ضریب توان چیست

ضریب توان معیاری است از میزان استفاده موثر از توان ورودی در سیستم الکتریکی شما (بازده انرژی) و به عنوان نسبت توان واقعی (کار) به توان ظاهری (کل) تعریف می شود. توان واقعی (کیلووات) توانی است که در واقع تجهیزات را نیرو می دهد و کار مفید و سازنده ای را انجام می دهد. به آن قدرت واقعی، توان فعال یا توان کاری نیز می گویند. در این مقاله برای شما توضیح می دهیم ضریب توان چیست و چه اهمیتی دارد؟

به طور خلاصه می‌توان گفت ضریب توان نشان می‌دهد که چه مقدار از توان برای انجام کار مفید در بار مصرف می‌شود. ضریب توان نامناسب یکی از عوامل اصلی افزایش هزینه و قطعی برق است.

مفتخریم اعلام کنیم محصولات یزدنور همگی دارای ضریب توان نزدیک به یک هستند.

انواع توان

در سیستم های الکترونیکی 2 بار مقاومتی و راکتیو باعث بوجود آمدن یه توان در این سیستم می شوند:

1. توان حقیقی یا اکتیو
2. توان راکتیو
3. توان ظاهری

توان حقیقی، ساختاری است که صرف عملکرد و کار واقعی (از مصارف گرمایی تا نوری) در سیستم‌های الکتریکی می‌شود. واحد توان حقیقی وات (Watt) با نماد W است و آن را با P نشان می‌دهند.

توان راکتیو (kVAr) قدرت مورد نیاز برخی تجهیزات (مانند ترانسفورماتورها و موتورها) برای تولید میدان مغناطیسی برای انجام کار واقعی است. انرژی دادن به این تجهیزات ضروری است اما هیچ کار سازنده ای انجام نمی دهد. توان راکتیو را معمولاً با Q نشان می‌دهند.

توان ظاهری (kVA) تجمع برداری توان واقعی (kW) و توان راکتیو (kVAR) است و کل توان تامین شده از طریق شبکه است که برای تولید مقدار مورد نیاز توان واقعی برای بار مورد نیاز است. همچنین به عنوان “تقاضا” شناخته می شود. واحد آن ولت-آمپر (Volt-Amps) یا VA است. این توان را معمولاً با S نشان می‌دهند.

ضریب توان نسبت توان واقعی مصرف شده در مدار را به توان ظاهری تحویل شده به مدار بیان می کند. کل تقاضای برق در شبکه معمولا بیشتر از توان واقعی است. نسبت توان واقعی به توان کل ضریب توان شما است، عددی بین 0 و 1.

ضریب توان ایده آل واحد یا یک (1.0) است که به این معنی است که تمام انرژی تامین شده توسط منبع توسط بار مصرف می شود. هر چیزی کمتر از یک به این معنی است که برای دستیابی به وظیفه واقعی به قدرت اضافی نیاز است.

تحلیل ضریب توان به زبان ساده

بیایید به یک قیاس ساده نگاه کنیم تا این اصطلاحات را بهتر درک کنیم. فرض کنید یک لیوان قهوه مورد علاقه خود را سفارش داده اید. بخش قابل آشامیدن شما با توان واقعی (کیلووات) نشان داده می شود. همراه با قهوه شما مقدار کمی کف نیز می آید که تشنگی شما را برطرف نمی کند، که با توان واکنشی (kVAR) نشان داده می شود. کل محتویات لیوان شما (KVA) مجموع قهوه (kw) و کف (kvr) است.

ضریب توان نسبت بین توان واقعی و قدرت ظاهری است. بنابراین، برای یک منبع تغذیه معین (kVA):

• هرچه فوم بیشتری داشته باشید (هر چه درصد kVAR بیشتر باشد)، نسبت kW (قهوه) به kVA (قهوه به اضافه فوم) کمتر است. بنابراین، ضریب قدرت شما ضعیف تر است.
• هرچه فوم کمتری داشته باشید (درصد kVAR کمتر)، نسبت kW (قهوه) به kVA به kVA (قهوه به اضافه فوم) بیشتر است و ضریب قدرت شما بهتر است.
• وقتی فوم (یا kVAR) شما به صفر نزدیک می شود، ضریب توان شما به 1.0 (واحد) نزدیک می شود.

محاسبه ضریب توان

تخمین زده می شود که اگر ضریب توان اصلاح شود و پایین نگه داشته شود، می توان بیش از 40 درصد در قبوض برق در صنایع و کارخانه های تولیدی بزرگ صرفه جویی کرد. گذشته از کاهش هزینه برای مصرف کنندگان، اجرای یک سیستم کارآمد به قابلیت اطمینان و کارایی کلی شبکه برق کمک می کند.

اولین کار برای اصلاح ضریب توان، محاسبه آن است. ضریب توان را می‌توان با یکی از روش‌های زیر به دست آورد:

1. محاسبه توان راکتیو با استفاده از جزئیات راکتانس بار
2. تعیین مقدار توان حقیقی که توسط بار مصرف می‌شود و نیز ترکیب آن با توان ظاهری و در نهایت به دست آوردن ضریب توان
3. استفاده از دستگاه‌های اندازه‌گیری ضریب قدرت

دستگاه اندازه‌گیری ضریب توان در سیستم‌های بزرگ که تعیین جزئیات راکتانس بار و توان حقیقی دشوار است کاربرد فراوانی دارد.

راکتانس چیست؟

راکتانس مشابه مقاومت الکتریکی است، به دلیل اینکه با تغییر ولتاژ یا جریان مخالفت کند، به 2 دسته تقسیم می شود:

راکتانس سلفی یا القایی، با تغییر جریان از طریق عنصر مخالفت می‌کند. زمانی که یک سلف در مدار AC به کار می رود، مقاومت الکتریکی آن را راکتانس القایی می گوییم و به‌صورت زیر نشان داده می‌شود:

راکتانس خازنی، با تغییرات ولتاژ مخالفت می‌کند. زمانی که‌ یک خازن در یک مدار AC به کار می رود، مقاومت الکتریکی آن را راکتانس خازنی می گوییم. نمایش آن به‌شکل زیر است:

اصلاح ضریب توان

ضریب توان ضعیف ممکن است باعث تلفات برق و افت ولتاژ شود که می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد و خرابی موتورها و سایر تجهیزات الکتریکی شود. با بهبود ضریب توان خود، می توانید قبوض برق خود را کاهش دهید. با توجه به طول عمر تجهیزات، تصحیح ضریب توان و صرفه جویی ناشی از آن، می تواند سرمایه گذاری بسیار ارزشمندی باشد.

وقتی مقدار ضریب توان شما برابر با 1 باشد، ضریب توان را ضریب توان واحد می گویند. به دست آوردن ضریب توان بهینه 1 ممکن است وسوسه انگیز باشد، اما به دلیل این واقعیت که هیچ سیستمی واقعا ایده آل نیست، رسیدن به آن تقریبا غیرممکن است. به این معنا که هیچ باری صرفاً مقاومتی، خازنی یا القایی نیست. این مقدار در صورتی حاصل می‌شود که اغلب بارها مقاومتی خالص باشند یا راکتانس‌های سلفی سیستم برابر با راکتانس‌های خازنی آن باشند و اثر یکدیگر را حذف کنند.

بارهای خطی

ضریب توان ضعیف را می توان با نصب تجهیزات تصحیح ضریب توان (PFC) مانند بانک های خازنی بهبود بخشید. عملکرد بانک‌های خازن‌ به‌عنوان «مولدهای» توان راکتیو خاموش کار می‌کنند. این سیستم ها چندین دهه پیش طراحی شدند، زمانی که محیط های الکتریکی بسیار ساده تر از امروز بودند. آنها بسیار مقرون به صرفه و مناسب برای محیط های بار خطی هستند.

با این حال، در محیط‌های الکتریکی مدرن امروزی، یافتن بارهای خطی آسان نیست. با توجه به گسترش روشنایی LED، منابع تغذیه، VSD، UPS، سرورها/کامپیوترها و وسایل معمولی، سیستم‌های الکتریکی امروزی بارهای غیرخطی پیچیده و پویا دارند. بارها به قدری سریع تغییر می کنند که سیستم های PFC برای حفظ یک نقطه تنظیم جبران تلاش می کنند. بنابراین، آنها دائماً بار را “تعقیب” می کنند.

با توجه به این واقعیت که استفاده از بارهای سلفی، مخصوصاً در مصارف صنعتی (به دلیل استفاده از موتورهای الکتریکی و…)، متداول‌ترین دلیل ضریب توان پایین است، یکی از ساده‌ترین راه‌های اصلاح ضریب توان، خنثی کردن راکتانس‌های سلفی با استفاده از خازن‌های اصلاح ضریب توان است که راکتانس خازنی دارند.

بارهای غیرخطی

بارهای غیر خطی در مدارهای AC باعث به وجود آمدن جریان‌های هارمونیک در کنار جریان اصلی می‌باشند. پس بارهای خطی مانند خازن یا القاگر نمی‌تواند تأثیر این بارها را خنثی کند. بنابراین باید از روش‌های دیگری مانند استفاده از فیلتر یا با کنترل جریان ورودی شکل موج جریان را هر چه بیشتر به شکل موج ولتاژ برای صاف کردن اثر این بارها در جریان اصلی بهره جست.