خازن[۱] یا انباره عنصری دوسر و پسیو است که انرژی الکتریکی را ذخیره میکند. انواع مختلفی از خازنها وجود دارد اما همه آنها حداقل دو هادی که توسط یک عایق از یکدیگر جدا شده اند را در ساختار خود دارند [۲]. هادی ها می توانند از جنس فلز یا الکترولیت باشند. عایق دی الکتریک نیز که برای افزایش ظرفیت خازن استفاده می شود می تواند از جنس شیشه، سرامیک، پلاستیک، میکا، کاغذ و … باشد. خازنها به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازنها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده میشود. از خازنها در مدارات به‌عنوانفیلتر هم استفاده میشود. زیرا خازنها به راحتی سیگنالهای متناوب را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم می‌شوند.
خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند.
با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره میشود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد.
ظرفیت خازن
ظرفیت معیاری برای اندازه‌گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. باید گفت که ظرفیت خازنها یک کمیت فیزیکی‌ست و به ساختمان خازن وابسته‌است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.
واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. ۱ فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌باشد. بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد (µF)،نانوفاراد (nF) و پیکوفاراد (pF) واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.
نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته میشود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن (C) گویند؛ که مقداری ثابت است.
در این رابطه:
- C= ظرفیت خازن بر حسب فاراد
- Q= بار ذخیره شده برحسب کولن
- V= اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت
- ε0= قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با:
- k(بدون یکا) = ثابت دی‌الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن ۱
- A= سطح خازن بر حسب
- d=فاصله بین دو صفه خازن بر حسب متر(m)
چند نکته
- آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد.
- بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد.
- ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد.
- ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی‌الکتریک (K) نسبت مستقیم دارد.
به عبارت ساده انرژی ذخیره شده در یک خازن یک فارادی ۲۲۰ ولتی می‌تواند یک مصرف کننده ۶،۷۲۲ وات بر ساعت را به مدت یک ساعت روشن کند .
و یا انرژی ذخیره شده در یک خازن یک فارادی ۱۲ ولتی می‌تواند یک مصرف کننده ۰،۰۲ وات بر ساعت را به مدت یک ساعت روشن کند ( مثلا یک LED لامپ ۲۰ میلی وات ) .
به طور معمول در صنعت به دلیل وجود موتور های الکتریکی خاصیت سلفی وجود دارد و همانطور که می دانید این خاصیت سلفی باعث پایین امدن ضریب قدرت شبکه میشود که نتیجه آن این است که مقداری از جریان که مصرف کننده از شبکه میگیرد غیر مفید باشد و مصرف نشود و به صورت مرتب بین شبکه و سلف که در موتور استفاده شده رد و بدل شود .
البته این به این معنی نیست که بخواهیم این جریان را با خازن گذاری خذف کنیم نه , این جزو ماهیت و ذات سلف است که مقداری از انرژی را به صورت میدان در خود ذخیره و در نیم سیکل بعد به شبکه پس دهد ما برای رفع مشکل همراه بود جریان غیر مفید با جریان مفید را با موازی کردن خازن رفع می کنیم به این صورت که جریان غیر مفید به جای اینکه از ابتدای شبکه به سمت مصرف کننده بیاید از سمت خازن و مسیر کوتاه که باعث اتلاف توان نشود به سمت سلف می اید.همانطور که میدانید سلف و خازن با هم 90 درجه اختلاف فاز دارن و به همین دلیل جریان هم مدام بین سلف خازن رد و بدل می شود.
حال مزایایی که این کار برای ما دارد رو بررسی میکنیم. خازن گزاری رو میگم.
1-کاهش سطح مقطع سیم و کابل بدلیل حذف جریان غیر مفید
2-کاهش تلفات مسیر
3-کاهش هزینه برق مصرفی
حال بررسی میکنیم در چه مواردی خازن گزاری به ما کمک میکند تا مشکل را حل کنیم.
1-اگر ضریب قدرت تاسیسات الکتریکی ساختمان از 0.85 پایین تر باشد باید به شرکت برق منطقه ای جریمه برق را پرداخت نمود پس برای بالا اوردن ضریب قدرت باید خازن گزاری کنیم.
2-اگر تلفات تاسیسات به دلیل پایین بودن ضریب قدرت بالا باشد با یک محاسبه ساده می توان فهمید که با خازن گزاری ضرف مدت کوتاهی تمام هزینه ها جبران شده و از آن به بعد سود محسوب میشود.
3-در صورتی که قسمتی از تاسیسات بار اضافی داشته باشد و تقلیل امپراژ مد نظر باشد.
4-اگر قرار باشد ماشین الات جدیدی به شبکه ای که ظرفیت ان پر شده اضافه شود.
5-و………….
برای محاسبه قدرت خازن نیاز به ضریب قدرت فعلی سیستم داریم که آن را از راه های زیر بدست می اوریم.
1-چنانچه تاسیات دارای کنتور اکتیو و راکتیو باشد از روی قبض میزان مصرف اکتیو وراکتو را خوانده و از فرمول زیر ضریب قدرت را بدست می آوریم
نکته قبض ها را در یک دوره یکساله بررسی میکنیم بعد میانگین اکتیو و راکتیو را در فرمول قرار میدهیم.
روش دوم :
چنانچه تاسیسات فقط دارای یک کنتور اکتیو باشد طبق فرمول زیر عمل میکنیم.
پاورپوینت-ppt- خازنها و بانک خازنی- در 30 اسلاید-powerpoint