اصلاح ضریب توان توسط خازن

اصلاح ضریب توان توسط خازن

همان طور که می دانید در شبکه های جریان متناوب توان ظاهری که از مولدها دریافت می شود به دو بخش توان مفید و غیر مفید تقسیم می شود . نحوه این تقسیم به شرایط مدار بستگی دارد به این معنی که هر قدر ضریب توان   (CosΦ) به یک نزدیکتر باشد سهم توان مفید بیشتر است . این اتفاق در مدارتی رخ می دهد که مصارف اهمی آن بیشتر است .مانند سیستمهای روشنایی یا تولید گرما توسط انرژی برق . اما می دانیم که سهم عمده مصارف شبکه ها را مصرف کننده های )اهمی – سلفی (دریافت می کنند . مانند الکتروموتورها –ترانسفورماتورهای توزیع – چوکها و …. که درآنها سیم پیچ یا سلف نقش اصلی را ایفا می کند . در سیمپیچها به علت خاصیت ذخیره سازی انرژی الکتریکی بصورت میدان مغناطیسی توان همواره بین شبکه و سلف رد و بدل می شود . سلف در یک چهارم زمان تناوب توان دریافت می کند و در یک چهارم بعدی زمان ، توان را به شبکه پس می دهد . درست است که نتیجه ریاضی این عمل یعنی عدم مصرف انرژی زیرا توان داده شده به سلف با توان دریافت را برای مولد ایجاد نمی کند و این توان در هر حالتی از مولد دریافت شده است . و برای رسیدن به مصرف کننده اهمی – سلفی از شبکه توزیع شامل : سیمها – کابلها و … عبور کرده است.

نتیجه اینکه سلف توانی را از مولد دریافت می کند اما این توان را به شبکه پس می دهد . این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف می شود . پس مقداری از توان تلف می شود . مصرف کننده های فوق برای انجام اینکار به توان مذکور نیاز دارند اما این توان برای شبکه مضر است و زیانهای زیر را در پی دارد :

–  اضافه شدن جریان مولد و درنتیجه نیاز به مولدهایی با توانهای بیشتر

–  چون جریان شبکه زیاد می شود به سیمها و کابلهایی با سطح مقطع بالاتر برای کاهش افت ولتاژ نیاز است که این موضوع هزینه اولیه شبکه را افزایش میدهد .

–  اتلاف توان در شبکه های توزیع بصورت حرارت روی می دهد در نتیجه هر کاری کنید نمی توانید از این اتلاف جلوگیری کنید . نتیجه این اتلاف توان ،کاهش ولتاژ مصرف کننده می باشد که این موضع راندمان مصرف کننده را پایین می آورد .

–  نمی توان این توان را به مصرف کننده های اهمی سلفی تحویل نداد زیرا کار آنها مختل می شود .

مزایای استفاده از خازن :

خازنهای مورد استفاده در شبکه های برق دارای اثرات مختلفی هستند که از جمله میتوان به این موارد اشاره کرد:

  •  کاهش مولفه پس فاز جریان مدار
  • تنظیم ولتاژ و ثابت نگهداشتن آن به منظور جلوگیری از وارد آمدن خسارت به دستگاهها
  •  کاهش تلفات سیستم (RxI2) به دلیل کاهش جریان
  • کاهش توان راکتیو در سیستم به دلیل کاهش جریان
  •  بهبود ضریب توان شبکه
  •  به تعویق انداختن و یا به طور کلی حذف کردن هزینه های لازم برای ایجاد تغییرات در سیستم
  •  افزایش درآمد ناشی از افزایش ولتاژ و جبران بار راکتیو

چرا خازن؟

اغلب دستگاه ها و مصرف کنندگان الکتریکی برای انجام کار مفید نیازمند مقداری توان راکتیو برای مهیا کردن شرایط لازم برای انجام کار می باشند . به عنوان مثال موتورهای الکتریکی AC برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، نیازمند تولید شار مغناطیسی در فاصله هوایی موتور هستند . ایجاد شار تنها توسط توان راکتیو امکان پذیر و با افزایش بار مکانیکی موتور مقدار توان راکتیو بیشتری مصرف می گردد . عمده مصرف کنندگان انرژی راکتیو عبارتند از :

  • سیستم های الکترونیک قدرت

الف- مبدل های ( Rectlfirs) AC/DC

      ب- مبدل های  DC/AC  (Inverters)

      ج – مبدل های  AC/AC  (Converters)

      د- چاپرها ( Choppers )

  •   مصرف کنندگان یا تجهیزاتی که دارای مشخصه غیر خطی هستند.
  •  مصرف کنندگانی که در شکل موج ولتاژ محل تغذیه خود اعوجاج )هارمونیک ( ایجاد می نمایند .
  • متعادل سازهای بارهای نامتعادل
  •  تثبیت کننده های ولتاژ
  •  کوره های القایی
  • کوره های قوس الکتریکی
  •  سیستم های جوش کاری DC ، AC

همانگونه که ذکر شد مصرف انرژی راکتیو اجتناب ناپذیر است . انتقال انرژی راکتیو ، انتقال جریان الکتریکی است و انتقالش نیازمند به کابل با سطح مقطع بزرگتر ، دکل های فشار قوی مقاوم تر و در نتیجه هزینه های مازاد است . همچنین تلفات الکتریکی و کاهش راندمان شبکه را نیز به همراه دارد . در مواردی مانند کاربردهای الکترونیک قدرت و متعادل سازی بارهای نامتعادل حتی انتقال انرژی راکتیو هم کار ساز نبوده و باید انرژی در محل تولید گردد . خازن اصطلاحا تولید کننده انرژی راکتیو است ، اما خازن توان راکتیو تولید نکرده بلکه مصرف کننده آن نیز می باشد . فقط در زمانی که القاگر انرژی راکتیو در خود ذخیره می نماید ) از شبکه می کشد ( خازن انرژی دخیره شده خو د را به شبکه تحویل می دهد و در زمانی که القاگر انرژی دخیره شده اش را به شبکه پس می دهد خازن از شبکه انرژی می کشد . حال اگر القاگر و خازن در کنار هم قرار گیرند هنگامی که خازن انرژی می دهد القاگر آن انرژی را میگیرد و زمانی که خازن انرژی می دهد موجب تعادل انرژی بین القاگر و خازن گشته تبادل انرژی بین مصرف کننده و شبکه صورت  نمی گیرد .

جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد انواع روشهای جبرانسازی، طریقه محاسبه مقدار خازن مورد نیاز برای جبرانسازی و اجزای تابلوهای خازن فایل زیر را دانلود کنید.