همان طور که می دانید در شبكه های جریان متناوب توان ظاهری كه 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 كه هر قدر ضریب توان (CosΦ) به یك نزدیكتر باشد سهم توان مفید بیشتر است . این اتفاق در مدارتی رخ می دهد كه مصارف اهمی آن بیشتر است .مانند سیستمهای روشنایی یا تولید گرما توسط انرژی برق . اما می دانیم كه سهم عمده مصارف شبكه ها را مصرف كننده های )اهمی – سلفی (دریافت می كنند . مانند الكتروموتورها –ترانسفورماتورهای توزیع – چوكها و …. كه درآنها سیم پیچ یا سلف نقش اصلی را ایفا می كند . در سیمپیچها به علت خاصیت ذخیره سازی انرژی الكتریكی بصورت میدان مغناطیسی توان همواره بین شبكه و سلف رد و بدل می شود . سلف در یك چهارم زمان تناوب توان دریافت می كند و در یك چهارم بعدی زمان ، توان را به شبكه پس می دهد . درست است كه نتیجه ریاضی این عمل یعنی عدم مصرف انرژی زیرا توان داده شده به سلف با توان دریافت را برای مولد ایجاد نمی كند و این توان در هر حالتی از مولد دریافت شده است . و برای رسیدن به مصرف كننده اهمی – سلفی از شبكه توزیع شامل : سیمها – كابلها و … عبور كرده است.
نتیجه اینكه سلف توانی را از مولد دریافت می كند اما این توان را به شبكه پس می دهد . این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف می شود . پس مقداری از توان تلف می شود . مصرف كننده های فوق برای انجام اینكار به توان مذكور نیاز دارند اما این توان برای شبكه مضر است و زیانهای زیر را در پی دارد :
– اضافه شدن جریان مولد و درنتیجه نیاز به مولدهایی با توانهای بیشتر
– چون جریان شبكه زیاد می شود به سیمها و كابلهایی با سطح مقطع بالاتر برای كاهش افت ولتاژ نیاز است كه این موضوع هزینه اولیه شبكه را افزایش میدهد .
– اتلاف توان در شبكه های توزیع بصورت حرارت روی می دهد در نتیجه هر كاری كنید نمی توانید از این اتلاف جلوگیری كنید . نتیجه این اتلاف توان ،كاهش ولتاژ مصرف كننده می باشد كه این موضع راندمان مصرف كننده را پایین می آورد .
– نمی توان این توان را به مصرف كننده های اهمی سلفی تحویل نداد زیرا كار 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.