تصور کنید یک تاسیسات صنعتی بزرگ که 24 ساعته کار می کند، مقدار زیادی برق مصرف می کند.این نیروگاه نه تنها با صورتحساب های بالای برق مواجه است بلکه از سوی شرکت برق مجازات های اضافی نیز دریافت می کنداین سناریو دور از فرضیه است، فاکتور قدرت پایین همچنان یک مشکل گسترده در سیستم های برق صنعتی، تجاری و حتی مسکونی است." اون به سکوت انرژی رو مصرف می کنه و هزینه ها رو بالا میاره "راه حل؟ تکنولوژی اصلاح فاکتور قدرت خودکار (APFC).
فاکتور قدرت: سنجش مهم کارایی برق
قبل از بررسی کنترلرهای APFC، باید ابتدا عامل قدرت و اهمیت آن را درک کنیم.فاکتور قدرت (PF) بهره وری الکتریکی را به عنوان نسبت بین قدرت واقعی (که در وات اندازه گیری می شود) و قدرت ظاهری (که در ولت آمپر اندازه گیری می شود) اندازه گیری می کندقدرت واقعی کار مفیدی را انجام می دهد، موتورها را هدایت می کند، گرما تولید می کند، یا دستگاه ها را تغذیه می کند، در حالی که قدرت ظاهری شامل قدرت واقعی و قدرت واکنش است که بی فایده از طریق مدار ها نوسان می کند.
یک فاکتور قدرت ایده آل 1 نشان دهنده بهره وری کامل است، اما بار های تحرک ( موتورها، ترانسفورماتورها و غیره) قدرت واکنش را معرفی می کنند که این مقدار را کاهش می دهد.عامل قدرت ضعیف چالش های عملیاتی متعددی ایجاد می کند:
- افزایش زیان خط:PF پایین تر نیاز به جریان جریان بیشتری دارد که باعث افزایش زیان I2R در هادی ها می شود.
- ظرفیت کم تجهیزات:زیرساخت های انتقال باید برای تامین انرژی واقعی یکسان، جریان اضافی را مدیریت کنند.
- مجازات های مالی:خدمات عمومی اغلب هزینه های اضافی را اعمال می کنند زمانی که فاکتور قدرت کمتر از آستانه های قراردادی است.
- عدم ثبات ولتاژ:جریان بیش از حد باعث کاهش ولتاژ می شود که ممکن است تجهیزات حساس را آسیب برساند.
طراحی یک کنترلر APFC مبتنی بر میکروکنترلر 8051
راه حل پیشنهادی بر روی یک کنترل کننده هوشمند با استفاده از میکروکنترلر 8051 همه جا برای جبران پویا برای قدرت واکنشی متمرکز است. با تغییر استراتژیک بانک های خازن،سیستم واکنش انژکتور را خنثی می کند، با حفظ عامل قدرت نزدیک به واحد. اجزای کلیدی شامل:
- مدار اندازه گیری:سنسورهای دقیق ولتاژ و جریان وضعیت شبکه را کنترل می کنند.
- ماژول محاسباتیمیکروکنترلر فاکتور قدرت لحظه ای را با استفاده از الگوریتم های زاویه فاز محاسبه می کند.
- بانک های خازن:واحدهای چند گره دار، جبران قدرت واکنش را فراهم می کنند.
- مکانیسم های تغییر:رله های حالت جامد یا تریستورها امکان تعامل سریع بانک خازن را فراهم می کنند.
توالی عملیاتی شامل نظارت مستمر، محاسبه در زمان واقعی و تغییر خودکار خازن برای حفظ عامل قدرت بهینه در صورت نوسان شرایط بار است.این سیستم کنترل حلقه بسته به طور معمول به اصلاح فاکتور قدرت در حدود 0 می رسد.95-0.98 از ایده آل
چرا مایکروکنترلر 8051؟
- قابلیت اطمینان اثبات شده:دهه ها استفاده صنعتی ثابت می کند که قوی است.
- بهره وری هزینه:قیمت واحد پایین باعث کاهش هزینه های پیاده سازی سیستم می شود.
- دستگاه های محیطی یکپارچه:ADC های داخلی، تایمرها و رابط های ارتباطی طراحی را ساده می کنند.
- آشنایی توسعه دهنده:مستندات گسترده و پشتیبانی از زنجیره ابزار توسعه را تسریع می کند.
کاربردها و تاثیرات اقتصادی
فناوری APFC مزایای قابل اندازه گیری را در بخش های مختلف به ارمغان می آورد:
- کارخانه های صنعتی:کاهش هزینه های جریمه در حالی که بهبود استفاده از ترانسفورماتور و کابل.
- ساختمان های تجاری:کاهش هزینه های عملیاتی از طریق بهبود بهره وری برق
- توزیع برق:به حداقل رساندن تلفات فنی در شبکه های انتقال.
- انرژی های تجدید پذیر:بهینه سازی کیفیت برق برای سیستم های تولید شبکه.
دستگاه های معمولی با صرفه جویی در انرژی و اجتناب از مجازات، به مدت کمتر از دو سال به بازپرداخت می رسند، در حالی که در عین حال از طریق کاهش تلفات خط غیرضروری، ردپای کربن را کاهش می دهند.
راه پیش رو
با افزایش هزینه های انرژی و افزایش اهمیت ابتکارات پایداری، سیستم های APFC ٬ به ویژه راه حل های مبتنی بر میکروکنترلر ٬ نقش حیاتی بیشتری در زیرساخت های برق خواهند داشت.این فناوری ها نه تنها سود اقتصادی فوری را به ارمغان می آورند بلکه با به حداکثر رساندن سود هر وات تولید شده، به اهداف گسترده تر صرفه جویی در انرژی نیز کمک می کنند..