APPARENT POWER LÀ GÌ

     




TS. Lưu Hồng Việt Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

*

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.

Bạn đang xem: Apparent power là gì

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 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 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.

Xem thêm: Cho Chó Ăn Nội Tạng Gà Gồm Những Gì, Ăn Nội Tạng Nhiều Có Tốt Không

A. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG SUẤTTừ 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.

Xem thêm: Top 8 Tên 20 Loại Trái Cây Có Múi, Kể Tên 20 Loại Trái Cây Có Múi

B. CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ CÔNG SUẤTI. Hệ thống với điện áp và dòng dạng sineXét 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 • Công suất phản kháng Q= UI sin j, cũng chính là biên độ của phần (II) nêu trên và được tính theo đơn vị .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 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. 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) :

*
II. Hệ thống điện áp và dòng không sineDo điều kiện nguồn cung cấp và hoạt động phi tuyến của tải tiêu thụ trong nhiều hệ thống điện, nên giả thiết về nguồn điện áp và dòng điện dạng sine không được đảm bảo. Cũng có nhiều khái niệm về công suất đã được đề xuất <1-4>, và chúng không hoàn toàn thống nhất. Trong phạm vi bài viết này giới thiệu một số định nghĩa đã được một số tác giả nêu ra và phổ biến rộng rãi, tuy nhiên việc áp dụng cho các hệ thống điều khiển chất lượng năng lượng điện cũng thể hiện nhiều điểm chưa nhất quán, tuỳ thuộc từng ứng dụng cụ thể.Định nghĩa của Budeanu (1927)Budeanu là một trong số những người đưa ra quan niệm đánh giá và định nghĩa đầu tiên về công suất cho các hệ thống có áp và dòng không sine. Các định nghĩa của Budeanu đều được biểu diễn trong miền tần số, theo các thành phần hài bậc cao chứa trong các thành phần dòng và áp.• Công suất toàn phần:

*
trong đó, U và I là các giá trị hiệu dụng tổng của u(t) và i(t), được tính như sau:trong đó, T là chu kỳ của thành phần hài cơ bản, Un và In là các giá trị hiệu dụng của các thành phần hài bậc n của điện áp và dòng điện.• Công suất hữu dụng: