ما هي وظيفة مكثفات عامل الاستطاعة ؟
ما هي وظيفة مكثفات عامل الاستطاعة ؟
سؤال ممتاز، سأحاول الإجابة عليه بقدر المستطاع.
تستهلك الأحمال الحثية بعض طاقة التيار المتردد للحفاظ على المجالات المغناطيسية بسبب تحول الطور بين الجهد والتيار. والحث هو تأخر كهربي، ويتسبب هذا الحث في اختلاف الطور بين الجهد والتيار.
وحيث يتم تصنيف الأحمال الحثية إلى أجهزة خطية وغير خطية. والأحمال الكهربية غير الخطية تتسبب في تشوهات التوافقية في أنظمة توزيع الطاقة.
هذه الطاقة تعتبر طاقة مهدرة، حيث لا يتم الإستفادة منها. وهو ما يتم تصنيفه إلى القدرة الفعالة أو الحقيقية (Active power) و القدرة الغير فعالة (Reactive Power). ويعبر عن ذلك بما يطلق عليه مثلث القدرة.
في الدوائر الحثية يتأخر التيار عن الجهد بمقدار 90° كهربية
بينما في الدوائر السعوية يقود التيار الجهد بمقدار 90°.
عامل الاستطاعة أو معامل القدرة (Power Factor)، أو هدر الطاقة في الأحمال الحثية يتراوح ما بين 0 و 1. فيحاول التقنيين تخفيض الهدر في الطاقة لتقترب من ال 1، فيتم استخدام دوائر تصحيح عامل القدرة القائمة على المكثف (مكثفات تصحيح معامل القدرة (PFC)).
فكما هو موضح بالأعلى (مثلث القدرة)، فإن عامل القدرة يساوي جيب تمام الزاوية θ.
وعند تطبيق جهد جيبي متردد على ألواح مكثف التيار المتردد، يتم شحن المكثف في اتجاه ثم في الاتجاه المعاكس لتغيير القطبية، بنفس معدل جهد إمداد التيار المتردد. يعارض هذا التغيير اللحظي في الجهد عبر المكثف. حيث يقوم المكثف بالتناوب بالشحن والتفريغ بمعدل تردد تيار الإمداد. اي أنه يتم شحن وتفريغ المكثفات في دوائر التيار المتردد باستمرار على التوالي.
وعندما يصل جهد الإمداد الجيبي للمكثف إلى نقطة 90 درجة على شكل الموجة، يبدأ في التباطؤ وللحظة قصيرة جدًا، ولا يتزايد أو يتناقص فرق الجهد عبر الألواح، وبالتالي ينخفض التيار إلى الصفر حيث لا يوجد معدل لتغيير الجهد. وعند النقطة 90 درجة، يكون فرق الجهد عبر المكثف عند حده الأقصى، ولا يتدفق تيار في المكثف حيث أن المكثف عندها مشحون بالكامل وألواحه مشبعة بالإلكترونات. ثم يبدأ جهد الإمداد في الانخفاض في اتجاه سلبي باتجاه الخط المرجعي الصفري عند 180°. ويبدأ المكثف في تفريغ بعض إلكتروناته الزائدة على لوحاته في محاولة للحفاظ على جهد ثابت. وينتج عن هذا تيار يتدفق في الاتجاه المعاكس.
وعندما يعبر شكل موجة جهد التغذية نقطة المحور الصفرية الى 180°، يكون معدل التغيير لجهد التغذية الجيبي عند أقصى حد له ولكن في اتجاه سلبي ، ولذلك، فإن التيار المتدفق إلى المكثف يكون أيضًا عند أقصى معدل له عند ذلك. أيضًا عند النقطة 180° ، يكون فرق الجهد عبر الألواح صفرًا حيث يكون توزيع مقدار الشحنة بالتساوي بين صفيحتيالمكثف.وخلال هذه الدورة النصفية الأولى من 0° إلى 180°، يصل الجهد إلى القيمة الإيجابية ربع دورة بعد أن يصل التيار إلى قيمته الإيجابية القصوى، وخلال النصف الثاني من الدورة من180° إلى 360°، يعكس جهد التغذية اتجاهه ويتجه نحو الذروة السلبية عند 270°. عند هذه النقطة، لا يتناقص فرق الجهد عبر ألواح المكثف ولا يتزايد ويقل التيار إلى الصفر. ويكون فرق الجهد في المكثف عند قيمته القصوى السلبية، ولا يتدفق تيار في المكثف حيث يصبح مشحونًا بالكامل كما هو عند نقطة 90° ولكن في الاتجاه المعاكس. وعند النقطة 360° على الخط الصفري، يفقد المكثف المشحون بالكامل بعض إلكتروناته الزائدة للحفاظ على جهد ثابت كما كان من قبل، ويبدأ في تفريغ نفسه حتى جهد التغذية وتصل إلى الصفر عند 360° حيث تبدأ عملية الشحن والتفريغ من جديد.
مما سبق نجد أن التيار يقود دائمًا الجهد بمقدار ربع دورة أو 90°. ونفهم من ذلك أن التيار المتدفق إلى مكثف يقود الجهد بمقدار 90°. وحيث أنه من المستحيل الحصول على مكثف تيار متردد مثالي حيث سيكون هنك قدر من المقاومة الداخلية عبر ألواح المكثف، مما يؤدي إلى تسرب جزئي للتيار. والتيار المتدفق إلى المكثف سيظل يقود الجهد، ولكن بمقدار أقل من 90°. وكما تم ذكره سابقاً ان عامل القدرة يساوي جيب تمام الزاوية θ. فقيام المكثف بقيادة الجهد بمقدار يقارب الربع دورة يحسن من زاوية جيب التمام في مثلث القوة ليقارب الواحد الصحيح.
