برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

در کل مدارات الکترونیکی از سه المان پایه تشکیل شده اند که تمامی قطعات درون مدارات را می توان توسط این سه المان مدل سازی نمود . این سه المان عبارتند از مقاومت ، خازن و سلف.مقاومت در حقیقت مصرف کننده انرژی الکتریکی در مدار می باشد و خازن و سلف عناصر ذخیره ساز انرژی . بدین صورت که در مواقعی انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می سازند (شارژ) و در مواقعی دیگر نیز این انرژی را تخلیه می نمایند (دشارژ) . همچنین سلف المان ذخیره ساز جریان و خازن المان ذخیره ساز ولتاژ می باشد.

در مدارات DC در ابتدای ورود جریان DC به مدار این المان ها شارژ شده و خازن ها به مدار باز و سلف ها به اتصال کوتاه تبدیل می شوند و مدار کاملا به صورت مقاومتی خواهد شد . ولی در مدارات AC ولتاژ ورودی به صورت سینوسی و با فرکانس مشخص (معمولا 50Hzدر برق شهری ما) می باشد .شکل موج ولتاژ وجریان مدارات مقاومتی در حالت AC فقط در اندازه متفاوت هستند و کاملا شبیه یکدیگر می باشند یعنی حداکثرها ها و حداقل های دو نمودار در یک زمان رخ می دهد در نتیجه می توان آنها را هم فاز نامید . ولی بر خلاف این مدارات ، در مدار هایی که دارای عناصر ذخیره ساز انرژی می باشند ، شکل موج سینوسی جریان بر حسب زمان نسبت به مقدار این المان ها برای مدارات خازنی جلو تر و برای مدارات سلفی عقب تر از شکل موج ولتاژ قرار می گیرد و این واکنش به علت خاصیت ذخیره سازی آنها روی می دهد، بدین ترتیب بین ولتاژ و جریان اختلاف فاز ایجاد می گردد.

خواص سلف و خازن به گونه ای است که دوگان یکدیگر نیز نامیده می شوند یعنی با روابط خاص بین آنها در مدار تشدید رخ می دهد و این دو اثر همدیگر را خنثی می سازند و مدار به یک مدار مقاومتی خالص تبدیل می شود.


آشنایی با توانهای مختلف مدارات الکترونیکی

در مدارات الکتریکی انواع مختلفی از توان الکتریکی تعریف می شود که در ذیل به آنها اشاره می شود :

توان لحظه ای : توانی است که از ضرب ولتاژ و جریان در یک لحظه خاص بدست می آید .

توان فعال (Active) : توانی است که صرفا توسط یک بار مقاومتی مصرف می گردد و واحد اندازه گیری آن وات می باشد . توان اکتیو تماما به مصرف کار مفید می رسد و جهت تبدیل انرژی الکتریکی به حرکت یا گرما به کار می رود .

توان پسیو (Reactive) : از آنجایی که جز اصلی بار های واقعی خاصیت القایی و خازنی می باشد توان راکتیو نیز همراه با توان اکتیو مصرف می گردد . این توان که با واحد VAR (ولت آمپر راکتیو) اندازه گیری می شود توسط بار مصرف نمی گردد و صرف تولید میدان مغناطیسی و ذخیره انرژی در عناصر ذخیره ساز می شود . زیرا انرژی دریافتی در یک نیم سیکل در نیم سیکل بعدی به استثنای تلفاتی که در سیم ها اتفاق می افتد به طور کامل به شبکه باز می گردد و در نتیجه تنها منجر به افزایش حرارت قطعات می گردد . بنابراین می توان گفت این توان مطلقا بی فایده است و باید برای حذف آن از روش های گوناگونی استفاده نمود .

توان ظاهری (توان کل) : توان مجموعی است که از شبکه دریافت می شود . این توان جمع برداری توان اکتیو و راکتیو می باشد و بر حسب ولت آمپر اندازه گیری می شود . (شکل 2)



همانطور که مشاهده می نمایید بین توان اکتیو و توان ظاهری زاویه ای به نام φ وجود دارد که مقدار آن برابر اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان در مدارات سلفی و خازنی حالت AC می باشد .
مسلما برای ما بهتر می باشد که تمام توانی که از شبکه در یافت می کنیم صرف انجام کار مفید شود تا اینکه بخشی از آن به واسطه شارژ و دشارژهای متوالی درون قطعات تلف شود . بنابراین باید مصرف توان راکتیو را در مدار به حداقل رساند و توان ظاهری را به توان اکتیو نزدیک نمود با این عمل در حقیقت با خنثی نمودن اثر سلف ها و خازن های مدار اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان حذف شده و مدار به یک مدار صرفا مقاومتی بدل می گردد و تمامی توان در یافتی از شبکه به مصرف کار مفید می رسد .

ضریب توان (Power Factor) چیست؟
ضریب توان در حقیقت نسبت توان اکتیو به توان ظاهری است . همچنین طبق روابط زیر برابر کسینوس زاویه اختلاف فاز ولتاژ و جریان (در حالتی که هر دو شکل موج ولتاژ و جریان سینوسی خالص باشند) می باشد .

در حال حاضر به علت وجود المان های سوئیچینگ در برخی مدارات شکل موج جریان اکثر آنها به دلیل وجود هارمونیک های جریان ، سینوسی نمی باشد . بنابراین در این حالات برای ضریب توان دو عامل مطرح می گردد :
• عامل جابجایی که همان زاویه اختلاف فاز بین شکل موج ولتاژ و جریان می باشد .
• عامل اعوجاج که وابسته به اعوجاج شکل موج حاصل از ورود هارمونیک ها می باشد .
در این مواقع ضریب توان بدین صورت بدست می آید .




کم شدن ضریب توان به سمت صفر علاوه بر افزایش تلفات، باعث حرکت هارمونیک های جریان در خط خنثی شده و موجب اختلال در کارکرد سایر وسایل الکترونیکی می گردد . بنابراین متوجه می شویم که ضریب توان هر چه به عدد یک نزدیک تر باشد (زاویه اختلاف فاز کمتر و توان اکتیو به توان ظاهری نزدیک تر ) مقدار توان غیر مفید "راکتیو" کاهش می یابد .
برای انجام این مهم از مداراتی به نام (Power Factor Correction)PFC یا تصحیح ضریب توان استفاده می گردد که وظیفه آنها حذف هارمونیک ها ، به حداقل رساندن اعوجاج و کاهش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان به صورت یک شبیه ساز مقاومت می باشد .

در حال حاضر استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ به طور چشمگیری افزایش یافته است . یکی از کاربرد های این منابع تغذیه سوئیچینگ، پاور کامپیوترهای شخصی می باشد و استاندارد ها و تاییدیه های مختلف روی موضوع PFC در پاور ها تاکید ویژه ای دارند .
مدارات PFC پاور ها مانند سایر منابع تغذیه سوئیچینگ وظیفه افزایش ضریب توان و نزدیک نمودن آن به عدد یک را دارند . پاور ها به دلیل وجود خازن های با ظرفیت بالا در ورودی جهت جبران ریپل ورودی ، ذاتا دارای خاصیت خازنی بالایی هستند و بین ولتاژ و جریان ورودی آنها اختلاف فاز قابل توجهی وجود دارد. پس این خاصیت خازنی باید به طریقی خنثی گردد تا مدار به صورت یک بار مقاومتی به نظر برسد. همچنین به دلیل کلید زنی سریع المان های نیمه هادی قدرت و غیر خطی بودن این عناصر در شکل موج جریان، به واسطه وجود هارمونیکهای فرکانس بالاتر، اعوجاج به وجود می آید . همانطور که می دانید، تنها هارمونیک اصلی جریان در انتقال انرژی خالص به بار نقش دارد و سایر هارمونیک ها در این رابطه نقشی ندارند. در نتیجه هارمونیک های اضافی نیز باید به طریقی حذف گردند .

همانگونه که ذکر شد یک پاور بدون PFC به دلیل خازن های بزرگ ورودی مانند یک بار بزرگ خازنی عمل می کند . این خازن ها که بعد از پل دیودی قرار می گیرند طبق شکل 2 در یک چهارم اول موج ولتاژ به اندازه پیک ولتاژ شارژ می شوند . سپس در این هنگام ولتاژ ورودی به سرعت افت پیدا می کند (یک چهارم دوم) و خازن به آرامی درون بار دشارژ می گردد (شکل 3)در این حالت کماکان ولتاژ خازن بزرگتر از ولتاژ شبکه است و جریان شارژ خازن توسط دیود های یکسو ساز قطع می باشد و تا زمانی که ولتاژ شبکه در نیم سیکل پنجم بزرگتر از ولتاژ خازن شد ادامه می یابد . در نیم سیکل پنجم خازن بار دیگر به اندازه پیک ولتاژ شارژ می گردد .




بنابراین همانطور که درنمودار ملاحظه می نمایید به علت وجود این خازن تنها در پالس با پهنای باریک از شبکه بهره برداری می گردد .


آشنایی با حالات مختلف تصحیح ضریب توان (PFC)

Non PFC :


خط سبز در اسیلوگرام بالا ولتاژ شبکه را مشخص می سازد و خط قرمز نیزجریانی را که توسط پاوراز شبکه مصرف شده است را نمایش می دهد . در اینجا ضریب توان تقریبا برابر 0.7 می باشد در حقیقت در حدود یک سوم توان صرف گرم شدن کابل ها می شود بدون اینکه هیچ کار مفیدی انجام شود . کاربران خانگی نباید از این عدد احساس نگرانی کنند زیرا کنتورهای خانگی فقط توان اکتیو را اندازه گیری می نمایند ، اما ضریب توان پایین ممکن است برای دفاترو اتاق های بزرگ که در آنها از تعداد زیادی کامپیوتر به طور همزمان استفاده می گردد ، ایجاد مشکل نماید . زیرا سیم ها و تجهیزات جانبی در حالت حداکثر بار عمل می کنند . همچنین ضریب توان پایین درانتخابUPS تاثیر دارد زیرا این وسایل نسبت به توان اکتیو محدودیت دارند .

Passive PFC :
در اینجا مشخص می شود که وسایل تصحیح ضریب توان چرا اینقدر مورد اقبال قرار گرفته اند . یکی از ساده ترین و گسترده ترین ابزاری که وظیفه PFC را انجام می دهد ، به آن PFC پسیو گفته می شود ، یک سلف (چوک ) معمولی است که اندوکتانس نسبتا بالایی دارد و به صورت سری با مدار پاور ساپلای قرار می گیرد .



این اسیلوگرام نشان می دهد در این حالت ابزار Passive PFC ، پالس های الکتریکی جریان را تا حدی به طرف خارج هموار و در زمان منبسط نموده است اما اندوکتانس چوکی که درون پاور قرار دارد نمی تواند به صورت جدی تاثیری روی ضریب توان داشته باشد . بنابراین ضریب توان پاور در این حالت در حدود 0.75 می باشد .

نه تنها اندازه سلف ، بلکه تاثیر آن در عملکرد پاور به ما اجازه استفاده از سلفی با اندوکتانس بالا تر را نمی دهد . اندوکتانس بزرگی که به صورت سری به پاور متصل شده است مشخصات دینامیکی آن را خراب می کند . در حقیقت واکنش آن به تغییرات سریع بار همچنین نوسانات ناگهانی شبکه توان تحت تاثیر قرار می گیرد . علاوه بر این استفاده از این سلف باعث اثرات مخرب گرمایشی ، ارتعاشی و الکترومغناطیسی نیز خواهد شد. سلف می تواندهارمونیکها البته فقط از نوع فرکانس پایین آنها راخنثی نماید زیرا به علت اندوکتانس بالا نویز های فرکانس بالا را از خود عبور می دهد .بنابراین نقش Passive PFC مبهم است ، از طرفی ضریب توان را کمی افزایش می دهد ولی خصوصیات دینامیک پاور را خراب می کند . بنابراین هنگام انتخاب بین دو پاور با Passive PFC و PFC Non شما باید انتخاب خود را بر اساس مؤلفه های دیگری که مهم تر از بودن یا نبودن Passive PFC است ، انجام دهید .

Active PFC :

برخلاف Passive PFC ، در حال حاضر قطعات Active PFC درمنابع تغذیه سوئیچینگ کاهنده ولتاژ استفاده می شوند . Active PFC بین شبکه توان و رگولاتور اصلی متصل می گردد و یک ولتاژ ثابت بین 380 تا 400 ولت در ورودی پاور تولید می نماید . بر خلاف رگولاتور اصلی سوئیچینگ ، قطعه Active PFC برای حالتی در نظر گرفته شده است که در ورودی خود به ولتاژی با سطح هموار نیاز ندارد و بنابراین پاور نیازی به خازن با ظرفیت های بالا نخواهد داشت ( در این روش ظرفیت خازنها تا کمترین میزان خود، متناسب با توان کلی پاور کاهش می یابد). در نتیجه پاورهای سوئیچینگ Active PFC در مدار خود بار خازنی ندارند و در نتیجه ضریب توانی نزدیک 1 دارند .


همانطور که می بینید ، نمودار جریانی که توسط پاور با Active PFC مصرف شده است کمی با مصرف یک بار مقاومتی عادی تفاوت دارد .(ضریب توان چنین پاوری در full load در حدود 0.95- 0.99 می باشد ).
http://www.iran-eng.com/showthread.php/242397-%D8%AA%D8%B5%D8%AD%DB%8C%D8%AD-%D8%B6%D8%B1%DB%8C%D8%A8-%D8%AA%D9%88%D8%A7%D9%86-%D8%AF%D8%B1-%D9%85%D9%86%D8%A7%D8%A8%D8%B9-%D8%B3%D9%88%D8%A6%DB%8C%DA%86%DB%8C%D9%86%DA%AF-%D9%88-%D9%BE%D8%A7%D9%88%D8%B1%DB%8C

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :