ההספק החשמלי במעגל זרם חילופין

המשמעות של גורם ההספק

בפרק זה נחזור לדון בגורם ההספק שגילינו והגדרנו קודם ונדון במשמעותו במעגל זרם חילופין על ההספק החשמלי הנצרך במעגל.

נזכיר שמצאנו שבמעגלי RLC קיימת זווית מופע ϕ בין הזרם למתח.

הזווית ϕ מחושבת במעגל RLC טורי לפי,

tan ϕ = (X_L – X_C) / R

ובמעגל RLC מקבילי מחושבת הזווית ϕ לפי,

tan ϕ = R∙(1/X_C – 1/X_L)

מצאנו כבר שזווית המופע ϕ משפיעה על ההספק החשמלי הנצרך במעגל החשמלי לפי המשוואה,

P = V_eff I_eff cos(ϕ)

את גורם ההכפלה cos(ϕ) המופיע במשוואה שלעיל הגדרנו בשם "גורם ההספק" במעגל זרם חילופין.

בפרק זה נבהיר את החשיבות של גורם ההספק במעגל וכיצד ניתן להשתמש בו כדי לשפר את ביצועי המעגל החשמלי.

המעגל החשמלי נמדד לפי נצילות האנרגיה החשמלית שמקור המתח מספק. כפי שראינו, האנרגיה החשמלית במעגל מתבזבזת רק על ההתנגדויות החשמליות במעגל בצורה של חום המתנדף מהמעגל החשמלי. כדי לשפר את ביצועי המעגל החשמלי נרצה להוריד למינימום את ההספק החשמלי המתפתח על ההתנגדויות במעגל. ההתנגדויות במעגל יכולות לנבוע מהצרכן החשמלי עצמו וגם מהתילים המוליכים המהווים חלק מהמעגל החשמלי.

כדי להקטין את ההספק המתבזבז על ההתנגדויות החשמליות במעגל נדרש להוריד את הזרם החשמלי הזורם במעגל. ראינו כבר כיצד יעיל זרם החילופין לעומת הזרם הישר בהעברת אנרגיה למרחקים כשלמדנו על השנאי. בעזרת השנאי הורדנו משמעותית את הזרם הזורם בקווי החשמל תוך העלאת המתח החשמלי. הורדת הזרם הקטינה את ההספק המתבזבז על קווי החשמל ביחס ריבועי להקטנת הזרם לפי המשוואה,

P = I² R

באופן דומה, נרצה להשתמש בגורם ההספק כדי להקטין את הזרם החשמלי הזורם במעגל.

מתוך משוואת ההספק החשמלי עולה כי הזרם במעגל שווה ל-

I_eff = P / (V_eff cos(ϕ))

מכאן שככל שנגדיל את גורם ההספק לעבר ערכו המרבי (שהוא אחד) כך נקבל עוצמת זרם חשמלי נמוכה יותר במעגל. הקטנה של צריכת הזרם במעגל תתבטא בפחות בזבוז של אנרגיה חשמלית לאנרגית חום.

אך כיצד ניתן להגדיל את גורם ההספק במעגל חשמלי נתון?
על כך נענה מייד בפרק הבא.

[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 ]