Hệ số công suất power factor là gì? Ý nghĩa và ứng dụng

Power Factor (PF), hay còn gọi là hệ số công suất, là một thước đo hiệu suất của các thiết bị điện xoay chiều (AC) với giá trị từ 0 đến 1, thường được ký hiệu là cos ϕ. PF là tỉ lệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến của một thiết bị. Có ba loại công suất trong AC: công suất thực (P), công suất phản kháng (Q) và công suất biểu kiến (S), chúng tạo thành một tam giác công suất. PF giúp so sánh hiệu suất giữa hai hệ thống hoặc sản phẩm điện. Một PF thấp có nghĩa là nhiều năng lượng bị lãng phí dưới dạng nhiệt, giảm công suất truyền tải và tăng kích thước dây điện. Đèn LED với PF cao và hệ thống tản nhiệt tốt cung cấp ánh sáng sáng hơn và bền hơn. Chú ý rằng đèn LED có PF khoảng 0,8-0,9 được coi là chất lượng tốt.

Hệ số công suất là tỉ lệ giữa công suất thực (hay còn gọi là công suất tác dụng) và công suất biểu kiến của một thiết bị điện, được ký hiệu là cos ϕ và có giá trị từ 0 đến 1. Power factor thể hiện độ phù hợp giữa điện áp và dòng điện xoay chiều trong một mạch điện. Một PF thấp có nghĩa là nhiều năng lượng bị lãng phí dưới dạng nhiệt, giảm công suất truyền tải và tăng kích thước dây điện. Việc cải thiện hệ số công suất là rất quan trọng để tăng độ hiệu quả tiêu thụ năng lượng và giảm chi phí.

Hệ số công suất là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất tiêu thụ điện năng của hệ thống điện. Nâng cao hệ số công suất giúp tăng độ hiệu quả tiêu thụ năng lượng và giảm chi phí. Hệ số công suất càng cao thì hệ thống sử dụng năng lượng điện hiệu quả hơn và giảm thiểu thiệt hại cho các thiết bị điện tử. Việc điều chỉnh và nâng cao hệ số công suất còn giúp tăng độ tin cậy cung cấp điện và giảm các sự cố liên quan đến điện như giảm quá tải mạng điện, giảm nhiễu điện và giảm thiểu sự cố khi khởi động các thiết bị điện.

Để tính toán hệ số công suất, ta chia số công suất thực (real power) cho số công suất biểu kiến (apparent power). PF = Real Power / Apparent Power. Công suất thực được tính bằng tích của điện áp và dòng điện thực sự tiêu thụ trên mạch. Công suất biểu kiến là tích của điện áp và dòng điện tuyệt đối trên mạch. Hệ số công suất thường được đánh giá trong khoảng từ 0 đến 1. Nếu hệ số công suất gần bằng 1, thì mạch điện sử dụng hiệu quả và không có quá tải. Nếu hệ số công suất thấp, điều này cho thấy rằng mạch điện sử dụng không hiệu quả và gây lãng phí năng lượng.

Các loại hệ số công suất thường thấy hiện nay, bao gồm:

• Hệ số công suất dẫn đầu (leading power factor) là loại hệ số công suất mà công suất thực tế được sử dụng sớm hơn so với dòng điện xoay chiều. Hệ số công suất dẫn đầu xảy ra khi tải sử dụng năng lượng điện lưu trữ trong các thành phần điện của mạch. Hệ số công suất dẫn đầu được đo bằng góc cos phi, và giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 1.
• Hệ số công suất trễ độ là hệ số công suất của mạch điện xoay chiều có đặc tính trễ giữa dòng điện và điện áp. Nó được tính bằng cosin của góc trễ giữa phasor điện áp và phasor dòng điện trong mạch điện. Hệ số công suất trễ độ thường có giá trị từ 0 đến 1, và mạch điện có hệ số công suất trễ độ thấp sẽ không hiệu quả và gây lãng phí năng lượng.
• Hệ số công suất đồng hay còn được gọi là hệ số công suất tương đồng. Đây là khái niệm đo lường độ hiệu quả sử dụng điện của một mạch điện so với một mạch điện chuẩn có cùng điện áp và dòng điện. Nếu hệ số công suất đồng bằng 1, điều này cho thấy rằng mạch điện sử dụng hiệu quả và không có quá tải. Nếu hệ số công suất đồng thấp, điều này cho thấy rằng mạch điện sử dụng không hiệu quả và gây lãng phí năng lượng.

Việc cải thiện hệ số công suất power factor có nhiều lợi ích, bao gồm:

• Tiết kiệm tiền điện: Hệ số công suất thấp đòi hỏi phải tăng khả năng phát và truyền tải của hệ thống điện để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng, dẫn đến tăng giá thành tiền điện. Việc cải thiện hệ số công suất sẽ giảm lượng công suất phản kháng và tăng hệ số công suất cos phi, giúp tiết kiệm tiền điện.
• Tăng hiệu quả tiêu thụ năng lượng: Hệ số công suất cos phi tốt giúp tăng độ hiệu quả tiêu thụ năng lượng, giảm tổn thất điện năng và giảm lượng nhiệt được sinh ra.
• Giảm thiểu tải cho hệ thống điện: Việc cải thiện hệ số công suất sẽ giảm lượng công suất phản kháng và giảm tải cho hệ thống điện, giúp tăng tuổi thọ của các thiết bị điện và làm giảm chi phí bảo trì.
• Bảo vệ môi trường: Việc tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm lượng công suất phản kháng sẽ giảm lượng khí thải và tiết kiệm nguồn năng lượng, góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

Nhược điểm của hệ số công suất thấp là gây tổn thất điện năng trong hệ thống phân phối điện, tăng chi phí hoạt động và bảo trì hệ thống điện. Hệ số công suất thấp cũng làm tăng dòng điện xoay chiều trong hệ thống, làm gia tăng tải trên mạch, gây thiệt hại cho các thành phần điện và làm giảm tuổi thọ của chúng. Hơn nữa, hệ số công suất thấp làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng và gây lãng phí năng lượng, ảnh hưởng xấu đến môi trường.

Có hai phương pháp chính để cải thiện hệ số công suất phản kháng, đó là nâng cao hệ số cosφ nhân tạo và nâng cao hệ số cosφ tự nhiên. Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng ở các hộ tiêu thụ điện để cung cấp công suất phản kháng cho hệ thống. Cải thiện hệ số công suất cosφ không chỉ là biện pháp tạm thời đối phó với tình trạng thiếu điện, mà còn giúp tăng hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

Hiện nay, Schneider Electric là thương hiệu điện hàng đầu thế giới chuyên cung cấp các thiết bị hiệu chỉnh chất lượng điện năng và hệ số công suất chất lượng và an toàn. Một số sản phẩm đặc trưng có thể đến như là:

• Bộ lọc/ Bộ bù hoạt động: AccuSine PCSn, PowerLogic DVR.
• Tủ điện tụ bù: Varset, Varset Fast, Varset Direct, Capacitor banks Industry, Capacitor banks Energy, Propivar.
• Linh kiện/ Tụ điện: Varplus², PowerLogic PFC Capacitors, EasyLogic PFC Capacitors.
• Linh kiện/ Khác: Varlogic N, SAH detuned reactors, Varpact, PowerLogic PFC Controller.