اصلاح ضریب توان

1-اصلاح ضریب توان چیست

اصلاح ضریب توان که با عبارت PFC نمایش داده می شود، فرآیند تعدیل ضریب توان از مقادیر کوچکتر از ۱ به مقادیر نزدیک ۱ است. اصلاح ضریب توان هم در طول انتقال انرژی الکتریکی در پست های تبدیل به منظور افزایش راندمان تبدیل ولتاژ و هم در مراکز مصرف انرژی الکتریکی انجام می شود. در حقیقت با اصلاح ضریب توان هزینه‌های مربوط به تهیه انرژی الکتریکی و هزینه‌های مربوط به انتخاب کابل و تجهیزات تغذیه نیز کاهش می‌یابد. و به این ترتیب هزینه‌های مربوط به تولید و انتقال نیز کاهش می‌یابند.

در شرایط نرمال یک تجهیز الکتریکی (موتورهای الکتریکی، دستگاه های جوشکاری، لامپ های فلورسنت) علاوه بر مصرف انرژی اکتیو W , مصرف انرژی راکتیو Var نیز خواهد داشت.از دیدگاه فیزیکی، انرژی راکتیو جهت عملکرد صحیح و مطمئن این تجهیزات ضروری است.به هر حال مجموع این دو انرژی در شبکه های توزیع به بار تحویل داده می شود.هدف انتخاب و اتصال صحیح گروه خازن ها و القاگرها (راکتورها) به بار است به طور یکه بتوان انرژی راکتیو مورد نیاز آن ها را تامین کرد.

2-انواع روش های اصلاح ضریب توان

برای اصلاح ضریب توان از سه روش اصلی استفاده می شود: 1-اصلاح ضریب توان فردی2-اصلاح ضریب توان گروهی 3-اصلاح ضریب توان مرکزی

1-2-اصلاح ضریب توان فردی

این روش بیشتر برای حالت بی باری ترانسفورماتورها، دستگاههای با کابل طولانی و موتورهای دائم کار استفاده می شود که در آن برای هر مصرف کننده به صورت مجزا خازن محاسبه و نصب می گردد.از مزایای این روش عدم استفاده از رگولاتورهای ضریب قدرت، جبران دقیق، تخلیه شبکه از بار راکتیو و کاهش هزینه هر کیلووار خازن است. مهمترین ایراد این روش عدم توجه به ضریب همزمانی استفاده از مصرف کننده های مختلف بوده که باعث افزایش مقدار خازن نصب شده در شبکه می شود. همچنین نصب پیچیده تری دارد و جبران سازی بصورت پراکنده می باشد.

2-2-اصلاح ضریب توان گروهی

در این روش برای چند مصرف کننده که همزمان و کنار یکدیگر کار می کنند، یک خازن بزرگ نصب می شود. چون این نوع جبران حالت خاصی از جبران سازی موضعی است، مزایای روش قبلی را دارا است به اضافه اینکه به خاطر کاهش تعداد خازنها ومراحل نصب، هزینه آن اقتصادی تر است.

3-2-اصلاح ضریب توان مرکزی

در این روش خازن کلاً در ورودی سیستم نصب و به پله های کوچک تقسیم شده است. یک رگولاتور، ضریب قدرت شبکه را کنترل کرده خازن مورد نیاز را محاسبه و وارد شبکه می نماید. این روش تقریبا همه جا قابل استفاده است. مزایای این نوع جبران سازی عبارتند از، نصب ساده، کنترل ساده، استفاده بیهنه از خازنهای نصب شده و انعطاف پذیری نسبت به تغییرات بار و کنترل هارمونیک شبکه، با افزودن رآکتور به خازن ها می باشد. عمده ترین ایراد این روش عدم جبران سازی داخل شبکه مصرف کننده است.

3-اصلاح ضریب توان بارهای خطی

این کار معمولاً به وسیله تغذیه میزان مشخصی خازن یا القاگر انجام می‌گیرد. برای مثال اثر القایی یک موتور را می‌توان به وسیله وصل خازن در محل نصب بار خنثی کرد. برخی اوقات که خصوصیا شبکه به حالت خازنی تمایل دارد (مانند خطوط کابلی) از القاگرها (که در این کاربرد به آنها راکتور گفته می‌شود) برای خنثی سازی اثر خازنی شبکه استفاده می‌شود؛ این کار عموماً در پست‌های تغییر ولتاژ صورت می‌گیرد. در مهندسی برق به ماشین سنکرونی که در حالت بی‌بار استفاده شود کندانسور سنکرون می‌گویند که با تغییر جریان تحریک، ماشین می‌تواند مانند یک سلف یا خازن عمل کند. کندانسورهای سنکرون برای تنظیم ولتاژ انتهای خطوط انتقال مورد استفاده قرار می‌گیرند.مثلا به جای استفاده از خازن و برای ایجاد اثر خازنی می‌توان از یک موتور سنکرون در حالت پر تحریک نیز استفاده کرد. در این حالت میزان توان راکتیو تولیدی در موتور سنکرون وابسته به میزان جریان تحریک آن خواهد بود. مزیت استفاده از چنین بارهایی امکان تغییر میزان توان خازنی خروجی با توجه به میزان جریان تحریک است.

4-اصلاح ضریب توان بارهای غیر خطی

بارهای غیر خطی در مدارهای AC موجب به وجود آمدن جریان‌های هارمونیک در کنار جریان اصلی AC می‌شوند. در این حالت اضافه کردن بارهای خطی مانند خازن یا القاگر نیز نمی‌تواند تاثیر این بارها را خنثی کند بنابراین باید از روش‌های دیگری مانند استفاده از فیلتر یا استفاده از سیستم‌های اصلاح ضریب توان فعال برای صاف کردن اثر این بارها در جریان اصلی بهره جست.می‌توان فیلتری طراحی کرد که تنها جریان را با فرکانس خاصی (برای مثال ۵۰ یا ۶۰ هرتز) عبور دهد. در صورت استفاده از چنین فیلترهایی بارهای غیرخطی نیز مانند بارهای خطی در مدار عمل می‌کنند و پس از آن برای اصلاح ضریب توان می‌توان از بارهای خطی استفاده کرد. اما این فیلترها دارای محدودیت‌هایی نیز هستند برای مثال می‌توان به نیاز آنها به واسطه‌های جریان بالا، پر حجم بودن آنها و پر هزینه بودن آنها اشاره کرد. همچنین برای خنثی کردن اثر بارهای غیر خطی می‌توان از روش اصلاح ضریب توان فعال نیز استفاده کرد.

5-اصلاح ضریب توان فعال

اصلاح ضریب توان فعال (active PFC) یک سیستم الکترونیک قدرت است که میزان جریان کشیده شده توسط هر بار را به منظور نزدیک کردن هرچه بیشتر ضریب توان به یک کنترل می‌کند. در بیشتر موارد سیستم اصلاح ضریب توان فعال اینگونه عمل می‌کند که با کنترل جریان ورودی شکل موج جریان را هر چه بیشتر به شکل موج ولتاژ نزدیک می‌کند. سیستم اصلاح ضریب توان فعال می‌تواند به صورت یک طبقه یا چند طبقه عمل کرده و ضریب توان را به حدود ۰٫۹۹ نزدیک کند. میکروپروسسور این رگولاتور با اتصال به ترانسفورمر ولتاژ و جریان وضعیت کل شبکه را با محاسبه ارتباط ما بین توان اکتیو و توان راکتیو مورد بررسی قرار می دهد.این رگولاتور ضریب هارمونیک اصلی مولفه های اکتیو و راکتیو جریان را با استفاده از الگوریتم FFT مورد محاسبه قرار می دهد.بنابراین این اندازه گیری و کنترل دقیق حتی در صورت اعوجاج شکل موج جریان و آلودگی آن با هارمونیک های مراتب بالا به راحتی صورت می پذیرد.

6-اصلاح ضریب توان غیر فعال

این روش یک روش ساده برای اصلاح ضریب توان در بارهای خطی است که معمولاً با استفاده از بانک‌های خازنی صورت می‌گیرد. اما این روش به اندازه اصلاح ضریب توان فعال موثر نیست. گرچه این روش به دلیل سادگی و کم هزینگی آن در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد اما در این روش وارد و خارج کردن خازن‌ها از مدار موجب به وجود آمدن جریان‌های هارمونیکی می‌شوند و این عیب یکی از دلایلی است که تمایل برای استفاده از موتورهای سنکرون یا اصلاح ضریب توان فعال هنوز وجود دارد.

7-محاسبه توان راکتیو لازم جهت اصلاح ضریب توان

از روش زیر می توان توان راکتیو مورد نیاز جهت رسیدن به ضریب توان هدف را محاسبه نمود

1-1در چه مواردی نیاز به اصلاح ضریب توان داریم

در مواردی که نیاز به اصلاح ضریب توان داریم: 1-اگر ضریب قدرت تاسیسات الکتریکی ساختمان از 0.85 پایین تر باشد باید به شرکت برق منطقه ای جریمه برق را پرداخت نمود پس برای بالا اوردن ضریب قدرت باید خازن گزاری کنیم.2-اگر تلفات تاسیسات به دلیل پایین بودن ضریب قدرت بالا باشد با یک محاسبه ساده می توان فهمید که با خازن گزاری ضرف مدت کوتاهی تمام هزینه ها جبران شده و از آن به بعد سود محسوب میشود. 3-در صورتی که قسمتی از تاسیسات بار اضافی داشته باشد و تقلیل امپراژ مد نظر باشد. 4-اگر قرار باشد ماشین الات جدیدی به شبکه ای که ظرفیت ان پر شده اضافه شود.