ההספק החשמלי במעגל זרם חילופין

תיקון גורם ההספק

בפרק הקודם למדנו על משמעותו של גורם ההספק במעגל החשמלי. גורם ההספק מהווה מדד איכותי למידת בזבוז האנרגיה החשמלית במעגל. ככל שגורם ההספק יהיה קרוב לערכו המרבי שהוא אחד, כך הזרם הנצרך ממקור המתח יקטן ואתו ההספק החשמלי המבוזבז כחום.

בפרק זה נראה כיצד ניתן להגדיל את גורם ההספק. לשם כך, נמחיש בעזרת דוגמה כיצד ניתן להקטין את בזבוז האנרגיה החשמלית במעגל החשמלי.

נניח שברשותנו מנוע חשמלי שברצוננו להפעיל בעזרת מקור מתח חילופין. המנוע מורכב מסליל הנמצא בתוך שדה מגנטי. מכאן שאת המנוע ניתן לייצג בעזרת משרן. למשרן יש התנגדות חשמלית מסוימת וכך גם לתילים המוליכים. את המעגל שתיארנו ניתן לשרטט באופן הבא,

מנוע חשמלי אידיאלי מחובר למקור מתח

כידוע לנו, החלק הסלילי של המשרן אינו צורך הספק חשמלי ממקור המתח. כל האנרגיה שהוא צורך לשם בניית השדה המגנטי סביבו מוחזרת למקור המתח עם קריסתו של השדה המגנטי. בזבוז האנרגיה החשמלית במעגל הוא אך ורק בעקבות ההתנגדות החשמלית של המשרן ושל התילים המוליכים.

בהנחה שאיננו מעוניינים שתרד תפוקת המנוע עם צמצום בזבוז האנרגיה החשמלית נרצה לשמור על אותו מתח חשמלי עליו ועל אותו זרם חשמלי שיזרום דרכו. הדרך היחידה לצמצם את הבזבוז החשמלי, תחת תנאים אלו, היא על-ידי הורדת הזרם החשמלי הזורם בתילים המוליכים בלבד.

אך כיצד נוכל להוריד את הזרם הזורם בתילים המוליכים ולהשאיר את הזרם הזורם בסליל ברמתו הנוכחית?

התשובה לכך היא פשוטה. אם נחבר קבל חשמלי במקביל להדקי המנוע החשמלי (הסליל) נשמור על אותה רמת מתח בין הדקי המנוע החשמלי. מכיוון שהמתח על המנוע נשמר והתנגדותו לא השתנתה יזרום דרכו אותו זרם חשמלי. כך שחיבור הקבל החשמלי במקביל למנוע לא גרם לשינוי בתפוקת המנוע.

תיקון גורם ההספק למנוע חשמלי אידיאלי

אבל החיבור המקבילי של הקבל גורם לכך שהזרם הנצרך ממקור המתח משתנה.

צריכת הזרם ממקור המתח משתנה מכיוון שהוספת הקבל גורמת לכך שחלק מהאנרגיה הנפרקת מהסליל כשהשדה המגנטי בו מתמוטט מועברת לקבל וחלק מהאנרגיה הנצרכת על-ידי הסליל מגיע מהקבל כשהשדה החשמלי בו מתמוטט.

במקום שהאנרגיה האגורה בסליל תחזור כולה למקור המתח נקבל שחלק ממנה יועבר לשמירה בקבל הצמוד לסליל. כך נחסוך את בזבוז החום הנוצר על התילים המוליכים ממעבר האנרגיה מהמקור לסליל וחזרה.

בעזרת המשוואה הבאה נוכל לחשב את קיבולו של הקבל שיש לחבר במקביל לצרכן ההשראותי כדי לתקן את גורם ההספק במעגל מ- cosϕ₁ ל- cosϕ₂,

C = P(tanϕ₁ – tanϕ₂) / (2πf V²)
P – ההספק הממשי הנצרך, ביחידות של וואט W
f – תדר של מקור המתח, ביחידות של הרץ Hz
V – מתח המקור, ביחידות של וולט V
C – קיבול הקבל, ביחידות של פאראד F

ראינו שהגדלה של גורם ההספק מקטינה את בזבוז האנרגיה החשמלית על התילים המוליכים ולא בצרכן החשמלי עצמו. כלומר, תיקון גורם ההספק לערך גבוה יותר חשובה לחברת החשמל כדי למנוע בזבוז מיותר של אנרגיה חשמלית על קווי המתח המובילים את הזרם החשמלי מתחנת הכוח החשמלית אל הצרכן. משום כך חברת החשמל מחייבת כל יצרן של צרכן חשמלי לדאוג להעלאת גורם ההספק של מכשירו מעל לסף תקינה מסוים.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - מגנטיות | חשמל ומגנטיות - ההספק החשמלי במעגל זרם חילופין : היעילות של זרם חילופין | גורם ההספק | ההספק במעגל קיבולי טהור | ההספק במעגל השראותי טהור | העברת הספק מרבי לעומס | המשמעות של גורם ההספק | תיקון גורם הספק | סיכום ]