القدرة الكهربائية أحادية الطور هي مقياس لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية في الأنظمة الكهربائية التي تستخدم تيارا مترددا بمرحلة واحدة. بحيث يعد حساب القدرة الكهربائية في الدوائر الكهربائية أحادية الطور عنصراً أساسياً في دراسة وإدارة هذه الدوائر.
 |
| أنواع القدرة الكهربائية |
وفي هذا المقال سنسلط الضوء أكثر على أهم الجوانب المختلفة لحساب القدرة أحادية الطور، وذلك بشرح المفاهيم الأساسية والصيغ المستخدمة وأيضا سنعطي أمثلة تطبيقية لفهم أفضل.
ما هو النظام أحادي الطور؟
يعد النظام أحادي الطور أو système monophasé من أكثر أنواع الدوائر الكهربائية استخداماً، حيث يستخدم بشكل واسع في المنشئات الكهربائية المنزلية والمكتبية وفي بعض الأنشطة الصناعية الصغيرة. ويعتمد هذا النظام على موصلين إثنين، هما سلك الطور (الحار) وسلك المحايد (البارد)، على عكس النظام ثلاثي الطور الذي يتطلب أربع موصلات. والتيار المتدفق في هذا النوع من الأنظمة هو تيار متناوب (AC) بتردد 50 أو 60 هرتز حسب نظام الشبكة.
ملحوظة:
يتغير الجهد والتيار بشكل دوري في النظام أحادي الطور، حيث يكون أحدهما متقدما أو متأخرا على الآخر وهو ما يسمى ب Déphasage. ولهذا يجب الأخذ بعين الاعتبار هذا التقدم أو التأخر في حساب القدرة الكهربائية.
أنواع القدرة الكهربائية في النظام أحادي الطور.
في الأنظمة الكهربائية أحادية الطور تستهلك الأجهزة الكهربائية ثلاث أنواع من القدرة الكهربائية، وهي:
- القدرة النشطة أو la puissance active ويرمز لها ب (P) وتسمى أيضا القدرة الحقيقية، ويعتبر هذا النوع الجزء المفيد من الطاقة الكهربائية حيث يستخدم في أداء العمل الفعلي داخل الدارة الكهربائية كمثال على ذلك تشعيل المحركات أو الإضاءة. وتقاس بوحدة الواط (W).
- القدرة التفاعلية أو la puissance reactive ويرمز لها ب (Q) تعتبر هذه القدرة غير مفيدة حيث أنها لا تؤدي أي عمل فعلي داخل الدارة الكهربائية لكنها ضرورية لخلق الحقول المغناطيسية في الأجهزة الكهربائية مثل المحركات والمحولات. وتقاس بوحدة الفولط أمبير التفاعلي (VAR).
- القدرة الظاهرة أو la puissance apparente ويرمز لها ب (S) هي مجموع القدرة النشطة (الفعالة) والقدرة التفاعلية في الدائرة الكهربائية. وتقاس بوحدة الفولت أمبير (VA).
ملحوظة:
ترتبط هذه الأنواع المختلفة من القدرة الكهربائية فيما بينها بعنصر مهم جدا ألا وهو معامل القدرة أوcos(θ)، والذي يحدد مدى كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية الى طاقة يستفاد منها فعليا.
صيغ حساب القدرات الكهربائية المختلفة.
يعتمد حساب القدرة الكهربائية في الأنظمة أحادية الطور على عدة عوامل، وهي: الجهد والتيار وزاوية تحول الطور أي cos(θ). وفيما يلي الصيغ الأساسية:
صيغة حساب القدرة النشطة هي:
- P = V x I x cos(θ)
- P هي القدرة النشطة بالواط (W)
- V هو فرق الجهد بين الطور والمحايد بالفولط (V)
- I هو التيار المتدفق في الدائرة الكهربائية بالأمبير (A)
- cos(θ) هو عامل القدرة الذي يعكس التوقيت بين الجهد والتيار.
صيغة حساب القدرة التفاعلية هي:
- Q = V x I x sin(θ)
- Q هي القدرة النشطة بالواط (VAR).
- V هو فرق الجهد بين الطور والمحايد بالفولط (V).
- I هو التيار المتدفق في الدائرة الكهربائية بالأمبير (A).
- sin(θ) هو عامل القدرة الذي يعكس الزاوية بين الجهد والتيار.
صيغة حساب القدرة الظاهرة هي:
- S = V x I
- S هي القدرة النشطة بالواط (VA).
- V هو فرق الجهد بين الطور والمحايد بالفولط (V).
- I هو التيار المتدفق في الدائرة الكهربائية بالأمبير (A).
ملحوظة:
دائما ما تكون القدرة الظاهرة أكبر من أو تساوي القدرة النشطة (الفعالة).
أمثلة تطبيقية.
- الجهد الفعال يساوي 230 فولط.
- شدة التيار تساوي 10 أمبير.
- ومعامل القدرة يساوي 0.8.
1. حساب القدرة النشطة (P):
- P = V x I x cos(θ)
- P = 230V x 10A x 0.8 = 1840W
- إذن القدرة النشطة لهذا الحمل هي 1840 واط أو 1.84 كيلو واط.
2. حساب القدرة التفاعلية (Q):
- Q = V x I x sin(θ)
- cos(θ)² + sin(θ)² = 1
- أي أن sin(θ)² = 1 - cos(θ)² = 1 - 0.8² = 0.36
- وبالتالي فإن sin(θ) = 0.6
- Q = 230V x 10A x 0.6 = 1380VAR.
- إذن القدرة التفاعلية لهذا الحمل هي 1380 فولط أمبير تفاعلي أو 1.38 كيلو فولط أمبير تفاعلي.
3. حساب القدرة الظاهرة (S):
- S = V x I
- S = 230V x 10A = 2300VA
- إذن القدرة الظاهرة لهذا الحمل هي 2300 فولط أمبير أو 2.3 كيلو فولط أمبير.
يعتبر حساب القدرة الكهربائية أمرا ضروريا لفهم كيفية عمل الأنظمة الكهربائية وتشغيل الدوائر الكهربائية المنزلية والصناعية. حيث يساعد هذا الحساب في تحديد المتطلبات الطاقية للمنشآت الكهربائية وكذا تقييم الاستهلاك بالإضافة الى تحسين كفاءة الأنظمة في استخدام الطاقة.