Download
1 / 19
310 likes | 590 Views
اصلاح ضریب توان ( Power factor correction).
E N D
اصلاح ضریب توان( Power factor correction) اصلاح ضریب توانPower factor correction) (PFC) )فرآیند تعدیل ضریب توان از مقادیر کوچکتر از ۱ به مقادیر نزدیک ۱ است. این فرآیند ممکن است در طول انتقال انرژی الکتریکی و در پست‌ها تغییر ولتاژ انجام شود چراکه به این ترتیب راندمان تبدیل ولتاژ بالا می‌رود. این فرآیند همچنین در مراکز مصرف به ویژه واحدهای صنعتی نیز مرسوم است چراکه به این ترتیب گذشته از کاهش هزینه‌ها مربوط به تهیه انرژی الکتریکی هزینه‌های مربوط به انتخاب کابل و تجهیزات تغذیه نیز کاهش مییابد. به طور کلی ضریب توان بالاتر در انتقال و تولید انرژی الکتریکی مناسب‌تر است چراکه در این صورت تلفات مربوط به انتقال و تولید کاهش مییابد و به این ترتیب هزینه‌های مربوط به تولید و انتقال نیز کاهش می‌یابند.
ضریب توان در یک مدار کاملاً مقاومتی شکل موج جریان و ولتاژ با هم همزمان هستند (یعنی در یک زمانصفر و ماکسیمم می‌شوند). حال اگر در مدار بار راکتیوی مانند خازن یا القاگر وجود داشته باشد انرژی ذخیره شده در این نوع بارها باعث به وجود آمدن اختلاف بین شکل موج ولتاژ و جریان میشود. این انرژی ذخیره شده به منبع باز خواهد گشت در حالیکه تأثیر مثبتی در عملکرد بار نخواهد داشت. به این ترتیب یک مدار با ضریب توان پایین در مقایسه با یک مدار با ضریب توان بالا نیازمند جریان بیشتری برای ایجاد مقدار ثابتی از توان واقعی است.
بارهای خطی بارهای الکتریکی که از جریان متناوب تغذیه می‌کنند از دو نوع توان تغذیه می‌کنند؛ توان اکتیو که کار مفید را انجام می‌دهد یا در واقع به شکل مطلوب انرژی که ممکن است انرژی مکانیکی یا گرمایی باشد تبدیل میشود، توان راکتیو که در واقع به علت ذخیره شدن انرژی در بارها راکتیو به وجود می‌آید و در پایان هر سیکل به منبع باز می‌گردد. در واقع ضریب توان همان نسبت بین توان ظاهری و توان واقعی است که عددی بین ۰ و ۱ خواهد بود. وجود توان راکتیو موجب خواهد شد که توان واقعی از توان ظاهری کمتر باشد و به این ترتیب ضریب توان مقداری کمتر از ۱ داشته باشد.
توان راکتیو موجب افزایش یافتن جریان جاری بین منبع و بار میشود و به این ترتیب تلفات توان در طول خطوط انتقال و توزیع افزایش خواهد یافت و در نتیجه قیمت تمام شده انرژی الکتریکی تحویلی افزایش خواهد یافت. به همین دلیل شرکتهای تولید کننده برق از مصرف کننده‌های خود به ویژه مصرف کننده‌های بزرگ می‌خواهند تا با نگه داشتن ضریب توان در محدوده استاندارد (در حدود ۰٫۹) از اتلاف انرژی جلوگیری کنند و در غیر این صورت جریمه خواهند شد. به این ترتیب مصرف کننده‌ها با نصب واحدهای اصلاح کننده ضریب توان در واحدهای مسکونی، تجاری و به ویژه صنعتی از پداخت جریمه‌های اضافه جلوگیری می‌کنند.
برای مهندسین برقی که با تولید، توزیع، انتقال و مصرف انرژی الکتریکی درگیر هستند ضریب توان بارهای مختلف از اهمیت بالای برخوردار است چراکه این ضریب توان می‌تواند موجب ایجاد هزینه‌های اضافی برای صنایع تولید برق و مصرف کننده‌ها شود. ضریب توان پایین‌تر همچنین هزینه‌های اجرای طرح‌های انتقال را نیز افزایش می‌دهد چراکه با کاهش ضریب توان نیاز به نصب تجهیزاتی مانند سوئیچ‌ها، مدار شکن‌ها, ترانسفورماتورها و ... با ظرفیتی بالاتر از ظرفیت معمول را خواهد بود و ظرفیت در سیم‌کشی خطوط انتقال نیز باید افزایش یابد. • هدف از اصلاح ضریب توان نزدیک کردن ضریب توان یک مدار AC به ۱، با استفاده از تغذیه بارهای راکتیو مخالف
بار موجود است. 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. • 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.
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. اصلاح ضریب توان فعال می‌تواند به صورت یک طبقه یا چند طبق عمل کند این سیستم همچنین بسیار موثر بوده و می‌تواند با اصلاح ضریب توان ضریب توانی در حدود ۰٫۹۹ ایجاد کند.
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.
بانک خازنی • خازنها عامل جبران کننده توان راکتیو برای بارهای سلفی بوده و به عنوان عامل تصحیح کننده ضریب قدرت، عمل می کنند. توانی را که مشترکان برق، مصرف می کنند متفاوت است، در نتیجه خصوصیات ضریب قدرت آنها نیز متفاوت است. • انرژی راکتیو در شبکه ها توسط اندوکتانس خطوط انتقال، ترانسفورماتورها، مدارهای الکترومغناطیسی موتورها و سایر مصرف کننده ها از قبیل لامپهای فلوئورسنت، یکسو سازها و سیستمهای الکترونیک، مصرف می شود که این موضوع، موجب کاهش ضریب قدرت (Power factor) شده و در نتیجه باعث کاهش انتقال انرژی اکتیو میشود.
با تولید قدرت کاپاسیتیو توسط خازنها، اثر مولفه های راکتیو کاهش و ضریب قدرت افزایش می یابد که نتیجه آن برای مصرف کنندگان برق، صرفه جویی اقتصادی و برای شرکتهای برق، ایجاد شرایط فنی مطلوبتر برای انتقال انرژی خواهد بود.
نحوه عملکرد خازن: • استفاده از خازنها به عنوان تولیدکننده بار راکتیو به منظور تنظیم و کنترل ولتاژ و جلوگیری از نواسانات قدرت در شبکه ها و تصحیح ضریب قدرت در مصرف کننده ها به علت ارزانی و سادگی سیستم آن، بسیار متداول است. در یک مصرف کننده الکتریکی غیر اهمی بین ولتاژ و جریان، اختلاف فازی وجود دارد (φ1). • جریانی که مصرف کننده از شبکه می کشد دو جزو اکتیو (IP)و راکتیو (Iq)دارد. حال اگر خازنی را به دو سر بار، متصل کنیم جریانی (Ic)از شبکه می کشد که در خلاف جهت جریان راکتیو بار است.
لذا جریان راکتیوی که از شبکه کشیده میشود کاهش می یابد . در این شرایط زاویه جدید بین جریان و ولتاژ تقلیل مییابد. به عبارت دیگر در شرایط جدید، ضریب توان cos(φ2)بزرگتر شده است. هر اندازه زاویه کوچکتر باشد متناسب با آن، قدرت اکتیو بیشتر و قدرت راکتیو کمتر خواهد شد. خازنهای اصلاح ضریب توان باید در شبکه بصورت موازی قرار گیرند . برای اینکار در شبکه های تکفاز باید به فاز و نول وصل شوند و در شبکه های سه فاز پس از اتصال بصورت ستاره یا مثلث آنگاه به سه فاز متصل می شوند
مزایای استفاده از خازن ـ کاهش مولفه پس فاز جریان مدار ـ تنظیم ولتاژ و ثابت نگهداشتن آن به منظور جلوگیری از وارد آمدن خسارت به دستگاهها ـ کاهش تلفات سیستم به دلیل کاهش جریان (R*I²) ـ کاهش توان راکتیو در سیستم به دلیل کاهش جریان ـ بهبود ضریب توان شبکه ـ به تعویق انداختن و یا به طور کلی حذف کردن هزینه های لازم برای ایجاد تغییرات در سیستم ـ افزایش درآمد ناشی از افزایش ولتاژ و جبران بار راکتیو
پس از مشخص شدن مقدار ضریب توان موجود، محاسبه خازن برای جبران توان راکتیو و اصلاح ضریب توان، انجام میشود. معمولاً این جبرانسازی برای ضریب قدرت بین 0.85 تا 0.95 انجام میشود. از جبرانسازی ضریب قدرت بیش از 0.95 باید اجتناب شود. زیرا در این شرایط علاوه بر نیاز به میزان قابل ملاحظه ای از خازن برای تامین قدرت راکتیو، هادیها به دلیل عبور جریان زیاد راکتیو تحت تنش قرار گرفته و نیز ممکن است در شبکه مصرف کننده افزایش ولتاژ نامطلوبی ایجاد شود.
محاسبه توان خازن • Q=Px(tgφ1-tgφ2) • در این فرمول، 1φ ضریب فعلی و 2φ ضریب است که میخواهیم به آن برسیم، همینطور P توان اکتیو میباشد.
روشهای جبرانسازی 1- انفرادی: در این روش، خازن موازی با load قرار می گیرد. از این روش عمدتا برای جبرانسازی توان رآکتیو بی باری ترانسفورماتور، موتورهای دائم کار و موتورهای کم بار و یا با کابل طولانی استفاده می شود. از مزایای آن می توان به پاک شدن شبکه داخلی از توان رآکتیو و مخارج کمتر اشاره کرد. در عین حال معایب زیر نیز وجود دارند: - جبران سازی در تمام کارخانه پخش می شود. - نصب پیچیده تری دارد. - نظر به عدم توجه به ضریب همزمانی خازن بیشتری مورد نیاز است.
2- گروهی: • برای دستگاههایی استفاده می شوند که بصورت گروهی (مصارف سلفی سنگین درصورت بکار گرفته شدن همزمان) نصب می شوند. در این روش بجای استفاده از خازنهای مختلف کوچک، از یک خازن بزرگ استفاده می شود. • این نوع جبران سازی، مشابه انفرادی، ولی اقتصادی تر می باشد. ولی تنها برای مصرف کننده های گروهی قابل استفاده می باشند
3- جبران سازی مرکزی: در این روش، خازنها در ورودی برق اصلی قرار داده می شوند و تمام توان رآکتیو را پوشش می دهند. با این کار،کل توان خازن به پله های متعددی تقسیم شده و بوسیله یک رگولاتور و چند کنتاکتور، متناسب با توان مورد نیاز، خازنها وارد مدار می شوند. از جمله مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد: - کل سیستم قابل دید و کنترل می باشد. - از خازنها به نحو درستی استفاده می شود. - بدلیل توجه به ضریب همزمانی، از خازنهای کمتری استفاده می شود. - هارمونیک شبکه، با افزودن رآکتور به خازنها، کنترل می شود. از معایب آن نیز قیمت بالاتر (بدلیل استفاده از رگولاتور) و نیز کم نشدن بار داخلی شبکه می باشد. 4- مختلط: در برخی موارد بهتر است بنا به دلایل اقتصادی، از هر سه روش فوق استفاده گردد
نتیجه گیری: • امروزه خازنها به عنوان تصحیح کننده ضریب قدرت و تغذیه کننده توان راکتیو از اهمیت خاصی برخوردارند. وجود خازن نه تنها برای اصلاح ضریب قدرت شبکه سراسری برق ناشی از اندوکتانس خطوط انتقال انرژی و ترانسفورماتورها مفید است، بلکه نصب آن برای مصرف کنندگان فشار ضعیف، ضروری است. • اگر چه هزینه های اولیه سرمایه گذاری برای نصب بانکهای خازنی به نظر گران میرسد ولی در ظرف مدت ۱۸ تا ۳۰ ماه هزینه های فوق از محل صرفه جویی ضرر و زیان مندرج در صورتحسابهای دورهای مستهلک تصویه خواهد شد. در نتیجه توجیه و تشویق مشترکان برای نصب خازن، بهره وری دوسویه است که منافع حاصل از آن به نفع مشترکان و نیز شرکتهای برق خواهد بود www.maes.ir
