عامل قدرت چیست؟
در مهندسی برق، عامل قدرت (PF) سیستم قدرت الکتریکی AC به نسبت قدرت کاری (اندازهگیری شده با کیلووات، kW) جذب شده توسط بار به قدرت ظاهری (اندازهگیری شده با کیلوولت آمپر، kVA) جریانیافته در مدار تعریف میشود. عامل قدرت یک عدد بدون بعد در بازه بسته -1 تا 1 است.
عامل قدرت "ایدهآل" یک (همچنین به عنوان "یکپارچگی" نامیده میشود). این زمانی است که هیچ قدرت واکنشی در مدار وجود ندارد و بنابراین قدرت ظاهری (kVA) با قدرت واقعی (kW) برابر است. یک بار با عامل قدرت 1، باردهی موثرترین سیستم است.
با این حال، این واقعیت پذیرفتنی نیست و عامل قدرت در عمل کمتر از 1 خواهد بود. روشهای مختلف اصلاح عامل قدرت برای کمک به افزایش عامل قدرت به این حالت ایدهآل استفاده میشوند.
برای توضیح بهتر، بیایید یک قدم به عقب برگردیم و درباره آنچه قدرت است صحبت کنیم.
قدرت ظرفیت انجام کار است. در دامنه الکتریکی، قدرت الکتریکی مقدار انرژی الکتریکی است که میتواند به شکل دیگری (گرما، نور و غیره) در واحد زمان منتقل شود.
به طور ریاضی، عامل قدرت حاصل ضرب افت ولتاژ در عناصر و جریان جریانیافته از آن است.
ابتدا به مدارهای DC، تنها با منابع ولتاژ DC، سیمپیچهای القایی و خازنهها در حالت پایدار به ترتیب مانند مدارهای کوتاه و باز رفتار میکنند.
بنابراین کل مدار به عنوان یک مدار مقاومتی رفتار میکند و تمام قدرت الکتریکی به صورت گرما تبدیل میشود. در اینجا ولتاژ و جریان در یک فاز هستند و کل قدرت الکتریکی به صورت زیر محاسبه میشود:
حالا به مدار AC میرسیم، در اینجا هر دو سیمپیچ القایی و خازنه مقاومتی مشخصی را ارائه میدهند که به صورت زیر است:
سیمپیچ القایی انرژی الکتریکی را به صورت انرژی مغناطیسی ذخیره میکند و خازنه انرژی الکتریکی را به صورت انرژی الکترواستاتیکی ذخیره میکند. هیچ کدام از آنها آن را تبدیل نمیکنند. علاوه بر این، اختلاف فازی بین ولتاژ و جریان وجود دارد.
بنابراین وقتی کل مدار شامل یک مقاومت، سیمپیچ القایی و خازنه را در نظر میگیریم، اختلاف فازی بین ولتاژ منبع و جریان وجود دارد.
کسینوس این اختلاف فازی را عامل قدرت الکتریکی مینامند. این عامل (-1 < cosφ < 1) نشاندهنده کسری از کل قدرت است که برای انجام کار مفید استفاده میشود.
کسر دیگر قدرت الکتریکی به صورت انرژی مغناطیسی یا الکترواستاتیکی در سیمپیچ القایی و خازنه به ترتیب ذخیره میشود.
کل قدرت در این حالت به صورت زیر است:
این به نام قدرت ظاهری شناخته میشود و واحد آن VA (ولت-آمپر) است و با 'S' نشان داده میشود. کسری از این کل قدرت الکتریکی که کار مفید ما را انجام میدهد به نام قدرت فعال شناخته میشود. ما آن را با 'P' نشان میدهیم.
P = قدرت فعال = کل قدرت الکتریکی.cosφ و واحد آن وات است.
کسر دیگر قدرت به نام قدرت واکنشی شناخته میشود. قدرت واکنشی هیچ کار مفیدی انجام نمیدهد، اما برای انجام کار فعال لازم است. ما آن را با 'Q' نشان میدهیم و به صورت ریاضی به صورت زیر است:
Q = قدرت واکنشی = کل قدرت الکتریکی.sinφ و واحد آن VAR (Volt-Amp Reactive) است. این قدرت واکنشی بین منبع و بار نوسان میکند. برای درک بهتر این موضوع، تمام این قدرتها به صورت مثلث نمایش داده میشوند.
به طور ریاضی، S2 = P2 + Q2, و عامل قدرت الکتریکی قدرت فعال / قدرت ظاهری است.
اصطلاح عامل قدرت فقط در مدارهای AC مطرح میشود. به طور ریاضی، این کسینوس اختلاف فازی بین ولتاژ منبع و جریان است. این به کسری از کل قدرت (قدرت ظاهری) که برای انجام کار مفید (قدرت فعال) استفاده میشود اشاره دارد.
نیاز به اصلاح عامل قدرت
قدرت واقعی توسط P = VIcosφ داده میشود. جریان الکتریکی به صورت معکوس با cosφ برای انتقال مقدار معینی از قدرت در ولتاژ خاص متناسب است. بنابراین، هرچه عامل قدرت بالاتر باشد، جریان جریانیافته کمتر خواهد بود. جریان کمتر نیازمند مساحت مقطعی کمتر از هادیها است و بنابراین هادیها و هزینهها صرفهجویی میشوند.
از این رابطه مشاهده میکنیم که داشتن عامل قدرت ضعیف جریان جریانیافته در هادی را افزایش میدهد و بنابراین ضرر مس افزایش مییابد. کاهش ولتاژ بزرگ در مولد، ترانسفورماتور الکتریکی و خطوط انتقال و توزیع رخ میدهد که نظم ولتاژ بسیار ضعیف را ایجاد میکند.
کیلوولت آمپر (KVA) ماشینها با داشتن عامل قدرت بالاتر نیز کاهش مییابد، به موجب فرمول:
بنابراین، اندازه و هزینه ماشین نیز کاهش مییابد.
این دلیل است که عامل قدرت باید به نزدیکی یک نگه داشته شود - این به طور قابل توجهی ارزانتر است.
سه روش اصلی برای اصلاح عامل قدرت وجود دارد:
بانکهای خازنه
کندانسورهای همزمان
پیشروی فاز
اصلاح عامل قدرت به معنای کاهش اختلاف فازی بین ولتاژ و جریان است. از آنجا که بیشتر بارها از نوع القایی هستند، نیاز به مقداری قدرت واکنشی برای عملکرد دارند.
یک <
