הספקים בזרם חילופין ומקדם ההספק

מתעניינים בהספק ברמה הפיזיקלית ורוצים לדעת מה הם סוגי ההספקים הקיימים בזרם חילופין בהקשר של המושג מקדם ההספק? well המאמר הזה בדיוק בשבילכם.

מהו הספק ?

הספק הוא כמות האנרגיה שאנחנו מעבירים בשנייה אחת או בעצם הנגזרת של האנרגיה בזמן  , כאשר U מסמן את האנרגיה ו-t את הזמן. בתחום החשמל ובפיסיקה אלקטרומגנטית נהוג לסמן את האנרגיה באות U ולא באות E (-כמו בפיסיקה מכנית) בגלל שהאות E מסמנת לנו את השדה החשמלי של מטענים.

בזרם ישר למדנו את המונח הספק שנמדד במידות פיסיקליות וואט (Watt) את ערכו נחשב ע"י הכפלת המתח (הפרש פוטנציאלים, נמדד ב-Volt) והזרם החשמלי (כמות המטענים שעוברים בשנייה, נמדד בAMPER)

סוגי ההספקים לזרם חילופין

בזרם חילופין מונח ההספק מתחלק ל-3 סוגי הספקים בדומה למעבר מהתנגדות לעכבה שקיימות בזרם חילופין. כך שבעצם קיים קשר מסוים בין אותם 3 הספקים שנמנה כאן:

הספק ממוצע

מוכר גם כהספק מדומה, כשמו כן הוא והוא נותן לנו את ההספק על המתח הממוצע של אות VRMS. נסביר, לאות חילופין עוצמת המתח (משרעת) משתנה לאורך כל הזמן ואינה קבועה כמו בזרם ישר לכן על מנת לחשב רמת מתח מסוימת שוות ערך למתח DC של אותו מתח משתנה נחשב את הערך היעיל  . את ההספק הממוצע נסמן באות S והוא נמדד בVA (Volt Amper). ערכו הוא

הספק פעיל

מוכר גם בשם הספק הממשי, זהו ההספק שמתבזבז על הרכיבים האוהמיים כמו לדוגמה נגדים או התנגדות של חוט או התנגדות של סליל שקרויות התנגדויות פרזיטיות. ההספק הפעיל מסומן באות P ונמדד ביחידות של WATT כמו הספק בזרם ישיר אבל מחושב באופן שונה וערכו הוא  

הספק היגבי

מוכר גם כהספק עיוור, זהו ההספק שמתבזבז על הרכיבים ההיגבים במערכת שהם קבלים וסלילים (-בסלילים הכוונה היא לערך ההשראות L ולא להתנגדות הקו). ההספק ההיגבי מסומן באות Q ונמדד ביחידות של VAR (Volt Amper Reactive) וערכו הוא

נהוג לצייר את ההספק החשמלי למתח חילופין סביב משולש הספקים (ייצוג פולרי) בדומה לחישוב עכבה בייצוג פולרי כאשר הזווית PHI מייצגת את הפרש הזווית בין אות המתח והזרם.

מקדם ההספק PF – Power factor

מקדם ההספק בא להגדיר את היחס של כמות ההספק הפעיל מסך ההספק הממוצע ככל שמקדם ההספק קרוב יותר ל-0 כך יותר הספק ממוצע הולך לטובת ההספק הפעיל ובעצם ע"י כך מתבצע ניצול טוב יותר של האנרגיה כי נדרש להזרים פחות זרם על קווי ההולכה ולבזבז פחות אנרגיה להעברת הזרם בין המקור לצרכן.

בד"כ מקדם ההספק המקובל בתרגילים הוא PF=0.95 והוא חסר יחידות פיסיקליות. בחברת החשמל מחויבים לגורם הספק PF של 0.92.

ברכיבים השראתיים כמו לדוגמא מנוע חשמלי או מזגן וכו' נשים קבל במקביל לרכיב על מנת לשפר את מקדם ההספק שיגיע ל0.95, שיפור מקדם ההספק הוא חובה ונדרש מכל יצרן של רכיבים חשמליים בעלי אופי השראי.

לערכו של מקדם ההספק נגיע בהמשך לדברים שהוזכרו למעלה שמקדם ההספק הוא היחס בין הספק פעיל להספק הממוצע  אם נסתכל בצורה פולרית (קוטבית) נראה שהיחס הזה הוא קוסינוס הזוית PHI ולכן –

נראה דוגמה:

 בתרגיל שלפנינו יש מקור עם מתח משתנה בזמן נחשב את העכבות Z1, Z2

עכשיו נמצא את העכבה הכללית של המעגל:

בעזרת העכבה הכללית קיבלנו את PHI ונוכל לחשב את מקדם ההספק:

עכשיו נחשב את ערך RMS של מתח המעגל ואת ההספק הממוצע:

כעת ניתן לחשב את ההספק הפעיל והמדומה בעזרת sin ו-cos או בעזרת מקדם ההספק