اصلاح ضریب توان:

اصلاح ضریب توان (Power factor correction)  که با عبارت PFC  نمایش داده می‌شود، فرایند تعدیل ضریب توان از مقادیر کوچکتر از ۱ به مقادیر نزدیک ۱ است. این فرایند ممکن است در طول انتقال انرژی الکتریکی و در پست‌ها تغییر ولتاژ انجام شود چرا که به این ترتیب راندمان تبدیل ولتاژ بالامی‌رود. این فرایند همچنین در مراکز مصرف به ویژه واحدهای صنعتی نیز مرسوم است چرا که به این ترتیب گذشته از کاهش هزینه‌ها مربوط به تهیه انرژی الکتریکی هزینه‌های مربوط به انتخاب کابل و تجهیزات تغذیه نیز کاهش می‌یابد.

به طور کلی ضریب توان بالاتر در انتقال و تولید انرژی الکتریکی مناسب‌تر است چرا که در این صورت تلفات مربوط به انتقال و تولید کاهش می‌یابد و به این ترتیب هزینه‌های مربوط به تولید و انتقال نیز کاهش می‌یابند.

بارهای خطی

بارهای الکتریکی در جریان متناوب از دو نوع توان تغذیه می‌کنند:

• توان اکتیو که کار مفید را انجام می‌دهد یا در واقع به شکل مطلوب انرژی که ممکن است انرژی مکانیکی یا گرمایی باشد تبدیل می‌شود
• توان راکتیو که در واقع به علت ذخیره شدن انرژی در بارهای راکتیو به وجود می‌آید و در پایان هر سیکل به منبع باز می‌گردد.

در واقع ضریب توان همان نسبت بین توان ظاهری و توان واقعی است که عددی بین ۰ و ۱ خواهد بود. وجود توان راکتیو موجب خواهد شد که توان واقعی از توان ظاهری کمتر باشد و به این ترتیب ضریب توان مقداری کمتر از ۱ داشته باشد.

توان راکتیو موجب افزایش یافتن جریان جاری بین منبع و بار می‌شود و به این ترتیب تلفات توان در طول خطوط انتقال و توزیع افزایش خواهد یافت و در نتیجه قیمت تمام شده انرژی الکتریکی تحویلی افزایش خواهد یافت. به همین دلیل شرکت‌های تولید کننده برق از مصرف کننده‌ های خود به ویژه مصرف کننده‌ های بزرگ می‌خواهند تا با نگه داشتن ضریب توان در محدوده استاندارد (در حدود ۰٫۹) از اتلاف انرژی جلوگیری کنند و در غیر این صورت جریمه خواهند شد. به این ترتیب مصرف کننده‌ ها با نصب واحدهای اصلاح کننده ضریب توان در واحدهای مسکونی، تجاری و به ویژه صنعتی از پرداخت جریمه‌های اضافه جلوگیری می‌کنند.

برای مهندسین برقی که با تولید، توزیع، انتقال و مصرف انرژی الکتریکی درگیر هستند ضریب توان بارهای مختلف از اهمیت بالای برخوردار است چرا که این ضریب توان می‌تواند موجب ایجاد هزینه‌های اضافی برای صنایع تولید برق و مصرف کننده‌ها شود. ضریب توان پایین‌تر همچنین هزینه‌های اجرای طرح‌های انتقال را نیز افزایش می‌دهد چراکه با کاهش ضریب توان نیاز به نصب تجهیزاتی مانند سوئیچ‌ها، مدار شکن‌ها, ترانسفورماتورهاو ... با ظرفیتی بالاتر از ظرفیت معمول را خواهد بود و ظرفیت در سیم‌کشی خطوط انتقال نیز باید افزایش یابد.

هدف از اصلاح ضریب توان نزدیک کردن ضریب توان یک مدار AC به ۱، با استفاده از تغذیه بارهای راکتیو مخالف بار موجود است. این کار معمولاً به وسیله تغذیه میزان مشخصی خازن یا القاگر انجام می‌گیرد. برای مثال اثر القایی یک موتور را می‌توان به وسیله وصل خازن در محل نصب بار خنثی کرد. برخی اوقات که خصوصیا شبکه به حالت خازنی تمایل دارد (مانند خطوط کابلی) از القاگرها (که در این کاربرد به آنها راکتور گفته می‌شود) برای خنثی سازی اثر خازنی شبکه استفاده می‌شود؛ این کار عموماً در پست‌های تغییر ولتاژ صورت می‌گیرد.

به جای استفاده از خازن و برای ایجاد اثر خازنی می‌توان از یک موتور سنکروندر حالت پر تحریک نیز استفاده کرد. در این حالت میزان توان راکتیو تولیدی در موتور سنکرون وابسته به میزان جریان تحریک آن خواهد بود. مزیت استفاده از چنین بارهایی امکان تغییر میزان توان خازنی خروجی با توجه به میزان جریان تحریک است.

بارهای غیر خطی

بارهای غیر خطی در مدارهای AC موجب به وجود آمدن جریان‌های هارمونیک در کنار جریان اصلی AC می‌شوند. در این حالت اضافه کردن بارهای خطی مانند خازن یا القاگر نیز نمی‌تواند تاثیر این بارها را خنثی کند بنابراین باید از روش‌های دیگری مانند استفاده از فیلتر یا استفاده از سیستم‌های اصلاح ضریب توان فعال برای صاف کردن اثر این بارها در جریان اصلی بهره جست.

منابع تغذیه سویچینگ

یک منبع تغذیه سویچینگ از یک پل یکسوساز یا مداری مشابه برای یکسو کردن خروجی استفاده می‌کند. ولتاژ خروجی منبع از همان خروجی DC یکسوساز گرفته می‌شود. مشکلی که در اینجا به وجود می‌آید این است که یکسوساز یک وسیله غیر خطی است و بنابراین ورودی آن غیر خطی خواهد بود.

برای خنثی کردن اثرات هارمونیکی یک بار غیر خطی دیگر نمی‌توان از بارهای خطی مانند خازن یا القاگر استفاده کرد. ساده‌ترین راه برای خنثی کردن اثر جریان هارمونیکی استفاده از فیلترهاست. می‌توان فیلتری طراحی کرد که تنها جریان را با فرکانس خاصی (برای مثال ۵۰ یا ۶۰ هرتز) عبور دهد. در صورت استفاده از چنین فیلترهایی بارهای غیرخطی نیز مانند بارهای خطی در مدار عمل می‌کنند و پس از آن برای اصلاح ضریب توان می‌توان از بارهای خطی استفاده کرد. اما این فیلترها دارای محدودیت‌هایی نیز هستند برای مثال می‌توان به نیاز آنها به واسطه‌های جریان بالا، پر حجم بودن آنها و پر هزینه بودن آنها اشاره کرد.

همچنین برای خنثی کردن اثر بارهای غیر خطی می‌توان از روش اصلاح ضریب توان فعال نیز استفاده کرد.

اصلاح ضریب توان غیر فعال

این روش یک روش ساده برای اصلاح ضریب توان در بارهای خطی است که معمولاً با استفاده از بانک‌های خازنی صورت می‌گیرد. اما این روش به اندازه اصلاح ضریب توان فعال موثر نیست. گرچه این روش به دلیل سادگی و کم هزینگی آن در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد اما در این روش وارد و خارج کردن خازن‌ها از مدار موجب به وجود آمدن جریان‌های هارمونیکی می‌شوند و این عیب یکی از دلایلی است که تمایل برای استفاده از موتورهای سنکرون یا اصلاح ضریب توان فعال هنوز وجود دارد.

اصلاح ضریب توان فعال

اصلاح ضریب توان فعال (Active PFC) یک سیستم الکترونیک قدرت است که میزان جریان کشیده شده توسط هر بار را به منظور نزدیک کردن هرچه بیشتر ضریب توان به یک کنترل می‌کند. در بیشتر موارد سیستم اصلاح ضریب توان فعال اینگونه عمل می‌کند که با کنترل جریان ورودی شکل موج جریان را هر چه بیشتر به شکل موج ولتاژ نزدیک می‌کند. اصلاح ضریب توان فعال می‌تواند به صورت یک طبقه یا چند طبق عمل کند این سیستم همچنین بسیار موثر بوده و می‌تواند با اصلاح ضریب توان ضریب توانی در حدود ۰٫۹۹ ایجاد کند.