تفاوت میان نسخه‌های «ضریب توان»

جز
'''ضریب توان''' در یک سیستم الکتریکی AC اصطلاحی است که به نسبت ''توان واقعی'' به ''توان ظاهری'' گفته میشودمی‌شود و مقداری بین ۰ تا ۱ دارد. توان واقعی در واقع توانایی یک مصرف کنندهمصرف‌کننده برای تبدیل [[انرژی الکتریکی]] به دیگر شکل‌های انرژی را نشان می‌دهد در حالی که توان ظاهری در اثر وجود اختلاف بین [[ولتاژ]] و [[جریان]] پدید می‌آید. با توجه به نوع بارها و میزان توان راکتیو آنها توان ظاهری می‌تواند از توان واقعی نیز بیشتر باشد.
 
کم بودن ضریب توان (بزرگ بودن توان ظاهری نسبت به توان واقعی) در یک مدار موجب بالا رفتن جریان در مدار و در نتیجه بالا رفتن تلفات در مدار می‌شود.
 
== بارهای راکتیو ==
به طور کلی در یک مدار AC می‌توان مصرف کننده‌هامصرف‌کننده‌ها را از نظر نوع مصرف انرژی الکتریکی به دو دسته تقسیم کرد:
* مصرف کننده‌هایمصرف‌کننده‌های اکتیو (مقاومتی)
* مصرف کننده‌هایمصرف‌کننده‌های راکتیو (خازنی یا سلفی)
 
انواع مختلف مصرف کننده‌هامصرف‌کننده‌ها در [[مدارهای الکتریکی]] رفتارهای متفاوتی از خود بروز می‌دهند؛ برای مثال مصرف کننده‌هایمصرف‌کننده‌های اکتیو با تبدیل انرژی الکتریکی به شکل دیگری از انرژی، انرژی الکتریکی را مصرف می‌کنند. این رفتار در مصرف کننده‌هایمصرف‌کننده‌های راکتیو کمی متفاوت است چرا که این مصرف کننده‌هامصرف‌کننده‌ها به جای مصرف انرژی الکتریکی این انرژی را ذخیره می‌کنند. این انرژی ذخیره شده تا زمانی در المان باقی می‌ماند که المان به وسیله یک جریان یا ولتاژ ثابت از طرف [[منبع تغذیه]] شود. با پایان یافتن روند تغذیه، مصرف کنندهمصرف‌کننده راکتیو شروع به جبران انرژی کاسته شده می‌کند بدین صورت که انرژی ذخیره شده خود را دوباره به مدار بازمی‌گرداند. در مدارهای DC این عملکرد بارهای راکتیو تأثیر زیادی بر روی عملکرد [[شبکه الکتریکی]] نمی‌گذارد اما در یک مدار AC به علت تغییر دایم میزان انرژی وارد شده به مدار بارهای راکتیو می‌توانند موجب ایجاد اختلال در عملکرد شبکه شوند به این صورت که در آغاز هر سیکل بارهای راکتیو مانند یک مصرف کنندهمصرف‌کننده از مدار انرژی دریافت می‌کنند و این انرژی را تا لحظه ماکسیمم یا پیک موج در خود نگاه می‌دارند. با کاهش یافتن روند تغذیه بار، این بار انرژی ذخیره شده خود را - که با توجه به نوع بار می‌تواند به صورت ولتاژ یا جریان باشد – به مدار بازمی‌گرداند این بازگشت انرژی تأثیرات خاصی را در مدار به دنبال خواهد داشت که به آنها خواهیم پرداخت.
 
== ضریب توان ==
در بارهای القایی مانند [[موتورهای الکتریکی]] یا ترانسفورماتورها شکل موج جریان عقب‌تر از ولتاژ است در حالی که این مورد در بارهای خازنی مانند بانک‌های خازنی یا کابل‌های‌زیر زمینی درست برعکس است به این ترتیب که شکل موج جریان از شکل موج ولتاژ جلوتر است. با این حال هر دو نوع این بارها انرژی را در خود ذخیره می‌کنند با این تفاوت که در بارهای القایی انرژی به صورت [[میدان مغناطیسی]] و در بارهای خازنی انرژی به صورت میدان الکترواستاتیکی ذخیره می‌شود.
 
اهمیت میزان ضریب توان در یک مدار به هزینه‌های مربوط به آن بازمی‌گردد. در بسیاری از کشورها مصرف کننده‌هاییمصرف‌کننده‌هایی که میزان ضریب توان آنها از میزان استاندارد (این استاندارد برای بیشتر مصرف‌کننده‌ها مقداری بین ۰.۹۰٫۹ تا ۰.۹۵۰٫۹۵ است) کمتر باشد جریمه می‌شوند. همچنین در مدارهای پر مصرف ضریب توان پایین موجب افزایش جریان در هادی‌ها شده و هزینه‌های مربوط به انتخاب هادی را افزایش می‌دهد این جریان اضافی موجب کاهش [[طول عمر]] تجهیزات تامینتأمین کننده و [[توزیع کننده]] انرژی الکتریکی نیز می‌شود.
 
== محاسبه ==
{{اصلی|اصلاح ضریب توان}}
اصلاح ضریب توان یک تکنیک است که برای خنثی کردن آثار منفی بارهای راکتیو در یک شبکه AC به کار می‌رود. در این تکنیک با استفاده از بارهای راکتیوی با ضریب توان برعکس بار وارد شده به شبکه (برای مثال استفاده از خازن برای خنثی سازی تأثیرات القاگرها در شبکه) اقدام به اصلاح ضریب توان یا نزدیک کردن هرچه بیشتر ضریب توان به عدد ۱ می‌کنند.
تجهیزات مورد استفاده در فرایند اصلاح ضریب توان عبارت‌اند از:
* بارهای خازنی: از اینگونه بارها برای خنثی سازی تأثیرات بارهای القایی بر روی مدار استفاده می‌شود. از آنجایکه بارهای القایی سهم عمده‌ای از بارها در صنایع را شامل می‌شوند در بیشتر موارد اصلاح ضریب توان با استفاده از اینگونه بارها همراه است. از جمله بارهای معمول مورد استفاده به صورت بار خازنی می‌توان به بانک‌های خازنی یا موتورهای سنکرون پرتحریک اشاره کرد.
* بارهای القایی: این گونه بارها برای خنثی سازی تأثیرات بارهای خازنی (که معمولاً شامل کابل‌های زیر زمینی می‌شوند) در مدار به کار می‌رود. از این گونه اصلاح کننده‌های ضریب توان در سطح کوچک و تنها در پست‌ها استفاده می‌شود.
ضریب توان در یک مدار تک فاز (یا یک مدار سه فاز متعادل) را می‌توان از روش ''وات‌متر- آمپرمتر- ولت‌متر'' اندازگیری کرد. به این ترتیب که توان به دست آمده به صورت وات (توان واقعی) را بر [[حاصل ضرب]] ولتاژ و جریان (توان ظاهری) تقسیم می‌کنیم. نسبت به دست آمده در واقع میزان ضریب توان بار است. البته ضریب توان در یک مدار سه فاز نامتعادل را نمی‌توان به این روش اندازه‌گیری کرد.
 
برای اندازه‌گیری ضریب توان می‌توان از یک دستگاه اندازه‌گیری مستقیم ضریب توان نیز استفاده کرد. نوع انالوگآنالوگ این دستگاه از دو قاب گردان الکترودینامیکی تشکیل شده است. این دو قاب گردان به صورت موازی به مدار متصل شده‌اند. اگر این دو قاب را A و B بنامیم در سر راه قاب A یک مقاومت و در سر راه قاب B یک القاگر قرار داده شده است به این ترتیب جریان در قاب B نسبت به قاب A با تاخیرتأخیر همراه است. در حالتی که ضریب توان ۱ باشد جریان در قاب A با جریان مدار هم زاویه است و بنابراین گشتاور بیشینه در قاب A به وجود می‌آید و میزان ضریب توان را حداکثر مشخص می‌کند بنابراین ۱ بودن ضریب توان مشخص خواهد شد. در ضریب توان صفر، جریان جاری در قاب B با جریان مدار هم زاویه است و بنابر این گشتاور بیشینه در این قاب به وجود خواهد آمد که نشان دهنده مینیمم بودن ضریب توان است. در ضریب توان‌های بین این دو مقدار دستگاه اندازه‌گیری با توجه به نسبت گشتاور در دو قاب میزان ضریب توان را مشخص می‌کند.
 
نوع دیگری از دستگاه‌های اندازه‌گیری مستقیم ضریب توان دستگاه‌های دیجیتال هستند. این دستگاه‌ها با اندازه‌گیری میزان اختلاف زمانی بین شکل موج جریان و ولتاژ یا اندازه‌گیری میزان توان ظاهری و توان واقعی میزان ضریب توان را تشخیص می‌دهند. روش اول - یعنی اندازه‌گیری میزان اختلاف بین جریان و ولتاژ - تنها در صورتی قابل استفاده است که شکل موج جریان و ولتاژ کاملاً سینوسی باشد. در بارهایی مانند یکسوکننده‌ها استفاده از این روش میزان درست ضریب توان را اندازه‌گیری نخواهد کرد.