 การปรับปรุงค่า power factor

                  จากที่กล่าวมาข้างต้น ถ้าหากค่า pf มีค่าต่ำเกินไปจะส่งผลหลายอย่างโดยเฉพาะอย่างยิ่งด้านค่าใช้จ่ายทั้งการไฟฟ้าเรียกเก็บจากผู้ใช้ไฟฟ้า ดังนั้น การปรับปรุงค่า pf จึงสามารถลดค่าใช้จ่ายจากเดิมลงไปได้

                  วิธีการปรับปรุงนั้น สามารถทำได้หลายวิธี

1. การใส่ capacitor black เข้าไปในระบบเพื่อลด reactive power ลง

ข้อดี

• เพิ่มประสิทธิภาพ โดยมีความสูญเสียน้อยกว่า 0.33%

• เงินลงทุนต่ำสามารถนำมาใช้ในระบบที่มีขนาดเล็กได้

• มีความยืดหยุ่นมาก เพราะสามารถเปลี่ยนแปลงการทำงานของตัวเก็บประจุไฟฟ้าให้            สอดคล้องกับโหลดที่เปลี่ยนแปลงได้

• ไม่มีส่วนที่เคลื่อนที่ได้ ไม่มีเสียงดังในการทำงานการเสื่อมสภาพการทำงานต่ำ และไม่ต้อง    มีการบำรุงรักษา

• สามารถติดตั้งในบริเวณใดก็ได้ ใช้เนื้อที่ในการติดตั้งน้อย

• ปลดออกและต่อเข้ากับโหลดได้รวดเร็วและง่าย สามารถเปลี่ยนจากโหลดตัวหนึ่งไปยัง         อีกตัวหนึ่งได้

ข้อเสีย

• การเกิดแรงดันเกิน (Over Voltage) เมื่อปลดโหลดออก ดังนั้นจึงควรติดตั้งระบบควบคุม      การชดเชยตัวประกอบกำลังไฟฟ้าอัตโนมัติ  

• การเกิดเรโซแนนซ์ (Resonance) เมื่อใช้กับโหลดที่มีฮาร์มอนิก (Harmonic) ทำให้อุปกรณ์    ไฟฟ้าต่างๆที่ต่ออยู่ในระบบเกิดความเสียหาย ทำงานผิดพลาดหรือมีอายุการใช้งานสั้นลง

2.           การใส่ fillter เข้าไปเพื่อกรองสัญญาณที่เกิด harmonic

- แอคทีฟฟลเตอร (Active Filter หรือ Tune Filter) อาศัยการวิเคราะหกระแสฮารมอนิกที่เกิดจากโหลดที่ไมเปนเชิงเสน (Non-Linear Load) แลวสรางกระแสฮารมอนิกใหมเพื่อหักลางฮารมอนิกที่เกิดขึ้น

- พาสสีฟฟลเตอร (Passive Filter หรือ Detune Filter) นิยมใชกันมากที่สุด เนื่องจากมีราคาต่ำกวาแอคทีฟฟลเตอร และสามารถขจัดกระแสฮารมอนิกหลักๆ เชน ฮารมอนิกที่ 5, 7 และ 11 ไดโดยตรง และยังชวยในเรื่องของการปรับปรุงตัวประกอบกําลังไฟฟาไดอีกดวย

แต่การพิจารณาสาเหตุที่ทำให้ระบบมีค่าตัวประกอบกำลังต่ำลงนั้น ก็มีความสำคัญไม่แพ้กันมิฉะนั้นอาจจะเกิดความเสียหายขึ้นในระบบด้วย เช่น ความเสียหายจากภาวะเรโซแนนซ์ในวงจร เป็นต้น

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความถี่กับค่ากระแสเมื่อเกิดภาวะเรโซแนนซ์