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

مدارات-اصلاح-ضریب-توان

مدارات-اصلاح-ضریب-توان


همانطور که پیشتر در بخش اول در سایت ایران پاور صحبت کردیم اصلاح ضریب توان از نقطه نظرات مختلفی در صنعت برق حائز اهمیت است. (در صورتی که بخش قبلی را مطالعه کردید بر روی اینجا کلیک کنید.)

از عوامل دیگر اهمیت دار در زمینه ی اصلاح ضریب توان میتوان به تلفات بیشتر تجهیزات خط انتقال اشاره کرد. به طور کلی تمامی تجهیزات انتقال در فرکانس های بالاتر تلفات انرژی بیشتری به صورت گرما دارند.اگر فرکانس های بالاتری وجود داشته باشد در باری که مستقیم به نیروگاه تولید متصل شده است میتواند خود را به صورت ارتعاشات مخرب منجر به سایش بیش از حد اجزایی مانند یاتاقان ها آشکار کند.

اعوجاج جریان میتواند سبب خارج شدن جریان های خط نول شبکه خط انتقال سه فاز از حالت بالانس بودنشان شده که در نتیجه ی آن ولتاژ نقطه ی نول از ولتاژ زمین فاصله میگیرد و موجب ایجاد مشکلات بسیاری میشود.

استاندارد ها :

تلاش های اولیه برای قانونی کردن موضوع اصلاح ضریب توان به بیش از 100 سال گذشته برمیگردد.در سال 1899، به منظور جلوگیری از روشن و خاموش شدن های مکرر لامپ ها اولین تلاش ها صورت گرفت.اما قانون اصلی آن در سال 1978 به شکل دقیق تر در IEC 555-2 تدوین شد که در آن نیاز به تصحیح ضریب توان در محصولات مصرفی گنجانیده شده است.
 

امروزه قوانین سختگیرانه تری در سراسر جهان به تصویب رسیده است.به عنوان مثال ، در حال حاضر اتحادیه اروپا قانونی با استاندارد EN61000-3-2 را برای تجهیزاتی که توانی بین 75 -600 وات را تغذیه میکنند وضع کرده است .در این قانون بر روی تمامی مراتب هارمونیکی تا هارمونیک 39ام برای جریان های هر فاز برابر با 16 آمپر یا کمتر محدودیت دامنه قرار داده شده است.این قانون به چهار بخش مختلف A,B,C (وسایل و تجهیزات عمومی و روشنایی) و سخت گیرترین بخش D (برای تجهیزات کامپیوتری و تلوزیون ها) تقسیم شده است.مقررات مشابهی در چین ، ژاپن و استرالیا به اجرا در آمده است.
 

منابع تغذیه :

منابع تغذیه به صورت کلی دو نوع مختلف شامل میشوند.منابع تغذیه خطی و منابع تغذیه سوئیچینگ. هنگامی که از منابع تغذیه با رگولاسیون خطی که بیشتر تجهیزات الکترونیکی را تغذیه میکنند برای اتصال به شبکه استفاده کنیم اغلب ضریب توان کمتر از ایده آل خواهد بود. در این نوع از منابع تغذیه به طور کلی در ابتدا یک ترانسفورماتور وجود داشته که متصل به یکسوساز پل دیودی است.در شکل زیر میتوانید کلیت منابع تغذیه خطی را مشاهده کنید . هدایت از طریق یکسوساز هنگامی صورت میگیرد که ولتاژ DC خط خروجی ازولتاژ لحظه ای AC کمتر شود که این عملکرد میتواند سیکل کاملی برای تغذیه بار خروجی را تامین کند.

منابع تغذیه خطی

منابع تغذیه خطی

 

منابع تغذیه سوئیچینگ میتوانند این شرایط را به مراتب بدتر کنند(درصورت عدم پیاده سازی اصلاح ضریب توان در آن ها) .بخش های زیادی از این منبع تغذیه مانند منبع تغذیه خطی است مانند وجود ترانسفورماتور ،یکسوساز و خازن اما در بخش خروجی آن ها یک یا چند المان سوئیچ زنی (انواع سوئیچ های الکترونیک قدرت مانند ماسفت ،IGBT ،ترانزیستور دوقطبی و …) وجود دارد.درصورت عدم جلوگیری و کنترل بهینه ،یکسوساز ورودی جریانی با شکل موج ضعیف را از شبکه کشیده و المان های سوئیچ زنی با فرکانس بالا سبب بدتر شدن جریان کشیده شده از شبکه میشود.

منبع تغذیه سوئیچینگ

منبع تغذیه سوئیچینگ

این نوع از منبع تغذیه نه تنها باعث میشود حداکثر جریان کشیده شده از شبکه همزمان با حداکثر ولتاژ شبکه نباشد ،بلکه سبب تولید مولفه های هارمونیکی ناشی از سوئیچ زنی شده و اعوجاج شکل موج جریان کشیده شده از شبکه را بدتر میکند.ظهور این نوع از منابع تغذیه برای اولین بار،  با گسترش قوانین اصلاح ضریب توان برای تجهیزات مهم مانند کامپیوترها ،تجهیزات IT و … مصادف شد.

 

اصلاح ضریب توان :

راه حل خلاص شدن از هارمونیک های اضافی که جریان کشیده شده از منبع را غیرسینوسی میکند استفاده از روش تصحیح ضریب توان یا (Power Factor Correction (PFC است.شکل زیر مثالی از اصلاح ضریب توان را نشان میدهد که در آن اعوجاج هارمونیکی جریان کشیده شده از شبکه کاهش یافته و توان راکتیو دریافتی را نیز به مقدار محسوسی کاهش میدهد.

نموداری که اثر اصلاح ضریب توان را نشان میدهد.

نموداری که اثر اصلاح ضریب توان را نشان میدهد.

به طور کلی دو روش برای اصلاح ضریب توان وجود دارد. پسیو و اکتیو (شکل زیر)

نمونه هایی از مدارات اصلاح ضریب توان . a.مدار اصلاح ضریب توان پسیو b.مدار اصلاح ضریب توان اکتیو

نمونه هایی از مدارات اصلاح ضریب توان . a.مدار اصلاح ضریب توان پسیو b.مدار اصلاح ضریب توان اکتیو

اصلاح ضریب توان به روش پسیو در فرم فیلترینگ میتواند موثر باشد اما دارای محدودیت هاییست و میتواند هارمونیک های مرتبه بالای جریان را کاهش دهد که این موضوع سبب بهبود ضریب توان خواهد شد.مثالی از این تکنیک قرار دادن یک فیلتر پایین گذر در ورودی منابع تغذیه است تا هارمونیک های مرتبه بالاتر را حذف کرده و سپس مشخصه های پیش فاز/پس فاز بودن آن را مطابق دلخواه جبران کند. از معایب عمده فیلتر های پسیو برای اصلاح ضریب توان بسیار بزرگ هستند (هم از نظر ابعاد هم از نظر مقدار عددی سلف ها یا خازن های درون آن ها) . علاوه بر آن در برای پیاده سازی آن ها محدودیت هایی برای دامنه ورودی و رنج توانی وجود دارد.مدارات پسیو معمولا میتوانند ضریب توان را تا مقداری با حدود 0.7 -0.75 بهبود دهند.

همچنین بخوانید : فیلتر اکتیو موازی چیست؟چطور با آن میتوان هزینه برق مصرفی را کم کرد؟

فیلم شبیه سازی فیلتر اکتیو موازی در آپارات 

با ظهور و رشد سریع سوئیچ های نیمه هادی که قابلیت سوئیچ زنی در ولتاژ و جریان بالا را دارند امروزه میتوان ضریب توان را تا حدود 0.99 نیز رساند.اصلاح ضریب توان فعال (فیلتر اکتیو) طرحی است که امروزه در بسیاری تجهیزات استفاده گسترده ای دارند.رگولاتور موجود در این طرح نه تنها میتواند ولتاژ DC مورد نیاز برای مبدل را ثابت نگه دارد ، بلکه میتواند سبب شود جریان کشیده شده از شبکه هر فاز با ولتاژ AC شبکه هم فاز باشد.از تنها معایب این طرح میتوان به تلفات سوئیچ زنی اشاره کرد که در سوئیچ های نیمه هادی به گرما تبدیل میشود که این موضوع نیز میتواند تا حد زیادی با کاهش  فرکانس سوئیچ زنی به مقدار بهینه جبران شود.

 

مباحث پایه ای برق

power factorاصلاح ضریب توانپاور فکتورضریب توانفیلتر اکتیوفیلتر پسیو

دیدگاهتان را بنویسید