ما هو معامل القدرة (PF)

2019-01-11 23:28:19

في الهندسة الكهربائية، يُعرَّف معامل القدرة لنظام الطاقة الكهربائية المتردد بأنه نسبة القدرة الحقيقية التي يمتصها الحمل إلى القدرة الظاهرية المتدفقة في الدائرة، وهو رقم بلا أبعاد في الفاصل المغلق من −1 إلى 1. يشير معامل القدرة الأقل من واحد إلى أن الجهد والتيار ليسا في طور، مما يقلل من حاصل الضرب اللحظي للاثنين. القدرة الحقيقية هي حاصل الضرب اللحظي للجهد والتيار وتمثل قدرة الكهرباء على أداء العمل. القدرة الظاهرية هي متوسط ​​حاصل ضرب التيار والجهد. بسبب الطاقة المخزنة في الحمل وإعادتها إلى المصدر، أو بسبب الحمل غير الخطي الذي يشوه شكل موجة التيار المستمد من المصدر، قد تكون القدرة الظاهرية أكبر من القدرة الحقيقية. يحدث معامل القدرة السالب عندما يولد الجهاز (الذي يكون الحمل عادةً) طاقة، والتي تتدفق بعد ذلك مرة أخرى نحو المصدر.

 

في نظام الطاقة الكهربائية، يستهلك الحمل ذو معامل القدرة المنخفض تيارًا أكبر من الحمل ذو معامل القدرة المرتفع لنفس كمية الطاقة المفيدة المنقولة. وتزيد التيارات الأعلى من الطاقة المفقودة في نظام التوزيع، وتتطلب أسلاكًا ومعدات أخرى أكبر حجمًا. وبسبب تكاليف المعدات الأكبر حجمًا والطاقة المهدرة، تفرض شركات المرافق الكهربائية عادةً تكلفة أعلى على العملاء الصناعيين أو التجاريين حيث يكون معامل القدرة منخفضًا.

 

يعمل تصحيح معامل القدرة على زيادة معامل القدرة للحمل، مما يحسن كفاءة نظام التوزيع الذي يرتبط به. يمكن تصحيح الأحمال الخطية ذات معامل القدرة المنخفض (مثل المحركات الحثية) باستخدام شبكة سلبية من المكثفات أو المحاثات. تعمل الأحمال غير الخطية، مثل المقومات، على تشويه التيار المسحوب من النظام. في مثل هذه الحالات، يمكن استخدام تصحيح معامل القدرة النشط أو السلبي لمقاومة التشويه ورفع معامل القدرة. قد تكون أجهزة تصحيح معامل القدرة في محطة فرعية مركزية، أو منتشرة على نظام توزيع، أو مدمجة في معدات تستهلك الطاقة.

 

 

مجموعة مكثفات 75 ميجا فولت في محطة فرعية 150 كيلو فولت

تتطلب عوامل القدرة الأقل من 1.0 من المرافق توليد أكثر من الحد الأدنى من الفولت أمبير اللازم لتوفير الطاقة الحقيقية (وات). وهذا يزيد من تكاليف التوليد والنقل. على سبيل المثال، إذا كان عامل قدرة الحمل منخفضًا مثل 0.7، فإن الطاقة الظاهرية ستكون 1.4 ضعف الطاقة الحقيقية التي يستخدمها الحمل. سيكون تيار الخط في الدائرة أيضًا 1.4 ضعف التيار المطلوب عند عامل قدرة 1.0، وبالتالي ستتضاعف الخسائر في الدائرة (لأنها تتناسب مع مربع التيار). بدلاً من ذلك، سيتم زيادة حجم (وتكلفة) جميع مكونات النظام مثل المولدات والموصلات والمحولات ومعدات التبديل لحمل التيار الإضافي. عندما يكون عامل القدرة قريبًا من الواحد، لنفس تصنيف KVA للمحول يمكن توصيل المزيد من الحمل.

 

تفرض شركات المرافق العامة عادةً تكاليف إضافية على العملاء التجاريين الذين تقل قيمة معامل القدرة لديهم عن حد معين، والذي يتراوح عادةً بين 0.9 و0.95. غالبًا ما يهتم المهندسون بمعامل القدرة للحمل باعتباره أحد العوامل التي تؤثر على كفاءة نقل الطاقة.

 

مع ارتفاع تكلفة الطاقة والمخاوف بشأن توصيل الطاقة بكفاءة، أصبح تصحيح معامل القدرة النشط أكثر شيوعًا في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية. وتدعو إرشادات Energy Star الحالية لأجهزة الكمبيوتر إلى استخدام معامل قدرة ≥ 0.9 عند 100% من الناتج المقدر في مصدر الطاقة الخاص بالكمبيوتر. ووفقًا لورقة بحثية من تأليف شركة Intel ووكالة حماية البيئة الأمريكية، فإن أجهزة الكمبيوتر ذات مصادر الطاقة الداخلية سوف تتطلب استخدام تصحيح معامل القدرة النشط لتلبية متطلبات برنامج ENERGY STAR 5.0 لأجهزة الكمبيوتر.

 

في أوروبا، يتطلب المعيار EN 61000-3-2 دمج تصحيح معامل القدرة في المنتجات الاستهلاكية.

 

لا يتم عادةً فرض رسوم على الطاقة التفاعلية على العملاء الصغار، مثل الأسر، وبالتالي لن يتم تركيب معدات قياس معامل القدرة لمثل هؤلاء العملاء.