Фактор снаге система наизменичне струје је дефинисан као однос реалне снаге која тече у електрично оптерећење према привидној сназиIEEE Std. 1459-2000 Trial-Use Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2000, 0-7381-1963-6. Note 1, section 3.1.1.1, when defining the quantities for power factor, asserts that real power only flows to the load and can never be negative. As of 2013, one of the authors acknowledged that this note was incorrect, and is being revised for the next edition. See protracted Talk page discussion., и креће се у опсегу 0 до 1 и нема јединицу мере. Реална снага је капацитет кола да извршава одређени рад неко време. Привидна снага је производ струје и напона струје. Због складиштења енергије у оптерећењу и предавању исте извору, или због нелинеарног оптерећења које мења облик сигнала струје коју генерише извор, привидна снага ће бити већа од реалне снаге. Негативан фактор снаге настаје када уређај који је нормално оптерећење генерише снагу која путује назад ка уређају који се нормално сматра генератором.On the resistance and electromotive forces of the electric arc, W. Duddell, Proceedings of the Royal Society of London. стр. 512-515, 1901. “The fact that the solid arc has, at low frequencies, a negative power factor, indicates that the arc is supplying power to the alternator…” ,. “…(the measurement) gives both negative power factor and negative resistive current (power loss).”<ref>Performance of Grid-Connected Induction Generator under Naturally Commutated AC. . “Accordingly, the generator will absorb active power from the grid, which leads to negative power factor.”</ref>
У електричном систему, оптерећење са малим фактором снаге вуче више струје од оптерећења са већим фактором снаге за исту количину пренесене употребљиве снаге. Када се струја појачава, повећава се и количина изгубљене енергије у дистрибутивном систему, која захтева веће жице и другу опрему. Због цене веће опреме и губљења енергије, компаније за пренос струје углавном наплаћују већу цену индустријским или комерцијалним корисницима када постоји мали фактор снаге.
Линеарна оптерећења са малим фактором снаге као што је индукциони мотор, могу да се коригују са пасивном мрежом кондензатора или калема. Нелинеарна оптерећења као што су диоде, мењају струју која се троши из система. У таквим случајевима, активна или пасивна корекција фактора снаге може да се користи како би се поништио тај ефекат и повећао фактор снаге. Уређаји за корекцију фактора снаге могу да буду постављени у централној подстаници, распоређени дуж дистрибутивног система, или уграђени у уређаје који троше струју.
Линеарна кола
десно|мини|300п|Тренутна и просечна снага израчунате из наизменичне струје и напона са фактором снаге једнаким 0(, ). Плава линија показује да се сва снага смешта привремено у оптерећење у току прве четвртине циклуса и враћа у мрежу у другој четвртини циклуса, тако да се не троши реална снага. десно|мини|300п|Тренутна и просечна снага израчунати из наизменичног напона и струје са фактором снаге који касни(, ). Плава линија показује снагу која се враћа у мрежу у току дела циклуса обележеног са φ У чисто резистивним наизменичним колима, напон и струја су у фази, мењајући поларитет у исто време у сваком циклусу. Сва снага која долази до потрошача се троши. Када су присутна реактивна оптерећења, као што су кондензатор или калем, сакупљање енергије у оптерећењу доводи до временске разлике између струје и напона. Током сваког циклуса наизменичног напона, додатна енергија, у додатку енергије коју троши оптерећење, се привремено чува у оптерећењу у електричном пољу или магнетном пољу и враћа се у мрежу делић секунде касније. Проток ове непродуктивне снаге повећава проток кроз мрежу. Због тога, коло са малим фактором снаге ће користити више струје да премести одређену количину реалне снаге него коло са већим фактором снаге. Линеарно оптерећење не мења облик струјног сигнала, али може да промени време (фазу) између напона и струје.
Кола која садрже чисто резистивне грејаче (класичне сијалице, рингле, итд.) имају фактор снаге 1.0. Кола која садрже калеме или кондензаторе (електрични мотори, соленоиди, електрични баласти, и други.) често имају фактор снаге испод 1.0
Дефиниција и израчунавање Проток наизменичне снаге има 3 компоненте: реалну снагу (познату као активна снага) (P), која се мери у ватима(W); привидну снагу (S), која се мери у волт-амперима(VA); и реактивну снагу (Q), која се мери у реактивним волт-амперима(var).
Фактор снаге је дефинисан као:
У случају савршено синусоидног сигнала, P, Q и S могу да се изразе као вектори који чине троугао такав да важи:
Ако је фазни угао између струје и напона, онда је фактор снаге једнак косинусу угла, , и:
Пошто су јединице конзистентне, фактор снаге је по дефиницији број без јединице са вредношћу између -1 и 1. Када је фактор снаге једнак 0, енергија која пролази је чисто реактивна, и сачувана енергија у оптерећењу се враћа извору у сваком циклусу. Када је фактор снаге 1, сва енергија коју предаје извор се троши у оптерећењу. Фактори снаге се углавном деле на оне који "предњаче" и оне који "касне" да би појаснили знак фазног угла. Капацитивна оптерећења предњаче (струја је испред напона), а индуктивна оптерећења касне (струја касни за напоном).
Ако се чисто резистиван потрошач повеже на извор напајања, струја и напон ће мењати поларитет у исто време, фактор снаге ће бити 1 и енергија пролази истим смером преко мреже током сваког циклуса. Индуктивни потрошачи као што су трансформатори и мотори (било који тип намотаја) троше реактивну снагу са струјом која касни за напоном. Капацитивни потрошачи као што су кондензатори или укопани каблови генеришу реактивну снагу са струјом која предњачи за напоном. Оба типа оптерећења ће апсорбовати енергију током дела наизменичног циклуса, који је сачуван у магнетном или електричном пољу уређаја, да би ову енергију касније предали извору током остатка циклуса.
На пример, да би добили 1 kW реалне снаге, уколико је фактор снаге 1,1 kVA привидне снаге треба да се пренесе (1 kW ÷ 1 = 1 kVA). На малим вредностима фактора снаге, више привидне снаге треба да се пренесе како би се добила иста реална снага. Да би добили 1 kW реалне снаге на фактору снаге 0,2, потребан је пренос 5 kVA привидне снаге (1 kW ÷ 0.2 = 5 kVA). Ова привидна снага мора да се произведе и пренесе до потрошача на уобичајене начине, и на њу делују уобичајени губици у производњи и дистрибуцији.
Електрични потрошач који троши наизменичну снагу, троши и реалну и реактивну снагу. Векторски збир реалне и реактивне снаге је привидна снага. Присуство реактивне снаге изазива да је реална снага мања од привидне снаге, и тако електрично оптерећење има фактор снаге мањи од 1.
Корекција фактора снаге код линеарних потрошача Велики фактор снаге је генерално пожељан у дистрибутивном систему да би се смањили губици при преносу и побољшала напонска регулација на страни потрошача. Често је пожељно подесити фактор снаге система близу 1,0. Када реактивни елементи предају или примају реактивну снагу близу потрошача, привидна снага се смањује. Корекција фактора снаге може да се примени од стране дистрибутера електричне енергије да би се побољшала стабилност и ефикасност дистрибутивне мреже. Засебни потрошачи којима се наплаћује струја више уколико им је фактор снаге мањи, могу да монтирају корекциону опрему да би смањили своје трошкове.
Корекција фактора снаге приближава фактор снаге наизменичног кола ближе јединици тиме што прави реактивну снагу супротног знака, додајући кондензаторе или калеме који поништавају индуктивни или капацитивни ефекат потрошача. На пример, индуктивни ефекат мотора може да се надокнади локално повезаним кондензатором. Ако потрошач има капацитивну вредност, калеми (познати као реактори у овом контексту) се повезују како би исправили фактор снаге. У електричној индустрији, за калеме се каже да троше реактивну снагу и за кондензаторе се каже да праве реактивну снагу, иако се енергија само мрда напред-назад у сваком циклусу наизменичне струје.
Реактивни елементи могу да створе промене напона и хармонички шум када се укључе или искључе. Они ће предавати или трошити снагу независно од тога да ли постоји још неки потрошач који ради у близини, повећавајући губитке система. У најгорем случају, реактивни елементи могу да интерагују са системом и међусобно како би креирали резонантна стања, која резултују нестабилношћу система и великим променама напона преко дозвољене границе. Као такви, реактивни елементи не могу само да се прикључе без инжењерске анализе.
230п|десно|мини|1. Контролни релеј реактивне снаге; 2. Повезујуће тачке мреже; 3. Осигурач; 4. контактор који затвара контакте и укључује кондензаторске батерије; 5. кондензаторске батерије (једнофазне или трофазне јединице, делта повезивање); 6. Трансформатор за контролу и вентилаторе)Аутоматска корекција фактора снаге се састоји од неког броја кондензатора који се укључују помоћу контактора. Ови контактори се контролишу регулатором који мери фактор снаге у електричној мрежи. У зависности од потрошача и фактора снаге мреже, контролер фактора снаге ће укључити потребне блокове кондензатора у корацима како би осигурао да фактор снаге остане изнад одабране вредности.
Уместо коришћења групе прекиданих кондензатора, неоптерећен синхрони мотор може да преда реактивну снагу. Реактивна снага коју увуче синхрони мотор је функција побуде његовог поља. Ово се назива синхрони компензатор. Стартује се и повеже на мрежу. Ради са горње ивице предефинисаног фактора снаге и враћа реактивне волт-ампере у мрежу по потреби, да би одржао напон система или одржао фактор снаге на одређеном нивоу.
Постављање компензатора и његов рад су слични раду великих мотора. Његова основна предност је једноставност помоћу које може лако да се подеси ниво корекције; понаша се као електрично променљиви кондензатор. За разлику од кондензатора, количина реактивне снаге је пропорционална напону, не квадрату напона; ово побољшава стабилност напона на великим мрежама. Синхрони компензатори се често користи у вези са пројектима са високим једносмерним напоном или великим индустријским постројењима као што су челичане.
За корекцију фактора снаге у системима са високим напоном или великим, променљивим индустријским потрошачима, користе се све више електронски уређаји као што су Статички ВАР компензатор или СТАТКОМ. Ови системи могу да компензују нагле промене фактора снаге много брже него контакторски прекидани кондензатори, и захтевају мање одржавања од синхроних компензатора.
Нелинеарни потрошачи Нелинеарни потрошач прикључен на неки извор је најчешће диода (какве се користе у напајањима), или нека врста уређаја за пражњење као што је флуоресцентна сијалица, машина за варење, или варнична пећ. Због тога што се струја у овим системима прекида прекидачима, струја садржи компоненте фреквенције који су умношци фреквенције електричне мреже. Дисторзиони фактор снаге је мера колико хармоничка дисторзија струје потрошача смањује просечну снагу која се преноси потрошачу. десно|мини|300п|Синусоидни напон и несинусоидна струја дају дисторзиони фактор снаге 0,75 за ово рачунарско напајање
Несинусоидне компоненте Нелинеарна оптерећења мењају облик струјног сигнала од синусоидне криве у неки други облик. Нелинеарни потрошачи стварају хармоничне струје у додатку на оригиналне наизменичне струје фундаменталне фреквенције. Филтери који се састоје од кондензатора и калема могу да спрече хармоничне струје од улажења у систем дистрибуције.