HỆ SỐ CÔNG SUẤT (POWER FACTOR)

Bài viết này giải thích các khái niệm có liên quan về hệ số công suất, và làm rõ ảnh hưởng của các thiết bị điện có hệ số công suất thấp lên hệ thống điện và tác dụng thật sự của thiết bị “Tiết kiệm điện” đang bán trên thị trường

Tham khảo:

 

Hệ số công suất (Power Factor – PF) là một đại lượng trong hệ thống điện xoay chiều được định nghĩa là tỷ lệ công suất thực (Real Power) được hấp thụ bởi tải (tính bằng Watt – W) với công suất biểu kiến (Apparent Power) chạy trong mạch (tính bằng Volt-Ampe – VA). Hệ số công suất là một đại lượng không thứ nguyên (không có đơn vị) có giá trị trong khoảng từ 0 – 1.

Dưới đây sẽ giải thích rõ hơn các định nghĩa về công suất.

  • Công suất thực (P – Real Power, đơn vị W): đặc trưng cho khả năng sinh ra công hữu ích của thiết bị, tính bằng Watt (W), như sức kéo của động cơ, nhiệt sinh ra của điện trở…
  • Công suất phản kháng (Q – Reactive Power, đơn vị VAR): công suất phản kháng không sinh ra công hữu ích nhưng nó lại cần thiết trong quá trình biến đổi năng lượng của các thiết bị điện sử dụng nguồn điện xoay chiều. Khi trong thiết bị điện có phần tử tích trữ năng lượng như cuộn cảm (inductance) hay tụ điện (capacitance) thì nguồn điện phải cung cấp dòng điện cho các thành phần này, mặc dù năng lượng này không được sử dụng bởi thiết bị.
  • Công suất biểu kiến (S – Apparent Power, đơn vị VA): là tổng hợp của công suất thực và công suất phản kháng, được tính bằng công thức căn bậc hai của tổng bình phương công suất thực và bình phương công suất phản kháng. Đây là thông số chính khi lựa chọn máy phát điện hoặc máy biến áp.

Chúng ta có thể thấy được, hệ số công suất là thông số đặc trưng cho tải, không liên quan đến nguồn cấp.

Hình 1: Công suất tính hệ số công suất

Nếu xét trên phương diện nguồn cung cấp (máy phát điện hay máy biến áp), cùng công suất máy phát điện nếu tải có hệ số công suất lớn hơn sẽ sinh ra được nhiều công hữu ích hơn. Hay nói cách khác, hệ số công suất càng lớn, càng tốn ít năng lượng để phát điện hơn.

Hình 2: Hệ số công suất càng lớn, càng ít tốn năng lượng để phát điện hơn

Hệ số công suất càng lớn càng tốt, nhưng để thiết bị điện có hệ số công suất cao cần phải tăng chi phí sản xuất. Giá thành là một yếu tố khiến cho cả nhà sản xuất lẫn người sử dụng cân nhắc có cần phải mua thiết bị điện có hệ số công suất cao hay không. Nhưng có một số trường hợp bắt buộc không thể sử dụng hệ số công suất thấp:

  • Các thiết bị điện tiêu dùng ở châu Âu phải tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61000-3-2 về giới hạn độ lớn sóng hài, điều này bắt buộc phải bù công suất phản kháng để hệ số công suất cao.
  • Các nhà máy ở Việt Nam bắt buộc theo dõi hệ số công suất của toàn bộ hệ thống, nếu hệ số công suất nhỏ hơn 0.9, nhà máy phải trả tiền công suất phản kháng cho công ty cung cấp điện. Hệ số công suất càng nhỏ, số tiền phải trả càng lớn. Do đó, nhà máy phải mua các thiết bị có hệ số công suất cao, hoặc/và sử dụng các hệ thống bù công suất phản kháng.

Hình 3: Hệ số tính tiền mua công suất phản kháng

Các phương thức bù (hiệu chỉnh) hệ số công suất (PFC – Power Factor Correction)

  • Bù hệ số công suất thụ động (Passive PFC): Dùng các phần tử điện thụ động (tụ điện, cuộn dây,…) để hiệu chỉnh hệ số công suất của hệ thống điện. Tiêu biểu như mạch bù valley-fill. Phương pháp bù thụ động có hiệu quả không cao, và không đáp ứng được cho các hệ thống có tải thường xuyên thay đổi.

Hình 4: Mạch bù công suất phản kháng thụ động, mạch valley-fill

 

  • Bù hệ số công suất chủ động (Active PFC): Sử dụng các thiết bị điện tử công suất và mạch điều khiển có hồi tiếp để hiệu chỉnh hệ số công suất. Các dạng mạch điều khiển bù công suất chủ động có thể kể đến các dạng mạch như buck, boost, buck-boost hay synchronous condenser.

 

Hình 5: Nguyên lý bù công suất phản kháng chủ động

  • Bù hệ số công suất động (Dynamic PFC): Áp dụng cho các hệ thống điện có tải thay đổi liên tục. Hệ thống bù công suất phản kháng dạng này sử dụng các thiết bị điện tử công suất và mạch điều khiển có hồi tiếp để đóng ngắt một số tụ điện và cuộn cảm khác nhau tùy theo công suất tải.

Hệ thống điện dân dụng của nhà bạn có cần bù hệ số công suất hay không?

Câu trả lời là không, nhưng nếu sử dụng hệ thống bù công suất sẽ tốt hơn vì các lý do sau:

  • Có hệ thống bù công suất, sẽ tiết kiệm điện hơn nhưng không nhiều. Điện lực Việt Nam đang tính giá điện theo công suất tiêu thụ (công suất thực) chứ không tính tiền công suất phản kháng. Khi nâng hệ số công suất, dòng diện giảm nhưng cos phi tăng, nên công suất tiêu thụ gần như không thay đổi. Nên bù công suất phản kháng không làm thay đổi nhiều hóa đơn tiền điện hàng tháng phải trả. Nhưng do công suất phản kháng sinh ra dòng điện hao phí trên dây dẫn và bạn vẫn phải trả tiền cho dòng điện này, nên bù công suất phản kháng có thể giảm độ lớn dòng điện chạy trên dây dẫn, giúp tiết kiệm điện năng hao phí (do phát nhiệt) trên đường dây, nhưng không tiết kiệm hơn 10% tổng lượng điện tiêu thụ.
  • Khi hệ số công suất của hệ thống điện cao, cường độ dòng điện chạy trên dây dẫn giảm, giúp tiết kiệm tiền mua dân dẫn và các thiết bị đóng cắt. Nhiệt sinh ra trên dây và các thiết bị điện thấp hơn, giúp tuổi thọ sử dụng thiết bị điện lâu hơn.
  • Khi hệ số công suất cao, sóng hài trên hệ thống điện thấp giúp các thiết bị điện tử làm việc hiệu quả hơn.

Nhưng khi lắp các thiết bị bù công suất như các tụ điện, cần phải lưu ý thời gian sử dụng của tụ điện để tránh khả năng xảy ra nổ tụ điện vì sử dụng quá lâu.

Hình 6: Dòng điện giảm nhưng công suất tiêu thụ không đổi

Các thiết bị tiết kiệm điện trên thị trường có thật sự tiết kiệm điện?

Câu trả lời là có tiết kiệm điện nhưng không nhiều như các thông tin quảng cáo. Đa số các thiết bị như vậy chỉ có một tụ điện để nâng hệ số công suất, giúp giảm hao phí sinh ra trên đường dây dẫn. Khi các bạn mua thiết bị này, cần chú ý vì có thể xảy ra nổ tụ điện khi sử dụng quá lâu.

Hình 7: Các thiết bị tiết kiệm điện đang bán trên thị trường

Hình 8: Bên trong một thiết bị tiết kiệm điện

 

N.Phương

#zako.vn #samavietnam.vn