اصلاح ضریب توان یا ضریب قدرت (به انگلیسی: Power factor correction)، که با عبارت PFC نشان داده می شود، فرآیند تنظیم ضریب توان از مقادیر کمتر از 1 به مقادیر نزدیک به 1 است. اصلاح ضریب توان نیز در هنگام انتقال انرژی الکتریکی در ایستگاه های کمکی برای افزایش راندمان تبدیل ولتاژ و در مراکز مصرف انرژی الکتریکی انجام می شود. ضریب توان یا کسینوس فی نسبت توان اکتیو یا توان واقعی به توان ظاهری است. در مصرف کنندگان سه نوع توان شامل توان ظاهری (S)، توان اکتیو (P) و توان راکتیو (Q) تعریف شده است. توان اکتیو برابر با توان واقعی و توان بار مقاومتی است که بر حسب وات بیان می شود. توان راکتیو یک توان فرضی است که برای مقایسه عملکرد سلف ها و خازن ها تعریف می شود و توان ظاهری مجموع توان اکتیو و راکتیو است.
اصلاح ضریب توان یا قدرت به چه معناست؟
نسبت توان واقعی به توان ظاهری یک وسیله الکتریکی را ضریب توان می گویند. در واقع ضریب توان کمیتی است که اثر تبدیل توان مفید به کار را نشان می دهد. مقدار ضریب توان در مقیاس 0 تا 1 است که 1 بهترین مقدار است. هر مقدار کمتر از ضریب توان 1 (ضریب توان واحد) به این معنی است که برای انجام یک کار خاص به قدرت بیشتری نیاز داریم. عبور جریان باعث تلفات در منبع و سیستم توزیع میشود. هنگامی که ضریب توان واحد است، مدار توسط یک منبع کارآمدتر تغذیه می شود. اگر ضریب توان کاهش یابد، تلفات افزایش می یابد.
هنگامی که ضریب توان کمتر از واحد باشد، توان از دست رفته به عنوان توان راکتیو شناخته می شود. این توان نقش ویژه خود را در میدان مغناطیسی بار سلفی دارد. توان راکتیو به عنوان توان بی وات یا انرژی هدر رفته نیز شناخته می شود و باعث اضافه بار در سیستم و افزایش هزینه قبض برق می شود.
چرا اصلاح ضریب قدرت بااهیمت است؟
هدف بهبود ضریب توان، بهینه سازی استفاده از انرژی الکتریکی، کاهش هزینه قبوض برق و کاهش تلفات انرژی است. به عبارت دیگر می توان دلایل زیر را برای بهبود ضریب توان در نظر گرفت:
- اگر ضریب توان نزدیک به واحد باشد، می توان بار بیشتری را برای همان توان ظاهری به ترانسفورماتورها متصل کرد.
- با ضریب توان بالا، می توانید از جریمه های اعمال شده توسط شرکت برق جلوگیری کنید.
- تعیین اندازه بهینه کابل های برق به مقدار ضریب توان بستگی دارد. ضریب توان کمتر منجر به تلفات مس بیشتر و افت ولتاژ بیشتر در طول خط می شود. با اصلاح ضریب توان، اندازه افت ولتاژ کاهش می یابد و در نتیجه هزینه دستگاه کاهش می یابد.
- کاهش مصرف توان به دلیل افزایش راندمان باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و کاهش مصرف سوخت نیروگاه می شود.
انواع روش های اصلاح ضریب توان کدامند؟
سه روش اصلی برای اصلاح ضریب توان استفاده می شود:
- اصلاح ضریب توان فردی
- اصلاح ضریب توان گروهی
- اصلاح ضریب توان مرکزی
1.اصلاح ضریب توان فردی
این روش عمدتاً برای حالت بی باری ترانسفورماتورها، دستگاه های دارای سیم بلند و موتورهای دائمی استفاده می شود که در آن خازن به طور جداگانه برای هر مصرف کننده محاسبه و نصب می شود. از مزایای این روش عدم استفاده از تنظیم کننده ضریب توان، جبران دقیق، تخلیه شبکه از بار راکتیو و کاهش هزینه هر کیلووار خازن است. مهم ترین عیب این روش عدم در نظر گرفتن فاکتور استفاده همزمان توسط کاربران مختلف است که باعث افزایش تعداد خازن های نصب شده در شبکه می شود. همچنین، نصب آن پیچیده تر است و جبران سازی بصورت پراکنده می باشد.
2.اصلاح ضریب توان گروهی
در این روش یک خازن بزرگ برای چند مصرف کننده که به صورت همزمان و در کنار هم کار می کنند نصب می شود. از آنجایی که این نوع جبران، نوع خاصی از جبران سازی موضعی است، علاوه بر کاهش تعداد خازن ها و مراحل نصب، مزایای روش قبلی را دارد و هزینه آن نیز مقرون به صرفه است.
3.اصلاح ضریب توان مرکزی
در این روش یک خازن در سراسر ورودی سیستم نصب می شود و به پله های کوچک تقسیم می شود. رگولاتور ضریب توان شبکه را کنترل می کند، خازن مورد نیاز را محاسبه و در شبکه قرار می دهد. این روش تقریباً در همه جا قابل استفاده است. عیب اصلی این روش عدم جبران سازی داخل شبکه مصرف کننده است. از مزایای این روش میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- نصب و کنترل آسان
- استفاده بهینه از خازن های نصب شده و انعطاف پذیری برای تغییرات بار و کنترل هارمونیک شبکه
چه هنگامی ضریب قدرت باید اصلاح گردد؟
ژنراتورهای نیروگاهی معمولاً برای ضریب توان 0.8 تا 0.9 طراحی می شوند. اگر مصرف واقعی کمتر از مقدار طراحی شده (0.8) باشد، جریان خروجی ژنراتور باید بیشتر از جریان نامی باشد یا توان خروجی محدود باشد. در نتیجه، شرکت های تامین برق محدودیت های توان راکتیو را به مصرف کنندگان ارائه می کنند. این محدودیت معمولاً برای صنایع بزرگ یا مصرف کنندگان عمومی بزرگ اعمال می شود. مصرف کنندگان برای پایین آوردن ضریب توان از مقدار معینی باید جریمه بپردازند. این مقدار در محدوده وسیعی از 0.8 تا 0.97 متغیر است. موتورهای الکتریکی متصل به شبکه یکی از دلایل اصلی افت ضریب توان هستند. ضریب قدرت موتورهای استاندارد به توان آنها بستگی دارد اما به طور کلی می توان آن را 0.85 در نظر گرفت؛ اما اگر موتور تحت بار سبک باشد کمتر می شود.