تعریف ضریب توان یا ضریب قدرت و تفاوت آن با کسینوس فی

---

---

بارهای الکتریکی به دو نوع خطی و غیرخطی تقسیم بندی می شوند. بارهای خطی شامل مقاومت، سلف و خازن می باشند. دو بار الکتریکی با ولتاژ و جریان یکسان می توانند دارای توان های الکتریکی کاملا متفاوتی باشند. علت این امر به نوع بار بر می گردد. علاوه بر دامنه ولتاژ و جریان، میزان سلفی یا خازنی بودن بار نیز در میزان مصرف توان آن اثرگذار است. برای توصیف این ویژگی بار کمیتی به نام ضریب توان یا power factor یا PF تعریف می شود. این کمیت با نام های ضریب توان یا ضریب قدرت یا کسینوس فی نیز شناخته می شود و برای شرایطی که ولتاژ و جریان سینوسی کامل هستند از رابطه زیر تعریف می شوند:

رابطه فوق برای سیستم تکفاز است و در شرایط سه فاز نیز قابل تعریف است.

در شرایطی که ولتاژ و جریان سینوسی هستند به جای رابطه بالا می توان از رابطه زیر نیز استفاده کرد.

که در این رابطه فیv و فیi به ترتیب فازهای ولتاژ و جریان می باشند. فی اختلاف فاز ولتاژ و جریان تعریف می شود و از تفاضل دو کمیت ذکر شده به دست می آیند. از طریق رسم همزمان شکل موج ولتاژ و جریان نیز مطابق شکل زیر قابل محاسبه است. شکل های برای بارهای سلفی و خازنی رسم شده اند.

همچنین از طریق مثلث توان می توان ضریب توان را تعریف نمود. این مورد در شکل زیر نشان داده شده است.

توصیف های بخش قبلی برای شرایطی که ولتاژ و جریان سینوسی کامل هستند و اعوجاجی در آنها نیست صحیح هستند. اما شرایط زیادی در شبکه روی می دهد که ولتاژ و جریان به طور کامل سینوسی نیستند مثل تغذیه بارهای غیرخطی. بارهای غیر خطی معمول شبکه روشنایی های LED، موتور های القایی، اینورتر، کوره القایی، شارژر باتری و ... می باشند. در این شرایط ولتاژ و جریان شبکه دچار اعوجاج می شود و در این شرایط دیگر روابط بالا به صورت زیر تغییر می یایند.

در روابط بالا S توان ظاهری می باشد. همچنین مثلث توان نیز در این شرایط برقرار نمی باشد. در شرایطی که ولتاژ و جریان سینوسی کامل هستند کسینوس فی همان ضریب توان یا ضریب قدرت است. اما در شرایط کلی تعریف آنها مطابق روابط بالا بوده و با هم متفاوت هستند. هر چه قدر ولتاژ یا جریان اعوجاج بیشتری داشته یا دارای هارمونیک های بیشتری باشند این اختلاف بیشتر می شود. جهت توصیف بهتر و روابط ریاضی مربوطه به مقاله مرتبط با هارمونیک ها و روابط توان الکتریکی مراجعه نمائید.

نویسنده: دکتر حامد ملااحمدیان، مدیرعامل شرکت دانش بنیان تجهیزات ابزار آزما