ضریب توان چیست ؟
ضریب توان، ضریب قدرت یا کسینوس فی در ماشین های الکتریکی دوار، نسبت توان اکتیو یا توان حقیقی به توان ظاهری است.
در ماشین های الکتریکی، سه نوع توان، شامل توان ظاهری (S)، توان اکتیو (P) و توان راکتیو (Q) تعریف می شود. توان اکتیو همان توان حقیقی و توان بارهای مقاومتی است که با واحد وات W نشان داده می شوند. توان راکتیو یک توان فرضی است که برای مقایسه قدرت سلف ها و خازن ها تعریف می شود. و توان ظاهری جمع برداری توان اکیتو و راکتیو است. اگر توان راکتیو خازن بیشتر شود، انرژی لازم برای شارژ و دشارژ آن بیشتر می شود ولی در نهایت آن را مصرف نمی کند. این توان با واحد KVAR معرفی می شود.
مفهوم برداری توان ظاهری و توان راکتیو و تعریف پیش فاز و پس فاز در الکتروموتور
یک مدار با بار مقاومتی دارای شکل موج جریان و ولتاژ هم فاز است، اما در مداری با بار راکتیو (خازنی یا سلفی)، سلف و خازن توان مصرف نمی کنند اما ظرفیت شبکه را اشغال می کنند، چون جریان می کشند. خازن جریان پیش فاز می کشد یعنی جریان پس فاز ( برای سلف ) تولید می کند. سلف جریان پس فاز را مصرف می کند. در شکل موج بار خازنی جریان نسبت به ولتاژ پیش فاز است. در الکتروموتورها که ترکیبی از بارهای مقاومتی و راکتیو هستند، ترکیب مؤلفه های توان اکتیو و توان راکتیو بعنوان توان کل یا توان ظاهری معرفی می شود و با کیلو ولت آمپر (KVA) نشان داده می شود.
بین ولتاژ و جریان اختلاف فاز ایجاد می شود و در اصل هر دو ، پارامتری برداری هستند. با توجه به اینکه توان حاصل ضرب ولتاژ در جریان است، پس توان هم یک پارامتر برداری است. اگر زاویۀ بین ولتاژ و جریان مصرف کننده کمتر شود ( ضریب توان افزایش یابد )، مقدار توان اکتیو مصرفی به توان ظاهری نزدیک شده و لذا مقدار توان راکتیو مصرفی کاهش می‌یابد. یکی از روش های اصلاح این زاویه استفاده از بانک خازنی است.
روش اصلاح کسینوس فی یا پاور فکتور در الکتروموتور
اصلاح کسینوس فی ، تکنیکی برای کم کردن آثار منفی بارهای راکتیو در یک شبکه با برق متناوب است. اما همان طور که گفته شد بار مصرفی نیاز به توان راکتیو دارد. لذا توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده از راهی غیر از شبکه باید تأمین شود. چرا که افزایش توان راکتیو تولیدی در نیروگاه ها، جریان تحریک ژنراتور را افزایش می دهد که با محدودیت های دینامیکی رو به رو می‌شود.
در الکتروموتورها مقدار پاور فکتور معمولاً عددی بین صفر تا یک است، که مقادیر نزدیک به یک مقادیر مطلوب محسوب می شوند.
کاهش ضریب قدرت، افزایش تلفات را در الکتروموتور به دنبال دارد. توان از دست رفته در ضریب توان کمتر از یک نشان دهنده توان راکتیو است. توان راکتیو، افزایش اضافه بار و افزایش هزینه برق را به دنبال دارد. بارهای سلفی و هارمونیک ها از مهمترین دلایل کاهش ضریب توان در الکتروموتور می باشد.
در هنگام اصلاح ضریب قدرت به جای این که شبکه جریان سلف ( جریان پس فاز ) را تأمین کند، با استفاده از خازن به طور موازی، جریان مورد نیاز توسط خازن تأمین می شود. خازن جریان پیش فاز مصرف میکند و متعاقبا جریان پس فاز تولید می کند و سلف جریان پس فاز را مصرف می کند که به این عمل اصلاح ضریب توان می گویند.
همانگونه که در تصویر ذیل ملاحظه می فرمایید، زمانی که خازن شارژ می شود، سلف دشارژ می شود و بلعکس. سلف و خازن جریان یکدیگر را تأمین می کنند. شکل مثلث اصلاح ضریب توان ، نشان دهنده مقدار ظرفیت خازنی مورد نیاز برای تغییر زاویه اصلاح ضریب توان و یا به عبارتی زاویه PF از 1 Φ به 2 Φ می باشد.
در شکل زیر تأثیر موازی کردن خازن به منظور اصلاح ضریب توان در جریان کل و بهبود زاویه P.F نمایش داده شده است.
cos Φ2 < cos Φ1
همانگونه که ملاحظه می شود، جریان در خازن متصل به برق متناوب، بر خلاف سلف، ۹۰ درجه تقدم فاز دارد و لذا ضمن خنثی نمودن اثر سلفی مصرف کننده، هیچ گونه توان حقیقی نیز از شبکه دریافت نمی کند. برای وارد کردن خازن ها به اندازه مورد نیاز به مدار، رگولاتور خازنی و کنتاکتور خازنی به کمک ما می آید.
اهمیت اصلاح ضریب توان و جبران سازی ضریب توان در الکتروموتور
به هر میزان که ضریب توان الکتروموتورها افزایش یابد، مقدار جریان عبوری از شبکه ( به ازای توان مصرفی ثابت ) کاهش خواهد یافت که این موضوع باعث کاهش تلفات و کاهش افت ولتاژ و افزایش ظرفیت خطوط، ترانسفورماتورها و … می شود.
اغلب ماشین های الکتریکی از جمله الکتروموتورها و ژنراتورها برای انجام کار مفید نیازمند مقداری توان راکتیو برای مهیا کردن شرایط لازم برای انجام کار هستند. به عنوان مثال، یک الکتروموتور برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، نیازمند تولید شار مغناطیسی در فاصله هوایی موتور است و نمی تواند بدون توان راکتیو، نیروی مکانیکی ایجاد کند.
همچنین سیستم های الکترونیک قدرت، تثبیت کننده های ولتاژ، کوره های القایی و قوس الکتریکی، سیستم های جوشکاری AC و DC، متعادل سازهای بارهای نامتعادل، تجهیزات دارای مشخصه غیرخطی و غیره، نیازمند توان راکتیو هستند. اما این توان سبب اضافه شدن جریان شبکه و در نتیجه افت ولتاژ و همچنین افزایش تلفات توان در مسیر بصورت حرارت می شود.
قطعات مورد استفاده در جبران سازی ضریب توان همراه با خازن
خازن های صنعتی در دو دسته خازن های فشار ضعیف و فشار متوسط قرار می گیرند. خازن های صنعتی فشار ضعیف عبارتند از:
- خازن هایی با ولتاژ کمتر از ۱۰۰۰ ولت
- خازن خشک
- اتصال تک فاز یا سه فاز به صورت اتصال مثلث
خازن های فشار متوسط عبارتند از:
- خازن هایی با ولتاژ بیش از ۱۰۰۰ ولت
- خازن های روغنی
- خازن با اتصال تک فاز یا سه فاز به صورت اتصال مثلث
کارشناسان متخصص ما در شرکت دانش بنیان رشد صنعت نیرو (RSN) آماده هستند تا به شما در انتخاب الکتروموتور مناسب با نیازهای عملیاتی مشاوره دهند. شما می توانید از طریق تکمیل فرم تماس با ما با شرکت رشد صنعت نیرو (RSN) در ارتباط باشید.
