اصلاح ضریب توان در سیستم های الکتریکی

اصلاح ضریب توان در سیستم های الکتریکی:
کم بودن ضریب توان یکی از معایب سیستم های الکتریکی است. در این آموزش، درباره روش های بهبود توان یا همان اصلاح ضریب توان (Power Factor Correction) یا به اختصار PFC بحث خواهیم کرد.

همان طور که در آموزش های قبلی نیز گفتیم، نسبت توان حقیقی به توان ظاهری مصرف شده یک تجهیز الکتریکی به عنوان ضریب توان آن شناخته می شود. در واقع، ضریب توان کمیتی است که تأثیر تبدیل توان مفید به کار را نشان می دهد.

مقدار ضریب توان در محدوده 0 تا 1 بوده و مقدار مطلوب آن 1 است. هر مقدار کمتر از ضریب توان 1 (ضریب توان واحد)، به این معنی است که به توان بیشتری برای انجام یک کار خاص نیاز داریم.

عبور جریان سبب ایجاد تلفات در منبع و سیستم توزیع می شود. وقتی ضریب توان واحد باشد، تغذیه مدار توسط منبع مؤثرتر انجام می شود.

اگر ضریب توان کاهش یابد، تلفات افزایش خواهد یافت. برای مثال، اگر ضریب توان 0٫8 باشد، تلفات سیستم به دلیل افزایش جریان کشیده شده از منبع زیاد می شود. این در حالی است که در ضریب توان واحد جریان کمتری از منبع کشیده خواهد شد.

با اندکی افزایش در ضریب توان 0٫8 تلفات به طور قابل توجهی و متناسب با مجذور کاهش جریان کاهش می یابد.

وقتی ضریب توان کمتر از واحد باشد، توانِ از دست رفته به عنوان توان راکتیو شناخته می شود. این توان در میدان مغناطیسی بارهای سلفی نقش خاص خود را دارد. توان راکتیو به عنوان توان بدون وات یا توان هدر رفته نیز شناخته می شود و سبب اضافه بار در سیستم و زیاد شدن هزینه قبض برق می شود.

ضریب توان کم، در نتیجه اختلاف فاز قابل توجه بین ولتاژ و جریان بار ایجاد می شود. همچنین، یکی دیگر از دلایل ضریب توان کم، هارمونیک بالا یا اعوجاج شکل موج جریان است.

بارهای سلفی مانند موتورهای القایی، ترانسفورماتورهای قدرت، بالاست های روشنایی، مجموعه سیم ها و… نیز از دلایل کم بودن ضریب توان هستند. اعوجاج در شکل موج جریان ممکن است به دلیل وجود یکسوساز، اینورتر، درایو سرعت متغیر، منابع تغذیه سوئیچینگ و… باشد.

ضریب توان کمِ ناشی از بارهای القایی را می توان با افزودن تجهیزات اصلاح ضریب توان بهبود داد، اما ضریب توان کمی که به دلیل اعوجاج شکل موج جریان رخ داده، نیازمند ایجاد تغییرات در طراحی تجهیز یا افزودن فیلترهای هارمونیک است.

در حالی که گفته می شود برخی از اینورترها دارای ضریب توان 0٫95 هستند، اما در واقعیت، ضریب توان واقعی آن ها بین 0٫5 تا 0٫75 است. این عدد 0٫95 براساس کسینوس زاویه بین ولتاژ و جریان بیان می شود، اما این نکته در نظر گرفته نمی شود که شکل موج جریان ناپیوسته است و در نتیجه سبب افزایش تلفات می شود.

بار القایی برای کار کردن به یک میدان مغناطیسی نیاز دارد و افزایش این میدان سبب می شود فاز جریان از ولتاژ عقب تر باشد. اصلاح ضریب توان فرایند جبران سازی جریان پسفاز با ایجاد یکی جریان پیشفاز از طریق اتصال خازن است.

چرا اصلاح ضریب توان مهم است؟
هدف بهبود ضریب توان، بهره برداری بهینه از انرژی الکتریکی، کاهش هزینه قبض برق و کاهش تلفات توان است. به عبارت بهتر، می توان به دلایل زیر برای بهبود ضریب توان اشاره کرد:

اگر ضریب توان به واحد نزدیک باشد، برای توان ظاهری مشابه، می توان بار بیشتری به ترانسفورماتورها متصل کرد.

اگر ضریب توان بالا باشد، می توان از جریمه هایی که توسط شرکت برق تعیین می شود جلوگیری کرد.

برآورد اندازه بهینه کابل های برق به مقدار ضریب توان وابسته است. ضریب توان کم منجر به تلفات مسی بیشتر می شود و افت ولتاژ بیشتر در طول خط به وجود خواهد آورد. با اصلاح ضریب توان، این افت ولتاژ کم شده و اندازه و در نتیجه هزینه تجهیزات کم می شود.

کاهش مصرف توان به دلیل افزایش بهره وری، منجر به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و کاهش مصرف سوخت نیروگاه ها می شود.