พิมพ์คำที่ต้องการค้นหา ทั้งภาษาไทยและอังกฤษ
  1. หน้าแรก
  2. คลังความรู้
  3. เพาเวอร์แฟกเตอร์
  4. PF คืออะไร

// บทที่ 19.1 · เพาเวอร์แฟกเตอร์ · What Is Power Factor?

เพาเวอร์แฟกเตอร์คืออะไร: ภาพเปรียบเทียบ สามเหลี่ยมกำลัง P Q S, cos φ, ตามหลังกับนำหน้า

เริ่มจากสิ่งที่จับต้องได้ก่อน แล้วค่อยแปลงเป็นตัวเลขและสมการ ถ้าอ่านจบหน้านี้ คุณจะอธิบายให้คนที่ไม่เคยเรียนไฟฟ้าฟังได้ว่า PF คืออะไร และคำนวณกระแสของโหลดที่ PF ต่ำได้

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต
ภาพเปรียบเทียบ สามเหลี่ยมกำลัง R L C PF ของเครื่องใช้ PF ต่ำเสียอะไร
สรุปใน 30 วินาที
  • P = งานจริง (kW) · Q = ส่วนที่วิ่งไปกลับ (kvar) · S = ภาระของสาย (kVA)
  • PF = P/S ยิ่งใกล้ 1 ยิ่งดี · มอเตอร์โหลดเบามี PF ต่ำ
  • กระแส = S/V → PF ต่ำ กระแสสูงเพื่อทำงานเท่าเดิม
  • การสูญเสียในสาย ∝ I² ∝ 1/PF²

ระดับ 1: สามภาพเปรียบเทียบ พื้นฐาน

🍺 แก้วเบียร์

เบียร์ = P · ฟอง = Q · แก้ว = S

คุณจ่ายเงินซื้อทั้งแก้ว แต่ดื่มได้แค่เบียร์ ฟองยิ่งเยอะ ต้องใช้แก้วใหญ่ขึ้นเพื่อได้เบียร์เท่าเดิม PF = เบียร์ ÷ แก้ว (ภาพนี้ไม่สมบูรณ์ตรงที่ S² = P² + Q² ไม่ใช่ S = P + Q)

🐴 ม้าลากเรือริมคลอง

เชือกเฉียง = S · แรงไปข้างหน้า = P

ม้าเดินบนตลิ่ง เชือกจึงเฉียงเป็นมุม φ แรงดึงทั้งหมดในเชือกคือ S ส่วนที่ทำให้เรือเคลื่อนไปข้างหน้าคือ S cos φ = P ส่วนที่ดึงเข้าตลิ่งคือ Q ไม่ได้งาน แต่เชือกต้องทน มุมยิ่งกว้าง ยิ่งเปลืองแรงเชือก

🛝 ชิงช้า

Q = พลังงานที่โยนไปมา

คนที่ผลักชิงช้าผิดจังหวะ บางช่วงผลัก บางช่วงถูกชิงช้าดันกลับ พลังงานจึงวิ่งไปกลับ มอเตอร์ก็เช่นกัน ทุกครึ่งรอบมันเก็บพลังงานในสนามแม่เหล็กแล้วคืนกลับ — ดูได้จริงในซิมูเลเตอร์ด้านล่าง

ระดับ 2: สามเหลี่ยมกำลัง พื้นฐาน

φ P = กำลังจริง (kW) Q = กำลังรีแอกทีฟ (kvar) S = กำลังปรากฏ (kVA)
สามเหลี่ยมมุมฉาก: ด้านประชิดมุม φ คือ P ด้านตรงข้ามคือ Q ด้านตรงข้ามมุมฉากคือ S

B1 Power triangle สามเหลี่ยมกำลัง

S2=P2+Q2S=P2+Q2S^2 = P^2 + Q^2 \qquad S = \sqrt{P^2 + Q^2}

B2 Power factor เพาเวอร์แฟกเตอร์

PF=PS=cos⁡φ(กระแสเป็นไซน์)0≤PF≤1PF = \frac{P}{S} = \cos\varphi \quad (\text{กระแสเป็นไซน์}) \qquad 0 \le PF \le 1

B3 Reactive power from P and PF หา Q จาก P และ PF

Q=Ptan⁡φ=P 1−PF2PFQ = P\tan\varphi = P\,\frac{\sqrt{1 - PF^2}}{PF}

B4 Current from apparent power กระแสจากกำลังปรากฏ

I1φ=SV=PV⋅PFI3φ=S3 VL=P3 VL⋅PFI_{1\varphi} = \frac{S}{V} = \frac{P}{V\cdot PF} \qquad I_{3\varphi} = \frac{S}{\sqrt3\,V_L} = \frac{P}{\sqrt3\,V_L\cdot PF}
ตัวอย่าง B-1

ฮีตเตอร์ 2 kW กับมอเตอร์ปั๊ม 2.85 kW PF 0.824 ที่ 230 V

  1. ฮีตเตอร์ PF = 1: B4 I=2000/230=8.70I = 2000/230 = 8.70 A

  2. มอเตอร์: B2 S=2.85/0.824=3.46S = 2.85/0.824 = 3.46 kVA · B3 Q=3.462−2.852=1.96Q = \sqrt{3.46^2 - 2.85^2} = 1.96 kvar · B4 I=3460/230=15.0I = 3460/230 = 15.0 A

  3. ถ้ามอเตอร์มี PF = 1 กระแสจะเหลือ 2850/230=12.42850/230 = 12.4 A — PF 0.824 ทำให้กระแสเกินจำเป็น 2.6 A (21 %)

ตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุ พื้นฐาน

โหลดกระแสเทียบแรงดันPQPFตัวอย่าง
ตัวต้านทาน Rตรงเฟส (φ = 0°)+01ฮีตเตอร์ กาต้มน้ำ หลอดไส้
ตัวเหนี่ยวนำ Lตามหลัง 90°0+ (ดูด Q)0 ตามหลังขดลวดล้วน (ในอุดมคติ)
ตัวเก็บประจุ Cนำหน้า 90°0− (จ่าย Q)0 นำหน้าคาปาซิเตอร์แก้ PF
R + Lตามหลัง 0–90°++0–1 ตามหลังมอเตอร์ หม้อแปลง บัลลาสต์
R + Cนำหน้า 0–90°+−0–1 นำหน้าชดเชยเกิน SMPS บางแบบโหลดเบา

B5 Sign convention เครื่องหมายของ Q

QL=+I2XL (ตามหลัง, ดูด Q)QC=−I2∣XC∣ (นำหน้า, จ่าย Q)Qnet=QL+QCQ_L = +I^2X_L\ (\text{ตามหลัง, ดูด Q}) \qquad Q_C = -I^2|X_C|\ (\text{นำหน้า, จ่าย Q}) \qquad Q_{net} = Q_L + Q_C

เพราะ Q ของ L กับ C มีเครื่องหมายตรงข้าม คาปาซิเตอร์จึง “หักล้าง” Q ของมอเตอร์ได้ — นี่คือหลักการแก้ PF ทั้งหมดในหนึ่งบรรทัด

PF ของเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไป พื้นฐาน

อุปกรณ์PF โดยประมาณหมายเหตุ
ฮีตเตอร์ กาต้ม หม้อหุงข้าว1.0
มอเตอร์เหนี่ยวนำ โหลดเต็ม0.80–0.90มอเตอร์ใหญ่ PF ดีกว่ามอเตอร์เล็ก
มอเตอร์เหนี่ยวนำ โหลด 25 %0.45–0.65กระแสแม่เหล็กเกือบคงที่แม้โหลดน้อย
มอเตอร์ไม่มีโหลด0.1–0.3
หลอดฟลูออเรสเซนต์ บัลลาสต์แกนเหล็ก0.45–0.55หลอดที่มีคาปาซิเตอร์ชดเชย ≈ 0.9
LED / คอมพิวเตอร์ ไม่มี PFC0.5–0.7cos φ ≈ 0.95–1 แต่ฮาร์มอนิกสูง (อ่านเหตุผล)
แอร์อินเวอร์เตอร์ เครื่องชาร์จรถ (มี PFC)0.95–0.99
เครื่องเชื่อมไฟฟ้าหม้อแปลง0.3–0.6

PF ต่ำเสียอะไร กลาง

B6 Line losses vs PF การสูญเสียในสายเทียบ PF (P เท่าเดิม)

Ploss(PF1)Ploss(PF2)=(PF2PF1)2\frac{P_{loss}(PF_1)}{P_{loss}(PF_2)} = \left(\frac{PF_2}{PF_1}\right)^2

B7 Usable real power of a transformer กำลังจริงที่หม้อแปลงจ่ายได้

Pmax=Srated×PFP_{max} = S_{rated}\times PF
ตัวอย่าง B-2

โรงงาน 100 kW 400 V 3 เฟส PF 0.75

  1. B2 B3: S=133.3S = 133.3 kVA · Q=100tan⁡(cos⁡−10.75)=88.2Q = 100\tan(\cos^{-1}0.75) = 88.2 kvar

  2. B4: I=133,300/(3×400)=192.5I = 133{,}300/(\sqrt3 \times 400) = 192.5 A · ถ้า PF = 0.95: 151.9 A · PF = 1: 144.3 A

  3. B6: สายเดิมร้อนกว่าที่ PF 0.95 อยู่ (0.95/0.75)2=1.60(0.95/0.75)^2 = 1.60 เท่า

  4. B7: หม้อแปลง 160 kVA ที่ PF 0.75 จ่ายได้ 120 kW ถ้าแก้เป็น 0.95 จ่ายได้ 152 kW — รับโหลดเพิ่มได้โดยไม่เปลี่ยนหม้อแปลง

  5. ถ้าเป็นผู้ใช้ไฟประเภทกิจการขนาดกลางขึ้นไป kvar ที่เกิน 0.6197×100=620.6197 \times 100 = 62 kvar ถูกคิดเงิน → (88.2−62)×56.07=1,470(88.2 - 62)\times 56.07 = 1{,}470 ฿/เดือน (อ่านเรื่องค่าปรับ)

ทดลองในซิมูเลเตอร์

เพิ่มฮีตเตอร์ 1 ตัว แล้วเพิ่มมอเตอร์ 1 ตัว แล้วลดโหลดมอเตอร์เหลือ 25 % สังเกตเข็ม PF และความยาวด้าน Q ของสามเหลี่ยม

คำถามที่พบบ่อย

kW kvar kVA ต่างกันอย่างไร?

kW (กำลังจริง P) คือกำลังที่เปลี่ยนเป็นงาน ความร้อน แสง หรือแรงบิด kvar (กำลังรีแอกทีฟ Q) คือกำลังที่วิ่งไปกลับระหว่างแหล่งจ่ายกับสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าในโหลด kVA (กำลังปรากฏ S) คือแรงดันคูณกระแส เป็นภาระที่สาย หม้อแปลง และเครื่องกำเนิดต้องรองรับ ทั้งสามสัมพันธ์กันแบบสามเหลี่ยมมุมฉาก S² = P² + Q²

PF ตามหลัง (lagging) กับนำหน้า (leading) ต่างกันอย่างไร?

ตามหลังคือกระแสถึงจุดสูงสุดหลังแรงดัน เกิดจากโหลดที่มีขดลวด เช่น มอเตอร์ หม้อแปลง บัลลาสต์แกนเหล็ก นำหน้าคือกระแสถึงจุดสูงสุดก่อนแรงดัน เกิดจากตัวเก็บประจุ เช่น คาปาซิเตอร์แก้ PF ที่ใส่มากเกินไป หรือสายเคเบิลยาวที่ไม่มีโหลด