مقالات

توان چیست؟ 

توان مقدار انرژی مصرف شده در واحد زمان است. هر چقدر توان تجهیزی بیشتر باشد، توانایی انجام کار بیشتری را دارد یا به عبارت دیگر کار مشخصی را در زمان کمتری انجام می دهد. در یک مدار DC ، توان از حاصلضرب ولتاژ در جریان به دست می آید. واحد توان، وات است.

مثال1: یک باتری 12 ولتی که جربان 10 آمپر را تامین می کند، توانی برابر با 120 وات دارد.

• بخش اول:

توان ظاهری ، توان حقیقی و ضریب توان:

در مدارهای متناوب (AC )، با سه تعریف برای توان مواجه می شویم.

توان ظاهری: از حاصلضرب ولتاژ در جریان به دست می آید. (در مدارهای سه فاز ضریب رادیکال 3 در آن لحاظ می شود.). واحد توان ظاهری ولت-آمپر (VA) یا کیلو ولت- آمپر (KVA)  است.

توان حقیقی یا اکتیو (KW ): بخش از توان که صرف انجام کار می شود توان حقیقی نام دارد. واحد توان حقیقی وات (W) یا کیلو وات (KW) است.

توان موهومی یا توان راکتیو (VAR): مقدار توانی است که برای ایجاد میدان‌های الکتریکی یا الکترومغناطیسی سیستم‌ها نیاز است. مثلا در یک موتور الکتریکی آن مقداری از توان که برای به وجود آمدن میدان‌های الکترومغناطیسی داخل موتور (سیم پیچ های استاتور) نیاز است توان موهومی نام دارد. توان موهومی کاری انجام نمی‌دهد ولی وجود آن برای مدارهای شامل خازن یا سیم پیچ الزامی است. این توان، بخشی از الکتریسیته است که به تولید و پایدار ماندن میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی لازم برای تجهیزات جریان متناوب کمک می‌کند. رابطه بین این سه نوع توان به نام مثلث توان مشهور است.

 

طراحی سیستم الکتریکی (انتخاب کلید و فیوز و قطر سیم) بر اساس توان ظاهری انجام می شود. توان ظاهری همیشه از توان حقیقی بیشتر است.

نسبت بین توان حقیقی و ظاهری را ضریب توان می‌گوییم. هر چقدر ضریب توان بیشتر باشد یعنی توان حقیقی به توان ظاهری نزدیکتر باشد بدین معنی است که بخش بیشتری از توانی که موتور مصرف می کند به کار تبدیل می شود. بنابراین موتوری که ضریب توان آن 0.95 است از موتوری که ضریب توان آن 0.90 است، بهتر است.

توجه: ضریب توان مفهومی متفاوت از راندمان (بهره) دارد.

مثال 2: یک لیوان نوشابه را در نظر بگیرید. توان راکتیو را می‌توان به کف روی یک لیوان نوشابه تشبیه کرد. شما پول یک لیوان پر از نوشابه را می‌دهید، اما آن چیزی که می‌نویشید، اغلب کمتر از یک لیوان کامل است زیرا بخشی از فضای لیوان توسط کف اشغال شده است . وجود کف برای نوشابه لازم است!

 

 

• بخش دوم :

ستاره و مثلث و محاسبه توان

در موتورهای سه فاز دو نوع آرایش سیم بندی سه فاز موتور عبارتند از اتصال ستاره و اتصال مثلث

مفهوم خط و فاز:

جریانی که از سیم متصل به هر فاز موتور عبور می کند را جریان خط و جریانی که از سیم پیچ هر فاز موتور عبور می کند را جریان فاز می گویند.

ولتاژ بین دو سیم متصل به فازهای موتور را ولتاژ خط و ولتاژ دو سر سیم پیچ هر فاز موتور را ولتاژ فاز می گویند.

در اتصال ستاره: ولتاژ اعمالی به دو فاز متصل می شود لذا، ولتاژ خط رادیکال3 برابر ولتاژ فاز است.( ولتاژها بصورت برداری با هم جمع می گردند). جریانی که از هر سیم متصل به موتور می گذرد تنها از یک فاز عبور می کند لذا جریان ورودی برابر با جریان فاز است.

در اتصال مثلث: ولتاژ اعمالی تنها به یک فاز متصل می شود لذا، ولتاژ ورودی برابر با ولتاژ فاز است. جریانی که از هر سیم متصل به موتور می گذرد از دو فاز عبور می کند لذا جریان خط رادیکال3 برابر جریان فاز است. (جریان‌ها بصورت برداری جمع می گردد)

محاسبه توان ورودی:

توان اکتیو ورودی= ولتاژ خط × جریان خط × 3√× ضریب توان (Cos φ )

 

 

• بخش سوم:

توان ورودی ، خروجی و راندمان

مقدار توانی که بر روی پلاک موتور نوشته می شود، نشان دهنده توان خروجی موتور | (نه توان ورودی) است.

همواره بخشی از توانی که به موتور داده می شود در آن تلف می شود، که به آن تلفات موتور می گوییم. هر چقدر تلفات موتور کمتر باشد، یعنی راندمان آن بالاتراست.

نسبت توان خروجی به توان ورودی را راندمان (بهره) – (η – اتا)  می‌گوییم.

توان ورودی در یک موتور سه فاز از رابطه زیر به دست می آید:

مثال: در یک موتور با ولتاژ خط 400 ولت ، جریان 12 آمپر ،ضریب توان 0.90 و راندمان 0.80 داریم:

توان ظاهری ورودی = = 8.313 KVA

توان اکتیو حقیقی= 08.313 = 8.313 7.48KW=

توان خروجی (نوشته شده بر روی پلاک موتور) = توان حقیقی ورودی × ضریب توان = 7.48 × 0.80 = 5.98 KW

این مقدار، توانی است که به گیربکس منتقل می شود.

توجه کنید که از رابطه ضرب جریان و ولتاز نامی موتور نمی توان توان نامی نوشته شده بر روی موتور را حساب کرد. زیرا به ضریب توان و راندمان موتور نیز وابسته است.

مثال: راندمان موتور MF48 با پلاک زیر چقدر است؟

مطابق پلاک داریم:

ولتاژ نامی = 380 ولت

جریان نامی= 16.5 آمپر

توان نامی خروجی= 7.3 کیلو وات

ضریب توان = 0.84

توان ظاهری ورودی = 10.86KVA = 16.5×380

توان حقیقی ورودی= 10.86 × 0.84 = 9.12KW

راندمان= توان حقیقی خروجی / توان حقیقی ورودی= 7.3/9.12 = 0.8 یا 80%

پس راندمان این موتور 80 درصد است. هر چه راندمان بالاتر باشد بدین معنی است که انرژی کمتری در موتور تلف می شود.

راندمان موتور گیرلس معمولا از راندمان موتور گیربکسی بالاتر است.

توجه: مقادیر ضریب توان و راندمان نوشته شده بر روی پلاک، در شرایط نامی می باشند. در سایر شرایط (سرعت کم، بار زیاد و …) این مقادیر ممکن است متفاوت (غالبا کمتر) باشد.