آشنایی با پارامترهای موثر در یک سیستم الکتریکی، برای اجرا و مدیریت صحیح سیستم‌ها الزامی است. ضریب توان (ضریب قدرت) از شاخص‌های کلیدی و مهم در یک دستگاه الکتریکی می‌باشد که نشان دهنده‌ی کاراییِ تبدیل انرژی در سیستم‌ها است و در صنایع مختلف کاربرد دارد. در این مقاله به بررسی مفهوم ضریب قدرت که یکی دیگر از اصطلاحات روشنایی می‌باشد، همچنین اهمیت و نحوه بهینه سازی ضریب توان نامناسب می‌پردازیم.
ضریب توان یا power factor چیست؟
ضریب توان در واقع نشان می‌دهد که چه مقدار توان برای انجام کار مفید لازم است و به عبارتی میزان کارکرد موثر دستگاه را بیان می‌کند. مقدار این پارامتر از نسبت توان واقعی (توان اکتیو) به توان ظاهری (مجموع توان اکتیو و توان راکتیو) به دست می‌آید. بنابراین یک مدار با ضریب توان پایین در مقایسه با یک مدار با ضریب توان بالا، نیازمند مصرف انرژی بیشتری برای انجام کار مساوی است. از تاثیرات مهم ضریب قدرت بر روی سیستم‌های الکتریکی می‌توان به اثرگذاری بر طول عمر تجهیزات برقی اشاره کرد. یکی از پارامترهای نشان دهنده محصول باکیفیت، ضریب توان آن محصول است.
معرفی پارامترهای ضریب توان
power factor شامل سه پارامتر اساسی است:
- توان اکتیو (واقعی): توان واقعی، انرژی مورد نیاز برای انجام کار مفید را تامین می‌کند. واحد اندازه گیری آن W (وات) است و با P نمایش داده میشود.
- توان راکتیو (غیر واقعی): توان راکتیو به توانی می‌گویند که بین منبع و بار در مدار، در رفت و برگشت است و نمی‌توان از آن برای کار موثر در سیستم بهره برد. واحد اندازه گیری آن RAV (ولت آمپر راکتیو) است و با Q نمایش داده میشود.
- توان ظاهری: توان ظاهری در واقع کل جریان برق در یک مدار است و کل توانی را که باید توسط منبع تامین شود یعنی هم توان واقعی و هم توان غیرواقعی را منعکس می‌کند. واحد اندازه گیری آن VA است و با S نمایش داده میشود.
شکل بالا مثال جالبی از مفهوم ضریب توان است. همانطور که می‌بینید، محتویات داخل بسته چیپس نشانگر مفهوم توان واقعی و هوای داخل بسته بندی نشانگر توان غیرواقعی است. شما با داشتن یک بسته چیپس در واقع هم محتویات و هم هوای داخل بسته بندی را در اختیار دارید و برای آن پول پرداخت می‌کنید، هرچند که فقط چیپس را مصرف می‌کنید!
نحوه محاسبه ضریب توان
همانطور که گفته شد، مقدار ضریب قدرت، حاصل تناسب بین دو پارامتر توان اکتیو و ظاهری است و این نسبت گیری اندازه‌ای بین 0 تا 1 (0% تا 100%) می‌دهد. هرچه این مقدار به عدد 1 نزدیکتر باشد، نشان می‌دهد که دستگاه از انرژی به شکل کارآمدتری بهره برده در نتیجه بازدهی آن بیشتر است. معمولا ضریب توان استاندارد مشخص شده از طرف شرکت‌های برق بین 0.8 تا 1 است. پاور فکتور پایین در یک سیستم الکتریکی، موجب بالا رفتن جریان در مدار و تلفات انرژی میشود که این مورد قاتل برق و پول‌های شماست!
فرمول محاسبه ضریب توان:
PF = P/S
این نسبت به دست آمده، مقدار بهره وری دستگاه از انرژی الکتریکی را نشان می‌دهد و واحد اندازه گیری مشخصی ندارد.
اهمیت ضریب توان در صنعت
مقدار power factor محصولی که خریداری می‌کنید، حائز اهمیت است؛ اگر میزان کمی داشته باشد، به این معنی است که مقدار توان راکتیو بیشتر از توان اکتیو بوده است. بنابراین انرژی منبع کاملا به کار مفید تبدیل نمی‌شود و فقط باعث افزایش هزینه میشود. زیرا محاسبه هزینه برق مصرفی دستگاه از روی توان ظاهری انجام میشود. در مقابل، به هر میزان که ضریب قدرت مصرف کننده افزایش یابد، مقدار جریان عبوری از شبکه کاهش یافته که این موضوع باعث کاهش افت ولتاژ و جلوگیری از مصرف بی‌رویه برق میشود. همچنین راندمان بهتر و بهره‌روی بالای سیستم الکتریکی را در پی دارد.
در برخی از کشورها قوانینی برای اصلاح ضریب قدرت موتورهای الکتریکی وضع شده و اگر از مقدار استاندارد کمتر باشد، شرکت‌ها شامل جریمه می‌شوند.
نحوه بهینه سازی ضریب قدرت
در بخش قبلی به اهمیت ضریب توان اشاره کردیم. هزینه زیاد حاصل از ضریب قدرت پایین برای صنایع، سبب شده تا بهینه سازی این مورد اهمیت زیادی داشته باشد و متخصصان بتوانند تا حدود نیمی از هزینه‌های کاربران را کاهش دهند. ضریب قدرت مناسب می‌تواند باعث افزایش پایداری و کاهش اختلالات در سیستم‌های الکتریکی شود. همینطور شبکه‌های توزیع برق با ضریب توان بالا، قادر به انتقال نیروی بیشتری، بدون نیاز به افزایش ظرفیت تجهیزات هستند. بنابراین نیاز است وقتی مقدار ضریب قدرت کمتر از استاندارد مشخص شده است، روش‌ها و تجهیزات مناسب برای بهبود آن را به کار بگیرید تا تأثیرات مثبتی در صنعت و زندگی روزمره به وجود آید.
اصلاح ضریب توان از روش‌های مختلف انجام میشود. برخی از این روش‌ها عبارت اند از:
- بانک خازنی: بانک خازن یکی از انواع تابلو برق‌ها بوده که مورد استفاده کارخانه‌ها، واحدهای صنعتی و مسکونی و به طور کلی مصرف کنندگان برق است. این خازن به کمک شبکه برق می‌آید، به تنظیم ولتاژ کمک می‌کند و سبب جلوگیری از اتلاف انرژی میشود.
- کنترل خودکار: می‌توان از برخی سیستم‌های کنترل هوشمند برای تنظیم ضریب توان استفاده کرد.
- تعمیر یا تعویض دستگاه‌ها: با اصلاح و تعمیر بعضی از تجهیزات مورد استفاده، بهره روی بیشتر و کاهش انرژی را اعمال می‌کنید.
