ضریب توان چیست و چرا اصلاح ضریب توان انجام میدهیم؟بخش اول

مقدمه :

 به طور کلی امروزه مهندسان طراحی باید برای هر تجهیزی که توان قابل ملاحظه ای مصرف میکنند ضریب توان را در نظر داشته باشند.دستیابی به ضریب توان مطلوب نیازمند آگاهی از قانونگذاری های ضریب توان ،قیمت تجهیزات ،راندمان مورد نیاز و محدودیت های فیزیکی محصول است.

ضریب توان یا پاور فکتور (power factor,PF) به صورت ساده به نسبت بین توان اکتیو(P) انتقال یافته به بار و توان ظاهری(S) تعریف میشود . PF=P/S .این عبارت یک شکل موج شبه سینوسی است و بنابراین دارای عددی بین 0 و 1 است.

توان اکتیو اندازه گیری شده در واحد وات (W) و توان ظاهری در واحد ولت آمپر (VA) میباشند.برای یک بار اهمی خالص(مانند لامپ‌های رشته‌ای، بخاری‌های برقی، اجاق‌های برقی و …) ، هر دو مقدار توان اکتیو و توان ظاهری بایکدیگر برابر هستند و ضریب توان برابر یک است .در حالی که در مدارهایی که دارای بارهای راکتیو هستند (مانند خازن‌ها، موتورها، ترانسفورماتورها و…) ضریب توان کمتر از یک است. ضریب توان صفر در یک مدار بدین معناست که تمام بار مدار به صورت راکتیو است و در هر سیکل انرژی ذخیره شده در بار به منبع باز می‌گردد در حالیکه زمانیکه ضریب توان ۱ است تمام انرژی فرستاده شده به وسیله منبع در بار مصرف می‌شود. ضریب توان یک بار با توجه به جهت زاویه بین جریان و ولتاژ می‌تواند پیش‌فاز یا پس‌فاز باشد. برای نشان دادن جهت این زاویه از علامت منفی یا مثبت نیز استفاده می‌شود.

همچنین بخوانید : ردیابی حداکثر نفطه توان MPPT در سلول های خورشیدی چیست؟

برای دستیابی به مقدار توان اکتیو انتقال یافته به بار کافیست حاصل ضرب ولتاژ و جریان لحظه ای در طول یک دوره تناوب سینوسی محاسبه شود.هنگامی که جریان نسبت به ولتاژ عقب تر یا جلوتر قرار میگیرد حاصل این انتگرال همواره برابر مقداری کمتر از حالتیست که بار اهمی بوده و ولتاژ و جریان هم فاز هستند.این نشان دهنده ویژگی سلف یا خازن برای فعالیت به عنوان یک ذخیره انرژی است. در نقاط مختلف از چرخه AC ، مؤلفه راکتیو یا انرژی را ذخیره می کند ، یا آن را به سیستم باز می گرداند.

همانطور که در شکل 1 قابل مشاهده است ، توان ظاهری برداریست برابر با مجموع توان اکتیو و توان راکتیو که برحسب ولت آمپر بیان میشود.

P = S cosƟ      یا        P²+Q²=S²    

تعریف بالا برای حالت های سینوسی خالص صادق بوده و  در حالت های شکل موج های غیرسینوسی پیچیده تر است اما میتوان با استفاده از سری های هارمونیک های سینوسی همچنان از رابطه ی بالا استفاده کرد.

همچنین بخوانید : درایو موتورهای DC ،چگونگی و پیاده سازی

نکات مهم  در رابطه با اهمیت ضریب توان :

در بحث اصلاح ضریب توان بحث مالی بحث بسیار مهمیست .تمامی مشتریان انتظار دارند تجهیز خریداری شده توسط آن ها سبب شود تا آن ها فقط بابت توان کاری مصرف شده (اکتیو) پول داده و برای توان غیر کاری پول دیگری نپردازند.بنابراین تجهیزات الکتریکی باید بتوانند در  هر زمان لحظه رسیدن به حداکثر ولتاژ و جریان را با یکدیگر یکسان کنند. به هر میزان ضریب توان یا پاور فکتور کمتر از یک شود به معنی افزایش هزینه ها برای مصرف کننده است.

بجز مورد بالا اثرات مهم دیگری نیز وجود دارد که باعث میشود تولید کنندگان برق نیز بار با ضریب توان بالاتر را بیشتر ترجیح دهند.نیروگاه هایی که از انواع ماشین ها و محرکه های الکتریکی برای تولید برق استفاده میکنند مدیریت کردنشان برای ماندن در حالت پایدار در هنگامی که باری با ضریب توان کم تغذیه میکنند بسیار سخت تر بوده و میتواند سبب افزایش تصادفی اگرما و اضافه بار برای ترانسفورماتورها و تجهیزات انتقال موجود در شبکه تولید شوند. همچنین پایداری شبکه در هنگامی که بارهای با ضریب توان پایین به صورت دائمی در آن وجود دارد بسیار سخت تر است.

همچنین بخوانید :چرا در صنعت ترانسفورماتور خشک بسیار گرانتر از نوع روغنی است؟