تفسیر فیزیکی در توان AC

تفسیر فیزیکی در توان AC:

معادله اصلی توان را در نظر بگیرید:

با توجه به شکل زیر می توان فهمید که شکل موج توان، سینوسی است و فرکانس آن، دو برابر فرکانس ولتاژ و جریان است.

معادله توان را می توانیم به دو بخش زیر تفکیک کنیم:

• یک جمله ثابت (توان اکتیو):VrmsIrmscosθ.
• یک جمله متناوب:VrmsIrmscos(2ωt-θ).

شکل زیر، نمودار مربوط به این دو بخش را به تفکیک نشان می دهد.

توجه کنید که جمله متناوب، همواره حول صفر نوسان می کند و جمله ثابت، به ضریب توان بستگی دارد. اما مفهوم ضریب توان cosθ چیست؟

ضریب توان:
همان طور که گفتیم، ضریب توان به صورت کسینوس زاویه توان (اختلاف فاز بین ولتاژ و توان) یاcosθ تعریف می شود. گاهی ضریب توان را با واژه های پیش فاز (Leading) و پس فاز (Lagging) بیان می کنند.

زاویه توان، فقط در بازه−90∘ و +90∘ تغییر می کند. کسینوس یک زاویه در ربع چهارم، مثبت است و بنابراین، ضریب توان نیز همیشه مثبت خواهد بود.

بنابراین، تنها راه تشخیص مثبت یا منفی بودن زاویه توان، پیش فاز یا پس فاز بودن ضریب توان است:

ضریب توان پس فاز:
وقتی جریان عقب تر از ولتاژ باشد، بدین معنی است که شکل موج جریان، نسبت به شکل موج ولتاژ تأخیر دارد و دیرتر به یک نقطه زمانی خاص می رسد. در این حالت، زاویه توان مثبت است.

ضریب توان پیش فاز:
در این حالت، جریان جلوتر از ولتاژ است؛ بدین معنی که شکل موج جریان، نسبت به شکل موج ولتاژ تقدم دارد و زودتر به یک نقطه زمانی خاص می رسد. در این حالت، زاویه توان منفی است.

ضریب توان واحد:
حالتی است که در آن، جریان و ولتاژ، فاز مشابهی دارند.

اهمیت ضریب توان، در امپدانس بار است. بارهای سلفی یا القایی (مانند سیم پیچ ها، موتورها و..) ضریب توان پس فاز دارند. در مقابل، ضریب توان بارهای خازنی (مانند خازن ها)، پیش فاز است. بارهای مقاومتی (مانند هیتر ها) نیز ضریب توان واحد دارند.