بانک خازن

نتیجه اینکه سلف توانی را از مولد دریافت می کند اما این توان را به شبکه پس می دهد . این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف می شود . پس مقدار از توان تلف می شود . مصرف کننده های فوق برای انجام اینکار به توان مذکور نیاز دارند اما این توان برای شبکه مضر است و زیانهای زیر را در پی دارد :

- اضافه شدن جریان مولد و درنتیجه نیاز به مولدهایی با توانهای بیشتر
- چون جریان شبکه زیاد می شود به سیمها و کابلهایی با سطح مقطع بالاتر برای کاهش افت ولتاژ نیاز است که این موضوع هزینه اولیه شبکه را افزایش می دهد .
- اتلاف توان در شبکه های توزیع بصورت حرارت روی می دهد در نتیجه هر کاری کنید نمی توانید از این اتلاف جلوگیری کنید . نتیجه این اتلاف توان ،کاهش ولتاژ مصرف کننده می باشد که این موضع راندمان مصرف کننده را پایین می آورد .
- نمی توان این توان را به مصرف کننده های اهمی سلفی تحویل نداد زیرا کار آنها مختل می شود .

خازن ناجی شبکه های تولید و توزیع
توان هم در خازنها بصورت توان غیر مفید است درست مانند سلفها در یک چهارم پریود موج متناوب ،توان دریافت می کنند و در یک چهارم بعدی توان را تحویل می دهند پس خازنها هم مانند سلفها باعث افرایش توان راکیتو ( غیر مفید ) شبکه می شوند اما اتفاق بامزه زمانی روی می دهد که خازن و سلف با هم در شبکه قرار گیرند .
این دو برعکس هم عمل می کنند . یعنی زمانی که سلف توان می گیرد خازن توان می دهد و زمانی که سلف توان می دهد خازن توان می گیرد . پس توانهای غیر مفید این دو فقط یکبار از شبکه دریافت می شود و در زمانهای بعد بین آنها تبادل می شود بدون اینکه مولد این توان را تحمل کند . پس مصرف کننده های اهمی سلفی توان راکتیو خود را دریافت می کنند و مولد و شبکه توزیع آنرا تولید و پخش نمی کنند زیرا این کار را خازن انجام می دهد . این خازنها از حالا به بعد ، خازنهای اصلاح ضریب توان نام می گیرند و وظیفه آنها تامین توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده های اهمی سلفی است .

اتصال خازن به شبکه
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 .

این خازنها باید از انواعی انتخاب شوند که بتوانند دایمی در مدار قرار گیرند پس باید بتوانند ولتاژ شبکه را تحمل کنند در محاسبه خازن از انواعی استفاده می شود که ولتاژ مجاز آنها 15% بیشتر از ولتاژ شبکه باشد .

محاسبه خازن
نقش خازن در شبکه کاهش توان راکتیو مصرف کنند های اهمی – سلفی از دید مولدها است . با این اتفاق ضریب توان مفید به یک نزدیک می شود . پس با کنترل ضریب توان امکان کنترل توان راکتیو وجود دارد . این کار بکمک یک کسینوس فی متر صورت می گیرد . یعنی بکمک کسینوس فی متر می توان دریافت که ضریب توان و در نتیجه توان راکتیو در چه وضعیتی قرار دارد . 

خازن مذکور باید برابر نیاز شبکه باشد در غیر اینصورت خود توان راکتیو از مولد دریافت می کند و همچنین سبب افزایش ولتاژ آن می شود . پس باید خازن مطابق نیاز شبکه محاسبه شود .


پرسش : شبکه به چه مقدار خازن نیاز دارد ؟
پاسخ : مقداری که ضریب توان را به یک نزدیک کند . این مقدار خازن خود توان راکتیوی ایجاد می کند که توان راکتیو مصرف کننده اهمی – سلفی را جبران می کند . پس مقدار خازن به مقدار توان راکتیو مدار بستگی دارد . هر قدر این توان قبل از خازن گذاری بیشتر باشد ، اندازه خازن نیز بزرگتر خواهد بود .

با توجه به مطالب گفته شده باید برای محاسبه خازن دو مقدار مشخص شود :

یک – مقدار ضریب توان شبکه قبل از خازن گذاری
دو – مقدار ضریب توان شبکه بعد از خازن گذاری که انتظار داریم شبکه به آن برسد
سه - اندازه توان اکتیو

پس از تعیین این مقادیرمراحل زیر را پی می گیریم . برای مقدار ضریب توان مطلوب مثلا عدد 9/0 مقدار خوبی است . حال دو مقدار ضریب توان داریم یکی ضریب توان شبکه قبل از خازن گذاری و دیگری ضریب توان مطلوب که می خواهیم با گذاردن خازن به آن برسیم . بکمک رابطه زیر مقدار توان راکتیو مورد نظر را که با آمدن خازن تامین می شود محاسبه می کنیم . ( توجه : در خرید خازنهای اصلاح ضریب توان بجای فارد برای تعیین ظرفیت خازن از میزان توان راکتیو آن خازن سخن گفته می شود.)

ماشینهای سه فاز

ماشین های سنکرون سه فاز Three Phase Sychronous Machines

ماشین های سنکرون ماشین هایی هستند که با سرعت ثابتی با نام سرعت سنکرون می چرخند.این ماشینها جزو ماشین های جریان متناوب(AC) می باشند.در این ماشین ها بر خلاف ماشین های القایی(آسنکرون)،میدان گردان فاصله ی هوایی و روتور با یک سرعت که همان سرعت سنکرون است می چرخند.ماشین های سنکرون دو دسته می باشند:

1-ژنراتورهای سنکرون سه فاز

2-موتورهای سنکرون سه فاز

امروزه ژنراتور های سنکرون سه فاز ستون فقرات شبکه های برق را در جهان تشکیل می دهند و ژنراتورهای عظیم در نیرو گاه ها وظیفه ی تولید انرژی الکتریکی را به دوش می کشند.موتورهای سنکرون نیز در مواقعی به کار می روند که به سرعت ثابت نیاز باشد.یکی از ویژگی های خوب موتور های سنکرون این است که می تواند از شبکه توان راکتیو دریافت کند و یا به شبکه توان راکتیو تزریق کند.ماشین های سنکرون اعم از ژنراتور و موتور جزو ماشین های دو تحریکه محسوب می شوند،زیرا سیم پیچ آنها توسط منبع DC تغذیه گشته و از استاتور آن جریان AC می گذرد.باید دانست ساختمان ژنراتور و موتور سنکرون سه فاز شبیه یکدیگر است.شار شکاف هوایی در این ماشینها منتجه شارهای حاصله از جریان روتور و جریان استاتور می باشد.در ماشین های القایی تنها عامل تحریک کننده جریان استاتور می باشد زیرا جریان روتور بر اثر القا پدید می آید.لذا موتورهای القایی همواره در حالت پس فاز مورد بهره برداری قرار می گیرند،زیرا به جریان پس فاز راکتوری نیاز داریم تا شار در ماشین حاصل شود.اما در موتورهای سنکرون اگر مدار تحریک روتور تحریک لازم را فراهم سازد،استاتور جریان راکتیو نخواهد کشید و موتور در حالت ضریب توان واحد کار خواهد کرد.اگر جریان تحریک روتور کاهش می یابد،جریان راکتیو از شبکه به موتور سرازیر می شودتا به روتور جهت مغناطیس کننده گی ماشین کمک کند.در این صورت موتورسنکرون سه فاز در حالت پس فاز کار خواهد کرد.اگر جریان تحریک رتور زیاد شود(میدان رتور افزایش می یابد)در این صورت جریان راکتیو پیش فاز از شبکه کشیده می شود تا با میدان رتور مخالفت کند.

از گفتار بالا نتیجه می شود که با تغییر جریان تحریک(مدار رتور)که جریانی DC است،ضریب توان موتور سنکرون سه فازرا می توان کنترل نمود.باید دانست که در تمام مراحل موتور از شبکه توان اکتیو(P) می کشد اما توان راکتیو(Q) به نحوه ی تحریک بستگی دارد.اگر موتور بی بار باشد تغییر جریان تحریک باعث می شود که موتور گاهی به صورت مقاومت، گاهی به صورت سلف و گاهی به صورت خازن عمل کند.وتور سنکرون سه فاز را کندانسور سنکرون می نامند و در سیستماهی انتقال انرژی جهت تنظیم ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد.در صنعت نیز گاهی برای بهبود ضریب توان به جای خازن از موتورهای سنکرون در حالت پیش فاز استفاده می شود.

ساختمان ماشین های سنکرون سه فاز

استاتور ماشین های سنکرون سه فاز(اعم از ژنراتور و موتور)دارای سیم پیچ سه فازی است که درون شیارهای استاتور جاسازی شده و در طول محیط آن پخش گردیده است.استاتور ماشین های سنکرون سه فاز شبیه ماشین های القایی سه فاز است.استاتور در ژنراتور بار را تغذیه می کند و در موتورسنکرون به شبکه وصل می شود تا جریان به درون موتور سرازیر شود.در هر دو حالت جریان استاتور یک جریان AC است.به سیم پیچی استاتور سیم پیچی آرمیچر نیز گفته می شود و این امر بر خلاف ماشین های DC است. زیرا در ماشینهای DC سیم پیچی آرمیچر بر روی روتور قرار دارد.سیم پیچی استاتور یا آرمیچر در ماشین های سنکرون طوری طراحی می شوند که جریان و ولتاژ زیادی را تحمل نمایند.                             

روتور ماشین های سنکرون حاوی سیم پیچی تحریک یا سیم پیچی میدان است و این سیم پیچی توسط جریان DC تحریک می شود.روتور این ماشین ها دو نوع است

1-رتور قطب برجسته:این روتورها بیشتر در

ادامه مطلب

خازن

ظرفيت خازن عبارت است از مقدار بار الكتريكي كه بايد روي يكي از صفحات خازن جمع شود تا پتانسيل آن نسبت به صفحه ديگر به اندازه يك ولت افزايش يابد به عبارت ديگر خارج قسمت بار الكتريكي Q ذخيره شده روي هر يك از صفحات خازن بر اختلاف پتانسيل U ميان دو صفحه را ظرفيت خازن مي ناميم كه با حرف C نشان ميدهند و واحد آن فاراد است و آن عبارتست از نسبت يك كولن ( 10²⁸ × 28/6 الكترون ) بار ذخيره شده در هر يك از صفحات خازني به اختلاف پتانسيل يك ولت ؛به عبارت ديگر فاراد ظرفيت خازني است كه اگر به منبع ولتاژ يك ولتي وصل شود در آن يك آمپر ثانيه ( كولن ) بار الكتريكي ذخيره گردد . فاراد براي يك خازن بسيار بزرگ است و معمولاً از واحد هاي كوچكتري مانند ميلي فاراد ، ميكرو فاراد و نانو فاراد استفاده مي شود .   

C = Q/ V

 - عوامل موثر بر ظرفيت خازن : الف ) مساحت صفحات .

ب ) فاصله بين صفحات .

ج ) دي الكتريك استفاده شده .

بر طبق موارد بالا فرمول اندازه گيري ظرفيت خازن بدين شكل خواهد بود :

C = ( K × A ×ε₀ ) / d

كه در آن : C – ظرفيت خازن بر حسب فاراد

  A - سطح موثر هادي ها

 K – ضريب دي الكتريك عايق

   d  - ضخامت عايق يا فاصله بين صفحات

 - ضريب تناسب كه وابسته به واحد ها مي باشد كه اگر A بر حسب متر مربع ، d بر حسب متر و C بر حسب فاراد باشد ،  آنگاه : 

ε₀ = 0.885 × 10 ^{– 11}

 انرژي ذخيره شده در خازن ها ( W ) به صورت زير است :

W =( Q × U ) / 2

 ثابت زماني خازن :

اگر خازني را به اختلاف پتانسيلي وصل كنيم به سرعت شارژ مي شود ، شارژ سريع خازن به خاطر آنست كه مقاومتي در مسير شارژ وجود ندارد . حال اگر مقاومتي را در مسير قرار دهيم زمان شارژ بيشتر خواهد شد . مقدار دقيق زمان شارژ به مقدار مقاومت قرار گرفته در مسير شارژ و ظرفيت خازن بستگي دارد . ثابت زماني بر حسب ثانيه است و با ζ نمايش مي دهند .

(R×C = ζ) ثابت زماني خازن عبارتست از مدت زماني كه طول مي كشد تا ولتاژ دو سر خازن به 2/63% ولتاژ ماكزيمم دو سر خود ( ولتاژ منبع ) برسد . شارژ يك خازن در حدود 5 ثابت زماني طول مي كشد و خالي شدن آن نيز در حدود 5 ثابت زماني انجام مي گيرد .

- خازن در جريان متناوب :

خازن جريانهاي متناوب را از خود عبور مي دهد و مقاومتي را كه در اين جريان از خود نشان  مي دهد با فركانس جريان و ظرفيت خازن نسبت عكس دارد ، اين  مقاومت را با X_C  نشان مي دهند . ( اين مقاومت در مقابل عبور جريان خازنها مخالفت مي كند ) .

X_C = 1 / ( 2ΠFC)

-           X_C بر حسب اهم است ( كاپاسيتانس ) .

-           C ظرفيت بر حسب فاراد .

     _  I_C = 2π × F × C × U_C   è I_C = ω × C × V

خازن در جريان متناوب باعث ميشود جريان به اندازه نود درجه از ولتاژ جلو بيفتد . توان مصرفي مفيد خازن صفر است و آنچه كه از شبكه مي گيرد يك توان راكتيو است . جريان متناوب بعلت فركانس سبب تغيير پلاريته دو سر خازن شده و جريان متناوب از خازن به راحتي عبور مي كند ولي خازن در جريان مستقيم مانند يك عايق عمل مي كند . ولتاژ خازن با ولتاژ منبع هميشه 180 درجه اختلاف فاز دارد ، جريان عبوري از خازن با فركانس ولتاژ داده شده نسبت مستقيم دارد . خازن هميشه با تغييرات ولتاژ مخالفت مي كند .

- اتصال خازن ها :

ادامه مطلب