- หน้าแรก
- คลังความรู้
- เพาเวอร์แฟกเตอร์
// บทที่ 19 · Power Factor Explained · ทุกระดับ: ทั่วไป → ช่าง → วิศวกร
เพาเวอร์แฟกเตอร์ (Power Factor) เข้าใจได้ทุกระดับ
เพาเวอร์แฟกเตอร์ (PF) เป็นเรื่องที่เกือบทุกคนในวงการไฟฟ้าเคยได้ยิน แต่น้อยคนอธิบายได้ว่า “กำลังที่ไม่ทำงาน” ไปอยู่ที่ไหน ทำไมคาปาซิเตอร์แก้ได้ และทำไมบางครั้งแก้ไม่ได้ ชุดนี้อธิบายสามระดับคู่กันเสมอ — ภาพเปรียบเทียบ ตัวเลขที่ใช้งาน และคณิตศาสตร์เบื้องหลัง — พร้อมซิมูเลเตอร์ที่เห็นกระแสไหลไปกลับจริง ๆ มี 47 สูตรที่มีรหัสอ้างอิง และ 15 ตัวอย่างคำนวณ
สรุปใน 30 วินาที
- P (kW) ทำงานจริง · Q (kvar) วิ่งไปกลับเติมสนามแม่เหล็ก/ไฟฟ้า · S (kVA) ที่สายต้องแบก · S2=P2+Q2
- PF=P/S=cosφ เมื่อกระแสเป็นไซน์ · มอเตอร์ทำให้กระแส “ตามหลัง” แรงดัน
- PF ต่ำ → กระแสสูง สายร้อน (∝ 1/PF²) แรงดันตก หม้อแปลงเต็มเร็ว และค่าปรับ kvar
- คาปาซิเตอร์จ่าย Q ให้มอเตอร์ในพื้นที่: Qc=P(tanφ1−tanφ2)
- โหลดอิเล็กทรอนิกส์มี PF ต่ำจากฮาร์มอนิก — คาปาซิเตอร์แก้ส่วนนี้ไม่ได้
อ่านตามระดับที่คุณต้องการ
ระดับ 1 · ไม่ต้องใช้สูตร
เข้าใจด้วยภาพ
แก้วเบียร์ ม้าลากเรือ ชิงช้า แล้วดูซิมูเลเตอร์ว่ากระแสไหลไปกลับจริง
PF คืออะไร → ซิมูเลเตอร์
ระดับ 3 · นักศึกษา · วิศวกร
คณิตศาสตร์และฟิสิกส์
p(t) = v·i, เฟสเซอร์ S = VI*, DPF × distortion factor, เรโซแนนซ์ h=Ssc/Qc
รูปคลื่น → ฮาร์มอนิก → การวัด
ลองเลย: มอเตอร์ปั๊มน้ำกับคาปาซิเตอร์
กด ▶ เล่น แล้วดูเส้นสีม่วง p(t) — ช่วงสีแดงคือเวลาที่มอเตอร์ “คืน” พลังงานกลับไปที่แหล่งจ่าย จากนั้นกดคาปาซิเตอร์ C1 C2 C3 ทีละขั้น สังเกตว่ากระแสลดลง พื้นที่สีแดงหายไป แต่ P (kW) เท่าเดิม ลองโหลดอื่นในแล็บเต็มที่ ซิมูเลเตอร์ PF
สมการหลักที่ใช้ทั้งชุด
| เรื่อง | สมการ | รหัส |
| สามเหลี่ยมกำลัง | S2=P2+Q2 | B1 |
| เพาเวอร์แฟกเตอร์ | PF=P/S=cosφ | B2 |
| กำลังขณะหนึ่ง | p(t)=VIcosφ−VIcos(2ωt−φ) | W2 |
| ขนาดคาปาซิเตอร์ | Qc=P(tanφ1−tanφ2) | C1 |
| ความจุ | C=Qc/(ωV2) | C3 |
| ค่าปรับ | (Qmax−0.6197Pmax)×56.07 ฿ | T2 |
| PF จริง | PF=DPF/1+THD2 | H2 |
| เรโซแนนซ์ | hr=Ssc/Qc | H5 |
ทุกบทในชุดนี้
ส่วนที่ 1เข้าใจเพาเวอร์แฟกเตอร์ Understanding Power Factor
ภาพเปรียบเทียบ สามเหลี่ยมกำลัง รูปคลื่นแรงดัน กระแส และกำลังขณะใดขณะหนึ่ง
ส่วนที่ 2ปรับปรุงเพาเวอร์แฟกเตอร์ Power Factor Correction
คำนวณคาปาซิเตอร์ ตู้คาปาซิเตอร์อัตโนมัติ และค่าปรับ kvar ในบิลค่าไฟ
ส่วนที่ 3ฮาร์มอนิกและการวัด Harmonics & Measurement
PF จริงเมื่อมีฮาร์มอนิก เรโซแนนซ์ ตู้ detuned และการวัด PF ด้วยเครื่องมือจริง
ส่วนที่ 4ซิมูเลเตอร์และอุปกรณ์จำลอง Simulator & Virtual Equipment
ซิมูเลเตอร์ PF แบบเห็นคลื่นและเฟสเซอร์ ตู้คาปาซิเตอร์อัตโนมัติจำลอง และใบงาน
ความเชื่อผิด ๆ ที่พบบ่อย
| ความเชื่อ | ความจริง |
| “กล่องประหยัดไฟเสียบปลั๊กแก้ PF แล้วค่าไฟบ้านลด 30 %” | บ้านคิดเงินตาม kWh (P) ไม่ใช่ kVA การแก้ PF ลดกระแสในสายบ้านเล็กน้อยเท่านั้น ผลต่อค่าไฟน้อยมาก |
| “Q คือพลังงานที่เสียไปเปล่า ๆ” | Q ไม่ได้ถูกใช้หมดไป มันวิ่งไปกลับ สิ่งที่เสียจริงคือความร้อน I²R จากกระแสส่วนเกินที่ Q ทำให้เกิด |
| “ใส่คาปาซิเตอร์ยิ่งมากยิ่งดี” | เกินจะกลายเป็น PF นำหน้า กระแสกลับมาสูงขึ้น แรงดันเพิ่ม และเสี่ยงเรโซแนนซ์ |
| “cos φ = PF เสมอ” | จริงเฉพาะกระแสเป็นไซน์ โหลดอิเล็กทรอนิกส์มี cos φ ≈ 1 แต่ PF จริงอาจแค่ 0.6 |
| “PF ต่ำทำให้มิเตอร์บ้านหมุนเร็วขึ้น” | มิเตอร์ kWh วัดเฉพาะ P มิเตอร์จะหมุนเพิ่มเฉพาะการสูญเสียในสายที่อยู่หลังมิเตอร์ ซึ่งน้อย |
รหัส: B พื้นฐาน · W รูปคลื่น · C คำนวณคาปาซิเตอร์ · K ตู้คาปาซิเตอร์ · T ค่าไฟ · H ฮาร์มอนิก · M การวัด
ทั้งหมด 47 สูตร
- B1Power triangleสามเหลี่ยมกำลัง
S2=P2+Q2S=P2+Q2
- B2Power factorเพาเวอร์แฟกเตอร์
PF=SP=cosφ(กระแสเป็นไซน์)0≤PF≤1
- B3Reactive power from P and PFหา Q จาก P และ PF
Q=Ptanφ=PPF1−PF2
- B4Current from apparent powerกระแสจากกำลังปรากฏ
I1φ=VS=V⋅PFPI3φ=3VLS=3VL⋅PFP
- B5Sign conventionเครื่องหมายของ Q
QL=+I2XL (ตามหลัง, ดูด Q)QC=−I2∣XC∣ (นำหน้า, จ่าย Q)Qnet=QL+QC
- B6Line losses vs PFการสูญเสียในสายเทียบ PF (P เท่าเดิม)
Ploss(PF2)Ploss(PF1)=(PF1PF2)2
- B7Usable real power of a transformerกำลังจริงที่หม้อแปลงจ่ายได้
Pmax=Srated×PF
- W1Voltage and lagging currentแรงดันและกระแสที่ตามหลัง
v(t)=2Vsinωti(t)=2Isin(ωt−φ)
- W2Instantaneous powerกำลังขณะหนึ่ง
p(t)=v(t)i(t)=2VIsinωtsin(ωt−φ)=VIcosφ−VIcos(2ωt−φ)
- W3Average (real) powerกำลังเฉลี่ย
P=T1∫0Tp(t)dt=VIcosφ
- W7Fraction of time with p < 0สัดส่วนเวลาที่กำลังไหลกลับ
Ttp<0=180∘φpmin=VI(cosφ−1), pmax=VI(cosφ+1)
- W6Time shiftเวลาที่กระแสตามหลัง
Δt=360∘φT=360∘fφ
- W4Active and reactive parts of p(t)แยกส่วนจริงและส่วนรีแอกทีฟ
p(t)=≥0 เสมอ: ไหลทางเดียวP(1−cos2ωt)−ค่าเฉลี่ย 0: ไหลไปกลับQsin2ωt
- W5Q and stored energyQ กับพลังงานที่เก็บในสนาม
wL(t)=21Li2(t)WˉL=21LI2QL=ωLI2=2ωWˉL
- W8Active and reactive currentกระแสส่วนทำงานและส่วนรีแอกทีฟ
IP=Icosφ (ตรงเฟสกับ V)IQ=Isinφ (ตั้งฉากกับ V)I=IP2+IQ2
- C1Capacitor sizeขนาดคาปาซิเตอร์
Qc=P(tanφ1−tanφ2)φ=cos−1(PF)
- C2Reactive power of a capacitorกำลังรีแอกทีฟของคาปาซิเตอร์
QC=XCV2=ωCV2IC=ωCV
- C3Single-phase capacitanceความจุ 1 เฟส
C=2πfV2Qc
- C4Three-phase capacitance per phaseความจุต่อเฟส 3 เฟส
CΔ=3ωVL2QcCY=ωVL2Qc=3CΔ
- C5Current and loss reductionกระแสและการสูญเสียที่ลดลง
I1I2=PF2PF1Ploss,1ΔPloss=1−(PF2PF1)2
- C6Released kVAkVA ที่ได้คืน
ΔS=P(PF11−PF21)
- C7Voltage riseแรงดันที่เพิ่มขึ้น
ΔV%≈SscQc×100≈STQc(%ZT)
- C8Maximum capacitor directly at a motorคาปาซิเตอร์สูงสุดที่ต่อตรงกับมอเตอร์
Qc,max≤0.93VI0I0=กระแสไร้โหลด
- K1Reactive power still neededรีแอกทีฟที่ยังขาด
ΔQ=Qmeasured−PtanφtargetΔQ>krQstep,min⇒สับΔQ<−krQstep,min⇒ปลด
- K2C/k settingค่า C/k (แอมป์ด้านทุติยภูมิ)
C/k=3VLkCTQstep,minkCT=IsIp
- K3Number of levelsจำนวนระดับที่ได้
ขั้นเท่ากัน n ขั้น: n ระดับ1:2:4:… (n ขั้น):2n−1 ระดับΔQres=Qstep,min
- K4Inrush peak, single bankค่ายอดกระแสพุ่งเข้า (สับขั้นแรก)
2ICi^inrush≈Qc2Ssc
- K5Discharge resistorตัวต้านทานคายประจุ (≤ 75 V ใน t วินาที)
R≤Cln(UR2UN)tUR=75 V, t=180 s
- T1PF at maximum demandPF ที่ความต้องการสูงสุด
PFmd=Pmax2+Qmax2Pmax
- T2Thai PF chargeค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ (กฟภ./กฟน.)
CPF=max(0, Qmax−0.6197Pmax)×56.07 ฿/เดือน
- T3Origin of 61.97 %ที่มาของ 61.97 %
tan(cos−10.85)=0.851−0.852=0.6197
- T4Bank size from the billขนาดตู้จากบิล
Qc=Qmax−Pmaxtanφtarget
- T5Simple paybackระยะคืนทุนอย่างง่าย
คืนทุน (เดือน)=CPF+ΔElossrenergyราคาตู้ΔEloss≈Eloss[1−(PF2PF1)2]
- H1RMS current and THDกระแส rms และ THD
Irms=h=1∑∞Ih2=I11+THDI2THDI=I1∑h≥2Ih2
- H2True power factorเพาเวอร์แฟกเตอร์จริง (แรงดันเป็นไซน์)
PF=VIrmsP=DPFcosφ1×DFIrmsI1=1+THDI2cosφ1
- H3Power components with distortionกำลังเมื่อมีฮาร์มอนิก
S2=P2+Q12+D2D=Vh≥2∑Ih2=VI1THDI
- H4Best PF reachable with capacitors onlyPF สูงสุดที่คาปาซิเตอร์ทำได้
PFmax=DF=1+THDI21THD 100%⇒0.707
- H8Neutral current from triplen harmonicsกระแสนิวทรัลจากฮาร์มอนิกลำดับ 3 6 9
IN≈3I32+I92+⋯ (โหลดเฟสเดียวสมดุลสามเฟส)
- H5Parallel resonance orderอันดับเรโซแนนซ์ขนาน
hr=QcSsc≈Qc(%ZT/100)STfr=hrf1
- H6Detuned tuning frequencyความถี่จูนของตู้ detuned
p=XCXLftune=pf1p=7%⇒189 Hz (h=3.78), p=14%⇒134 Hz (h=2.67)
- H7Capacitor voltage in a detuned branchแรงดันคร่อมคาปาซิเตอร์
UC=1−pUNQbranch=1−pQC,rated(UC,ratedUN)2
- M1What a wattmeter measuresสิ่งที่วัตต์มิเตอร์วัด
W=T1∫0Tv(t)i(t)dt=VIcos(∠V−∠I) (ไซน์)
- M2PF from measurementsPF จากค่าที่วัดได้
PF=VrmsIrmsP(1φ)PF3φ=Sa+Sb+ScPa+Pb+Pc (แบบเลขคณิต)
- M3Total powerกำลังรวม (ใช้ได้เสมอในระบบ 3 สาย)
P=W1+W2W1=VLILcos(30∘−φ), W2=VLILcos(30∘+φ)
- M4Reactive power (balanced)กำลังรีแอกทีฟ (โหลดสมดุล)
Q=3(W1−W2)
- M5Power factor (balanced)เพาเวอร์แฟกเตอร์ (โหลดสมดุล)
tanφ=W1+W23(W1−W2)PF=cos[tan−1W1+W23(W1−W2)]
- M6Average power factorPF เฉลี่ยจากพลังงาน
PF=EkWh2+Ekvarh2EkWh
ไม่พบสูตรที่ตรงกัน ลองพิมพ์คำอื่น หรือใช้ภาษาอังกฤษ เช่น inverse, determinant, eigenvalue
มาตรฐานและแหล่งอ้างอิง
- IEEE Std 1459-2010 นิยามกำลังภายใต้สภาวะไซน์ ไม่ไซน์ สมดุล และไม่สมดุล
- IEC 60831-1/-2 (คาปาซิเตอร์แรงต่ำแบบ self-healing), IEC 61921 (ตู้คาปาซิเตอร์แรงต่ำ), IEC 60947-4-1 (คอนแทกเตอร์ AC-6b)
- IEEE Std 18 และ IEEE Std 1036 (คาปาซิเตอร์แบบขนานและการใช้งาน)
- อัตราค่าไฟฟ้าของ กฟภ./กฟน. — ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ 56.07 บาท ต่อ kvar ที่เกิน 61.97 % ของความต้องการพลังไฟฟ้าสูงสุด (ตรวจอัตราปัจจุบัน)
- J. C. Das, Power System Harmonics and Passive Filter Designs, Wiley-IEEE — เรโซแนนซ์และตู้ detuned
คำถามที่พบบ่อย
เพาเวอร์แฟกเตอร์คืออะไรแบบเข้าใจง่ายที่สุด?
คือสัดส่วนของไฟฟ้าที่ทำงานจริง (kW) เทียบกับไฟฟ้าทั้งหมดที่สายไฟต้องส่ง (kVA) เหมือนเบียร์หนึ่งแก้ว ส่วนที่ดื่มได้คือเนื้อเบียร์ (kW) ส่วนฟองคือกำลังรีแอกทีฟ (kvar) แก้วทั้งใบคือ kVA แก้วที่มีฟองมาก ต้องใช้แก้วใหญ่ขึ้นเพื่อได้เบียร์เท่าเดิม PF = 1 คือไม่มีฟองเลย
PF ต่ำเสียหายอย่างไร?
กระแสในสายสูงขึ้นทั้งที่งานเท่าเดิม ทำให้สายร้อนและสูญเสียพลังงานตาม 1/PF² แรงดันตกมากขึ้น หม้อแปลงและสายต้องใหญ่ขึ้น และผู้ใช้ไฟประเภทกิจการขนาดกลางขึ้นไปจะเสียค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์เมื่อ kvar เกิน 61.97 % ของ kW ความต้องการสูงสุด (ต่ำกว่า PF 0.85)
บ้านพักอาศัยต้องแก้ PF ไหม?
โดยทั่วไปไม่ต้อง ผู้ใช้ไฟบ้านเสียค่าไฟตาม kWh ไม่มีค่าปรับ kvar และเครื่องใช้ไฟฟ้าสมัยใหม่ เช่น แอร์อินเวอร์เตอร์และเครื่องชาร์จรถ มีวงจร PFC อยู่แล้ว อุปกรณ์ที่โฆษณาว่าเสียบปลั๊กแล้วลดค่าไฟบ้านด้วยการแก้ PF จึงไม่ช่วยลดค่าไฟจริง
มีเครื่องมือทดลองเพาเวอร์แฟกเตอร์ไหม?
มีซิมูเลเตอร์ที่เลือกโหลดจริง เช่น มอเตอร์ ฮีตเตอร์ หลอดบัลลาสต์ คอมพิวเตอร์ แล้วเปิดคาปาซิเตอร์ทีละขั้น เห็นรูปคลื่น v i p แบบเคลื่อนไหว เฟสเซอร์ สามเหลี่ยมกำลัง มิเตอร์ และความร้อนในสาย และมีตู้คาปาซิเตอร์อัตโนมัติจำลองตลอดวันทำงานของโรงงาน ใช้ได้ฟรีในเบราว์เซอร์
มด
อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ
อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์