كل ما تحتاج معرفته عن أنواع تصحيح معامل القدرة

تعمل أنظمة توزيع الكهرباء على القدرة الحقيقية، كما تحتاج إلى إمداد القدرة التفاعلية التي توفرها بنوك المكثفات.

يعمل تصحيح معامل القدرة على استقرار نظام توزيع الكهرباء وإطالة عمر الأجهزة.

غير أن تصحيح معامل القدرة يمكن تنفيذه بأساليب مختلفة. ستتعرف هنا على جميع هذه الأساليب، وتشمل:

• تصحيح معامل القدرة النشط
• تصحيح معامل القدرة السلبي
• تصحيح معامل القدرة بحسب موقع المكثف.

تابع القراءة للاستفادة من هذه المعلومات.

ما هو تصحيح معامل القدرة؟

تصحيح معامل القدرة هو أسلوب لرفع معامل القدرة لمصدر الطاقة. فبدون تصحيح معامل القدرة، تستهلك مصادر الطاقة ذات التبديل التيار في نبضات قصيرة ومكثفة. ويمكن استخدام الأساليب النشطة والسلبية معاً لتنعيم هذه النبضات، مما يخفض القدرة المدخلة الظاهرية وتيار RMS، ويرفع بالتالي معامل القدرة.

يُعدِّل تصحيح معامل القدرة تيار الدخل بهدف تحقيق أقصى استفادة من القدرة الحقيقية المُؤخذة من مصدر التيار المتردد. ومن الناحية المثلى، ينبغي للأجهزة الكهربائية أن تحاكي مقاوماً نقياً من خلال تمثيل حمل بقدرة تفاعلية صفرية، وتكون شكلا موجتَي التيار والجهد في هذه الحالة موجتَين جيبيتَين متطابقتَين ومتزامنتَين في الطور. بيد أنه يوجد دائماً تأخر في القدرة يُفضي إلى انخفاض معامل القدرة، نظراً لاحتواء معظم الدوائر الكهربائية على مكونات تفاعلية.

في النظام المثالي، تُوظَّف جميع القدرة المسحوبة من شبكة التيار المتردد توظيفاً مفيداً، وهو ما لا يتحقق إلا عند تزامن التيار والجهد في الطور. فإذا تغير الطور بين الاثنين، ضاع جزء من الطاقة المأخوذة من مصدر التيار المتردد دون إمكانية الاستفادة منها.

ولتلبية الطلب على الطاقة الضائعة والطاقة المفيدة معاً، يضطر مولِّد الطاقة إلى رفع الإنتاج، مما يستلزم ضخ مزيد من الاستثمارات في التوليد والنقل والتوزيع والتحكم، وهي تكاليف يتحملها المستهلك في نهاية المطاف، فضلاً عن مساهمتها في ظاهرة الاحترار العالمي.

وعلى الرغم من أن تصحيح معامل القدرة لا يصل إلى القيمة 1 تماماً، إلا أنه يقترب منها حتى 0.95، وهو مستوى مناسب لمعظم التطبيقات. إذ يسعى تصحيح معامل القدرة إلى دفع معامل القدرة في النظام الكهربائي، كمصدر الطاقة مثلاً، نحو القيمة 1.

أساليب تصحيح معامل القدرة

يُعدّ PFC السلبي و PFC النشط الأسلوبَين الأكثر استخداماً في تصحيح معامل القدرة لمصادر الطاقة.

تصحيح معامل القدرة السلبي

يُستخدم هذا الأسلوب لمصادر الطاقة ذات القدرة المنخفضة التي لا تتجاوز 100W. تعتمد تقنية التصحيح على دائرة رنين تسلسلية تتكون من مكثف ومحث ومرشح توافقي منخفض المرور عند مدخل التيار المتردد. ويمكن للمكونات الصغيرة الحجم أن توفر مع ذلك تصحيحاً فعّالاً واقتصادياً لمعامل القدرة.

تتميز وحدات PFC السلبية بسهولة الاستخدام والموثوقية والمتانة لمتطلبات القدرة المنخفضة، كما أنها لا تُصدر تداخلاً كهرومغناطيسياً (EMI). غير أن المحث يجعلها كبيرة الحجم وثقيلة الوزن.

المزايا

• منخفض التكلفة
• كفاءة عالية
• بنية بسيطة

العيوب

• ثقيل وكبير الحجم
• لا يوجد تنظيم للجهد
• نطاق محدود لجهود الدخل

تصحيح معامل القدرة النشط

يُفضَّل استخدام تقنيات PFC النشط لمصادر الطاقة التي تتجاوز قدرتها 100W. هذا الأسلوب أخف وزناً وأقل ضخامةً، ويوفر تصحيحاً أكثر فعالية.

تقيس دائرة تحكم جهد الدخل والتيار وتعدِّل توقيت التبديل ودورة العمل لضمان تزامن جهد الدخل والتيار في الطور. يوفر ذلك تعديلاً تلقائياً لجهد دخل التيار المتردد، مما يُتيح تحقيق معامل قدرة محتمل يتجاوز 0.95. يستطيع PFC النشط العمل على نطاق أوسع من جهود الدخل مقارنةً بـ PFC السلبي، غير أنه يحتاج إلى مزيد من المكونات مما يزيد من تعقيده وتكلفته.

المزايا

• يحقق معامل قدرة 0.95 أو أعلى
• صغير الحجم وخفيف الوزن
• نطاق واسع من جهود دخل التيار المتردد والتردد
• أكثر مرونة
• تحكم أعلى

العيوب

• معقد
• تكلفة أعلى

اعرف المزيد عن أنواع بنوك المكثفات

أساليب تصحيح معامل القدرة بحسب موقع بنك المكثفات

يمكن من الناحية النظرية تركيب المكثفات في أي مكان، غير أنه يجب تقييم الجدوى الاقتصادية والعملية ذات الصلة. وفيما يلي أنواع تصحيح معامل القدرة وفقاً لموقع المكثف.

تصحيح معامل القدرة الموزّع

في هذا الأسلوب، تُوصَّل بنوك المكثفات مباشرةً بطرف الحمل الذي يحتاج إلى القدرة التفاعلية. هذا النوع من التركيب اقتصادي للغاية وبسيط التنفيذ. ويمكن استخدام آلية حماية التيار الزائد ذاتها للحمل وبنك المكثفات معاً، كما هو موضح في الصورة أدناه، مما يُتيح توصيلهما وفصلهما في آنٍ واحد.

يُوصى بهذا النوع من تصحيح معامل القدرة للأحمال الثقيلة الموصولة بالنظام لفترات مطوّلة. وتستخدم المحركات الحثية والمصابيح الفلورية عادةً تصحيح معامل القدرة الموزّع.

تصحيح معامل القدرة الجماعي

يُستخدم هذا الأسلوب عادةً للأحمال المتشابهة في طبيعة عملها. ويُقدَّم بنك مكثفات مشترك لرفع معامل القدرة، كما هو موضح في الصورة.

لذا، إذا كانت لديك على سبيل المثال ثلاثة محركات حثية متماثلة تؤدي الغرض ذاته، فيمكنك استخدام بنك مكثفات مشترك لتصحيح معامل القدرة. وعلى الرغم من أن هذا الأسلوب فعّال من حيث التكلفة أيضاً، إلا أنه لا يُنصح به إلا للأحمال الخفيفة.

تصحيح معامل القدرة المركزي

ليست جميع الأحمال في النظام موصولة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع؛ فثمة أحمال تعمل لفترات قصيرة جداً. في مثل هذه الحالات، لا يُعدّ استخدام تصحيح معامل القدرة الموزّع خياراً حكيماً. لذا يُفضَّل اللجوء إلى تصحيح معامل القدرة المركزي، الذي تُنصَّب فيه بنوك المكثفات عند نقطة البداية أو مركز النظام. يُتيح ذلك تخفيضاً ملحوظاً في القدرة الإجمالية للمكثفات المركّبة. ولما كان إبقاء بنوك المكثفات موصولة بالنظام بصفة دائمة غير مستحسن، وجب تركيب هذه البنوك مع جهاز تبديل.

تصحيح معامل القدرة المدمج

كما يُشير الاسم، يجمع هذا الأسلوب بين طريقتَين مختلفتَين، هما تصحيح معامل القدرة الموزّع وتصحيح معامل القدرة المركزي. إذ يُطبَّق في هذا الأسلوب تصحيح معامل القدرة الموزّع على الأحمال الكبيرة التي تعمل باستمرار، فيما يُستخدم أسلوب تصحيح معامل القدرة المركزي لتحسين معامل القدرة للأجهزة الصغيرة.

تصحيح معامل القدرة التلقائي

نظراً لدورة تشغيل المعدات، لا تمتص معظم الأنظمة القدرة التفاعلية بصورة مستمرة. لذا تتضمن مثل هذه المنشآت أساليب لتصحيح معامل القدرة تلقائياً، تُتيح التبديل بين عدة بنوك مكثفات عند الحاجة. وتُستخدم لهذا الغرض لوحات APFC، المعروفة أيضاً بلوحات التحكم التلقائي في معامل القدرة. وفيما يلي المكونات الرئيسية لهذه اللوحات:

• مستشعرات لقياس الجهد والتيار
• أجهزة تبديل وحماية
• نظام متطور يقيِّم الفرق بين معامل القدرة الحالي والمطلوب
• لوحة APFC

فوائد تصحيح معامل القدرة

يُحقق معامل القدرة البالغ 1 أو الأقرب إليه انخفاضاً في الخسائر واستخداماً فعّالاً لجميع القدرة المُنتجة.

• الفوائد التقنية

أسفرت الكفاءة المحسّنة وانخفاض الطلب على القدرة عن تخفيف العبء على الكابلات ومعدات التبديل، وخفض الأسعار للمستهلك، ودعم تحمّل أحمال أعلى.

• الفوائد التجارية

تنخفض خسائر النظام وتتراجع تكاليف رأس المال بالنسبة لشركة التوليد. كما تتحقق وفورات في فواتير الكهرباء نظراً لعدم وجود رسوم على القدرة التفاعلية الزائدة. وتعمل أنظمة ومعدات النقل والتوزيع بكفاءة أعلى وتدوم لفترة أطول نتيجةً لذلك.

• الفوائد البيئية

يُسهم تصحيح معامل القدرة في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون CO2.

الخلاصة

الآن أصبحت على دراية بجميع أنواع تصحيحات معامل القدرة. تذكّر أنه يجب عليك اختيار أسلوب تصحيح معامل القدرة المناسب لأنظمة توزيع الكهرباء لديك، وإلا فقد يتقلص عمر أجهزتك.