Cos. ɸ
Wanneer we door een ohmse weerstand Rohm een wisselstroom Iamp. sturen ontstaat er over de weerstand R een spanning U=IxR volt.
De netstroom en netspanning zijn keurig in fase met elkaar en het opgenomen vermogen P=UxI.
Omdat U en I in dit geval altijd gelijktijdig positief dan wel negatief zijn zal het opgenomen vermogen altijd positief zijn, ongeacht of I dan wel U negatief of positief zijn. (zie fig. 1a)
Bij sommige belastingen bv. spoelen en condensatoren zijn netstroom en netspanning niet meer in fase met elkaar.(zie fig 1b)
Bij een condensator (capacitieve schakeling) loopt de netstroom 90° VÓÓR op de netspanning.
Bij een spoel (inductieve schakeling) loopt de netstroom 90° ACHTER op de netspanning.
Bij een combinatie van ohmse, inductieve en/ of capacitieve schakelingen kan de netstroom zowel vóór als achter lopen op de netspanning en kan de grootte van de hoek alle waarden tussen 0° en 90° zijn. (bij fig. 1b ɸ capacitief)
De “cos. ɸ” is de cosinus van de fasehoek ɸ tussen netspanning/netstroom
Bij zuiver sinusvormige netspanningen en stromen geldt: Cos. ɸ is de verhouding tussen de fasestroom Ifase) en de netstroom (Inet). (IF / IN zie vector diagram fig 2) Power factor (PF) Bij zuiver sinusvormige stromen en spanningen is er geen verschil tussen Cos. ɸ en PF (powerfactor). PF = werkelijk vermogen /schijnbare vermogen PF = PW / PS PF = PW / (UNet x INet) Blindstroom Wanneer de stroom en spanning niet meer in fase zijn zal het opgenomen vermogen niet altijd positief zijn zoals bij de ohmse weerstand P=UxI. (fig. 3a) De blindstroom (IBL) is derhalve de stroom die 90° vóór (capacitief) of 90° achter (inductief) loopt op de netspanning. De blindstroom staat in het vectordiagram loodrecht op de netspanning en heeft geen component die in fase is met de netspanning en levert geen reëel vermogen. (zie vector diagram fig 4) De vector loodrecht op de netspanning is de blindstroom, de vector in fase met de netspanning is de effectieve of reële stroom welke het reële vermogen Pw levert. De nieuwe electriciteitsmeter EMB consultancy Maart 2017
Echter bij veel gebruikstoestellen zoals bij verlichting, EM ballasten, HF drivers, Led drivers, kunnen naast de fase verschuiving ook nog vervormde netstromen ontstaan.
Deze netstromen zijn dan opgebouwd uit een som van sinussen met een hogere frequentie dan de grondgolf van 50Hz.
Dit zijn wat we onderkennen als de hogere harmonischen, 2e, 3e, 4e etc. De 2e harmonische heeft een frequentie van 2x50Hz=100Hz, de 3e harmonische 3x50Hz=150Hz enz.
Omdat elk van deze harmonische stromen weer een “eigen” fasehoek met de netspanning heeft kunnen we niet meer volstaan met het benoemen van één cos. ɸ maar gebruiken we de powerfactor PF. (zie fig 4)
Bij een uit fase zijnde stroom en spanning kan het opgenomen vermogen zowel positief: Upositief x Ipositief = Ppositief zijn, als ook negatief, Upositief x Inegatief = Pnegatief. Wanneer het vermogen negatief is betekent dit dat vermogen wordt terug geleverd aan de bron.(zie fig. 3b)
Wanneer stroom en spanning 90° uit fase zijn betekent dit dat evenveel energie wordt teruggevoerd (-/-VA) naar de bron als wordt opgenomen. (+VA) (zie fig 3b)
We kunnen de uit fase zijnde netstroom met de netspanning ontbinden in twee vectoren. Eén loodrecht (90°) vóórlopend (capacitief) op de netspanning en één in fase met de netspanning.
Echter door het heen en terug leveren van vermogen van en naar de bron loopt deze blindstroom wel door de netkabels. (fig 3b)
Omdat deze netkabels een ohmse weerstand (R) hebben veroorzaken ze dus wel leidingverliezen, (I2BL x R) dit vermogen wordt het blindvermogen PBL genoemd.
Deze leidingverliezen worden door de energiemeter bij de gebruiker niet geregistreerd en er wordt dus ook niet voor betaald.(zie opm. nieuwe elektriciteitsmeter)
Deze hoge blindstromen stellen ook hogere eisen aan de toevoerleidingen waardoor ook de netbeheerder extra kosten (zwaardere leidingen) moet maken om de hoge blindstromen te kunnen transporteren. De toevoerleidingen moeten zijn berekend op het schijnbare vermogen IN x UN
De gebruiker betaalt alleen voor de het vermogen gegenereerd door de stroom welke in fase is met de netspanning,(IF x UN). Dit vermogen wordt het werkelijke vermogen (PW) genoemd.
De vectoriële som van blindvermogen en werkelijk vermogen wordt het schijnbare vermogen (PS) genoemd, (zie vector diagram fig. 4).
PS2 = PBL2 + PW2
Wanneer de powerfactor niet aan de eisen van het elektriciteitsbedrijf voldoet wordt er dus voor de blindstroom leidingverliezen van de bron naar de gebruiker niet of te weinig betaald.
Niet elke afnemer zal voldoen aan de min eis van PF > 0,85.
In de praktijk is het voor het elektriciteitsbedrijf lastig zo niet onmogelijk om alle afnemers te controleren op PF > 0,85.
Maar let op, met de nieuwe elektronische energiemeters kan het elektriciteitsbedrijf de PF en het werkelijk gebruikte blindvermogen op afstand digitaal uitlezen, en zal het de blindvermogen kosten in de toekomst waarschijnlijk dan ook in rekening gaan brengen.