چیست عامل توان: بهبود، فرمول و تعریف

عامل قدرت چیست؟

در مهندسی برق، عامل قدرت (PF) یک سیستم تغذیه الکتریکی AC به صورت نسبت قدرت فعال (به کیلووات، kW) جذب شده توسط بار به قدرت ظاهری (به کیلوولت آمپر، kVA) در حال جریان در مدار تعریف می‌شود. عامل قدرت یک عدد بدون بعد در بازه بسته از -1 تا 1 است.

عامل قدرت "ایده آل" یک (که همچنین به عنوان "یگانه" نیز شناخته می‌شود). این زمانی است که هیچ قدرت واکنشی از طریق مدار وجود ندارد و بنابراین قدرت ظاهری (kVA) برابر با قدرت فعال (kW) است. بار با عامل قدرت 1 بارگذاری موثرترین برای تأمین است.

با این حال، این واقعیت 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 ایده آل استفاده می‌شوند.

برای بهتر توضیح دادن این موضوع، بیایید یک قدم به عقب برگردیم و درباره آنچه قدرت است صحبت کنیم.

قدرت ظرفیت انجام کار است. در حوزه الکتریکی، قدرت الکتریکی مقدار انرژی الکتریکی است که می‌تواند به شکل دیگری (گرما، نور و غیره) در واحد زمان منتقل شود.

از نظر ریاضی، عامل قدرت محصول افت ولتاژ روی المان و جریان در حال جریان از آن است.

ابتدا به مدارهای DC که فقط منابع ولتاژ DC دارند، الکتروموتانسان‌ها و خازنه‌ها به ترتیب به عنوان مدارهای کوتاه و باز در حالت پایدار رفتار می‌کنند.

بنابراین کل مدار به عنوان یک مدار مقاوم رفتار می‌کند و تمام قدرت الکتریکی به شکل گرما تبدیل می‌شود. در اینجا ولتاژ و جریان در یک فاز هستند و کل قدرت الکتریکی به صورت زیر داده می‌شود:

حالا به مدار AC می‌آییم، در اینجا هر دو الکتروموتانسان و خازن یک مقدار مشخص از مخالفت را ارائه می‌دهند که به صورت زیر داده می‌شود:

الکتروموتانسان انرژی الکتریکی را به شکل انرژی مغناطیسی ذخیره می‌کند و خازن انرژی الکتریکی را به شکل انرژی الکترواستاتیک ذخیره می‌کند. هیچ یک از آنها آن را تبدیل نمی‌کنند. علاوه بر این، بین ولتاژ و جریان اختلاف فاز وجود دارد.

بنابراین وقتی مدار کامل شامل یک مقاومت، الکتروموتانسان و خازن را در نظر می‌گیریم، اختلاف فازی بین ولتاژ و جریان منبع وجود دارد.

کوسینوس این اختلاف فاز به عنوان عامل قدرت الکتریکی شناخته می‌شود. این عامل (-1 < cosφ < 1 ) نشان‌دهنده کسری از کل قدرت است که برای انجام کار مفید استفاده می‌شود.

کسر دیگر قدرت الکتریکی به شکل انرژی مغناطیسی یا الکترواستاتیک در الکتروموتانسان و خازن به ترتیب ذخیره می‌شود.

کل قدرت در این حالت به صورت زیر است:

این به عنوان 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 عنوان 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 عنوان 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 ریاضیاً به صورت زیر داده می‌شود:

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 بهتر درک این موضوع، تمام این قدرت‌ها به صورت یک مثلث نمایش داده می‌شوند.

ریاضیاً، S2 = P2 + Q2, و عامل قدرت الکتریکی قدرت فعال / قدرت ظاهری است.

بهبود عامل قدرت

اصطلاح عامل قدرت تنها در مدارهای AC مطرح می‌شود. ریاضیاً آن کوسینوس اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان منبع است. این به معنای کسری از کل قدرت (قدرت ظاهری) است که برای انجام کار مفید (قدرت فعال) استفاده می‌شود.

نیاز به بهبود عامل قدرت

• قدرت واقعی به صورت P = VIcosφ داده می‌شود. جریان الکتریکی به صورت معکوس با cosφ برای انتقال یک مقدار مشخص از قدرت در یک ولتاژ خاص متناسب است. بنابراین هر چه عامل قدرت بالاتر باشد، جریان جاری کمتر خواهد بود. جریان کمتر نیاز به مقطع کوچکتری از هادی‌ها دارد و بنابراین هادی‌ها و پول را صرفه‌جویی می‌کند.

• از این رابطه مشاهده می‌کنیم که داشتن عامل قدرت ضعیف جریان جاری در هادی را افزایش می‌دهد و بنابراین تلفات مس افزایش می‌یابد. کاهش ولتاژ زیادی در مولد، ترانسفورماتور الکتریکی و خطوط انتقال و توزیع رخ می‌دهد که نظم ولتاژ بسیار ضعیفی را ایجاد می‌کند.

• کیلوولت آمپر (KVA) دستگاه‌ها با داشتن عامل قدرت بالاتر نیز کاهش می‌یابد، به صورت فرمول:

بنابراین، اندازه و هزینه دستگاه نیز کاهش می‌یابد.

این دلیلی است که عامل قدرت باید به نزدیکی یگانه نگه داشته شود – این به طور قابل توجهی ارزان‌تر است.

روش‌های بهبود عامل قدرت

سه روش اصلی برای بهبود عامل قدرت وجود دارد:

• بانک‌های خازن

• کندانسورهای همزمان

• پیشروهای فاز

بانک‌های خازن