พิมพ์คำที่ต้องการค้นหา ทั้งภาษาไทยและอังกฤษ
  1. หน้าแรก
  2. บทความ
  3. ไฟฟ้ากำลังและมอเตอร์
  4. Power Factor คืออะไร

// บทความ · Power Factor

Power Factor (เพาเวอร์แฟกเตอร์) คืออะไร: สูตร cos φ และความสัมพันธ์ kW kVA kvar

Power Factor บอกว่ากำลังไฟฟ้าที่จ่ายเข้าโหลดถูกเปลี่ยนเป็นงานจริงได้กี่ส่วน ค่าต่ำหมายความว่าสายและหม้อแปลงแบกกระแสที่ไม่ได้ทำงาน บทความนี้อธิบายด้วยสามเหลี่ยมกำลังและตัวอย่างตัวเลข

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต
สรุปใน 30 วินาที
  • PF=PS=cos⁡φ\text{PF}=\dfrac{P}{S}=\cos\varphi เมื่อแรงดันและกระแสเป็นไซน์
  • P = กำลังจริง (kW) · Q = กำลังรีแอกทีฟ (kvar) · S = กำลังปรากฏ (kVA) และ S2=P2+Q2S^2=P^2+Q^2
  • กำลังจริงเท่าเดิม แต่ PF ต่ำ ⇒ กระแสสูงขึ้นเป็น 1/PF1/\text{PF} เท่า

Power Factor คืออะไร

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ แรงดันและกระแสไม่จำเป็นต้องขึ้นลงพร้อมกัน ถ้ามันต่างเฟสกันเป็นมุม φ\varphi กำลังที่เปลี่ยนเป็นงานจริงจะเหลือเพียงส่วนหนึ่งของ V×IV\times I

P=VIcos⁡φ,S=VI,PF=PS=cos⁡φP = V I \cos\varphi, \qquad S = V I, \qquad \text{PF} = \frac{P}{S} = \cos\varphi

ที่นี่ VV, II เป็นค่า RMS โหลดตัวต้านทานล้วน (ฮีตเตอร์ หลอดไส้) มี φ=0\varphi=0 และ PF = 1 ส่วนมอเตอร์เหนี่ยวนำ หม้อแปลง และบัลลาสต์แกนเหล็ก มีขดลวด ทำให้กระแสตามหลังแรงดัน PF จึงต่ำกว่า 1

สามเหลี่ยมกำลัง P Q S

กำลังทั้งสามชนิดสัมพันธ์กันเป็นสามเหลี่ยมมุมฉาก

กำลังสัญลักษณ์ · หน่วยความหมายสูตร
กำลังจริงPP · W, kWกำลังที่เปลี่ยนเป็นงาน ความร้อน แสง หรือแรงบิดVIcos⁡φVI\cos\varphi
กำลังรีแอกทีฟQQ · var, kvarกำลังที่วิ่งไปกลับระหว่างแหล่งจ่ายกับสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าในโหลดVIsin⁡φVI\sin\varphi
กำลังปรากฏSS · VA, kVAภาระที่สาย หม้อแปลง และเครื่องกำเนิดต้องรองรับVI=P2+Q2VI=\sqrt{P^2+Q^2}

สำหรับระบบสามเฟสสมดุล ใช้แรงดันและกระแสสาย (line) P=3 VLILcos⁡φP=\sqrt{3}\,V_L I_L\cos\varphi และ S=3 VLILS=\sqrt{3}\,V_L I_L

ตัวอย่าง: โหลด 230 V, 10 A, PF 0.8 ตามหลัง

  1. กำลังปรากฏและกำลังจริง

    S=VI=230×10=2300 VA,P=Scos⁡φ=2300×0.8=1840 WS=VI=230\times10=2300\ \text{VA},\qquad P=S\cos\varphi=2300\times0.8=1840\ \text{W}

  2. กำลังรีแอกทีฟจากสามเหลี่ยมกำลัง

    Q=S2−P2=23002−18402=1380 varQ=\sqrt{S^2-P^2}=\sqrt{2300^2-1840^2}=1380\ \text{var}

  3. ถ้าปรับ PF เป็น 1.0 โดยกำลังจริงเท่าเดิม กระแสที่ต้องใช้

    I′=PV=1840230=8 AI'=\frac{P}{V}=\frac{1840}{230}=8\ \text{A}

  4. เปรียบเทียบการสูญเสียในสาย ∝I2\propto I^2

    (108)2=1.5625\left(\frac{10}{8}\right)^2=1.5625

PF 0.8 ใช้กระแส 10 A แต่ PF 1.0 ใช้เพียง 8 A เพื่องาน 1840 W เท่ากัน กระแสต่างกัน 25 % และการสูญเสียในสายสูงกว่าประมาณ 56 % (2300 : 1840 : 1380 คือสามเหลี่ยม 5 : 4 : 3)

PF ตามหลัง (lagging) และนำหน้า (leading)

  • ตามหลัง: กระแสตามหลังแรงดัน โหลดเหนี่ยวนำ (มอเตอร์ หม้อแปลง) ซึ่งเป็นโหลดส่วนใหญ่ในโรงงาน
  • นำหน้า: กระแสนำแรงดัน โหลดเก็บประจุ หรือคาปาซิเตอร์แก้ PF ที่ใส่เกินจำเป็น สายเคเบิลยาวที่ไม่มีโหลดก็ให้ผลคล้ายกัน

ค่า PF อย่างเดียวบอกไม่ได้ว่าตามหลังหรือนำหน้า ต้องระบุคำกำกับ เช่น "0.8 ตามหลัง"

เมื่อมีฮาร์มอนิก: PF จริงต่ำกว่า cos φ

โหลดอิเล็กทรอนิกส์ เช่น สวิตชิ่งซัพพลาย และวงจรเรียงกระแส ดึงกระแสไม่เป็นไซน์ ทำให้ PF ที่แท้จริงลดลงแม้กระแสหลักจะอยู่เฟสเดียวกับแรงดัน

PFtrue=cos⁡φ1⏟displacement×11+THDI2\text{PF}_{true}=\underbrace{\cos\varphi_1}_{\text{displacement}}\times\frac{1}{\sqrt{1+\text{THD}_I^2}}

ตัวอย่าง: cos⁡φ1=1\cos\varphi_1=1 และ THDI=30 %\text{THD}_I=30\,\% ได้ PFtrue=1/1.09≈0.958\text{PF}_{true}=1/\sqrt{1.09}\approx0.958 การติดตั้งคาปาซิเตอร์แก้ PF อย่างเดียวจึงไม่พอ และอาจก่อเรโซแนนซ์กับฮาร์มอนิก ต้องพิจารณา THD ด้วย

เรียนต่อในคลังความรู้

คำถามที่พบบ่อย

Power Factor ที่ดีควรเป็นเท่าไร?

ยิ่งใกล้ 1.0 ยิ่งดี ในทางปฏิบัติของไทยผู้ใช้ไฟประเภทที่มีค่าปรับมักปรับ PF ให้สูงกว่า 0.85 ตามเกณฑ์ของการไฟฟ้า และออกแบบให้อยู่ราว 0.95 เพื่อเผื่อช่วงโหลดเบา ดูรายละเอียดเกณฑ์ที่หน้าเพาเวอร์แฟกเตอร์กับค่าไฟ

PF ตามหลัง (lagging) กับนำหน้า (leading) ต่างกันอย่างไร?

ตามหลังคือกระแสตามหลังแรงดัน เกิดจากโหลดเหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์ หม้อแปลง ส่วนนำหน้าคือกระแสนำแรงดัน เกิดจากโหลดเก็บประจุ หรือคาปาซิเตอร์ที่ใส่มากเกินไป

PF ต่ำทำให้เสียหายอย่างไร?

ต้องใช้กระแสมากขึ้นเพื่อกำลังจริงเท่าเดิม ทำให้สาย หม้อแปลง และเบรกเกอร์รับภาระมากขึ้น การสูญเสียในสาย (I2RI^2R) และแรงดันตกเพิ่มขึ้น และผู้ใช้ไฟบางประเภทต้องเสียค่าปรับ

PF จริง (true PF) กับ cos φ ต่างกันอย่างไร?

cos φ คือ displacement PF ของความถี่หลักเท่านั้น ถ้ากระแสบิดเบี้ยวจากฮาร์มอนิก PF จริงคือ PF=cos⁡φ1/1+THDI2\text{PF}=\cos\varphi_1/\sqrt{1+\text{THD}_I^2} ซึ่งต่ำกว่า cos φ

Power Factor วิธีคำนวณขนาดคาปาซิเตอร์แก้ Power Factor (kvar) พร้อมตัวอย่าง สูตร Qc = P(tan φ1 − tan φ2) ตัวอย่างโหลด 100 kW 400 V ปรับ PF 0.75 เป็น 0.95 ได้ 55.3 kvar คำนวณไมโครฟารัดต่อเฟส ตารางตัวคูณ… อ่านบทความ → มอเตอร์ · งานวิจัย ตั้งไทเมอร์สตาร์-เดลต้ากี่วินาที: ผลการทดลองเชิงตัวเลขของมอเตอร์เหนี่ยวนำกรงกระรอก เรื่องเวลาเปลี่ยนจังหวะ ช่วงตาย กระแส และพลังงาน ตั้งไทเมอร์สตาร์-เดลต้ากี่วินาที? บทความวิจัยจำลองพลวัตมอเตอร์กรงกระรอก 7.5 kW: สูตร t = c·τm ตาราง c ตามชนิดโหลด ช่วงตาย ลำดับเฟส KM3 กระแสกระชาก… อ่านบทความ → มอเตอร์ 3 เฟส การต่อมอเตอร์ 3 เฟสแบบเดลต้า (Δ): จำ U1–W2, V1–U2, W1–V2 และเลือกจากเนมเพลต วิธีต่อมอเตอร์ 3 เฟสแบบเดลต้า (delta) ในกล่องขั้ว U1-W2, V1-U2, W1-V2 ความหมายของ U1 V1 W1 U2 V2 W2 และสีสายไฟเข้า แรงดันกับกระแส… อ่านบทความ →

ดูบทความทั้งหมดในหมวดไฟฟ้ากำลังและมอเตอร์ (4 เรื่อง) → · บทความทั้งหมด