توان راکتیو (Reactive Power) — به زبان ساده

در یک مدار جریان مستقیم (DC)، توان مصرفی با ضرب ولتاژ در جریان (P = VI) بر حسب وات (W) محاسبه می‌شود. این قانون برای مدارهای AC مقاومتی خالص نیز صادق است. اما در مدارهای AC پیچیده‌تر که شامل عناصر راکتیو مانند سلف و خازن هستند، رابطه بین ولتاژ و جریان با فرکانس تغییر می‌کند و هم‌فاز نیستند.

توان ظاهری، توان اکتیو و توان راکتیو

در یک مدار AC، ضرب مقدار مؤثر ولتاژ و جریان به صورت:

S = VI (rms)

بیان‌گر توان ظاهری (Apparent Power) است که با واحد ولت-آمپر (VA) و نماد S نمایش داده می‌شود.

در مدارهای مقاومتی خالص (مانند هیتر، اتوی برقی یا لامپ رشته‌ای)، امپدانس مدار فقط مقاومت است و ولتاژ و جریان کاملاً هم‌فاز هستند. در این حالت:

توان ظاهری = توان واقعی (اکتیو)

و در نتیجه، ضریب توان = ۱ است.

اما در مدارهایی که دارای خازن یا سلف هستند، اختلاف فاز میان ولتاژ و جریان ایجاد می‌شود و دیگر نمی‌توان از رابطه ساده P = VI برای محاسبه توان مصرف‌شده استفاده کرد.

برای به‌دست آوردن توان اکتیو (واقعی) که واقعاً توسط بار مصرف می‌شود، باید زاویه اختلاف فاز φ را در نظر گرفت:

P = VI × cos(φ)

که در آن:

• P توان اکتیو برحسب وات (W)

• V و I مقدار rms ولتاژ و جریان

• cos(φ) ضریب توان (Power Factor – PF) است

ضریب توان (Power Factor)

ضریب توان نسبت توان اکتیو به توان ظاهری است:

PF = P / S = cos(φ)

ضریب توان نشان‌دهنده بهره‌وری مصرف انرژی در مدار است. اگر مدار فقط مقاومت داشته باشد، ضریب توان برابر ۱ است؛ ولی وجود راکتانس باعث کاهش این مقدار می‌شود.

توان راکتیو (Reactive Power)

در مدارهای دارای اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان، توان راکتیو (با نماد Q) تعریف می‌شود:

Q = VI × sin(φ)

این توان برحسب ولت-آمپر راکتیو (VAr) محاسبه می‌شود. توان راکتیو انرژی واقعی مصرف نمی‌کند، بلکه برای ایجاد و حفظ میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در تجهیزات AC مانند موتورها و ترانسفورماتورها ضروری است.

مثلث توان

رابطه بین سه نوع توان در یک مثلث قائم‌الزاویه موسوم به مثلث توان نشان داده می‌شود:

• ضلع افقی: P (توان اکتیو)

• ضلع عمودی: Q (توان راکتیو)

• وتر: S (توان ظاهری)

این نمایش کمک می‌کند تا نوع و مقدار توان مصرف‌شده و برگشتی در مدار به‌خوبی درک شود.

اهمیت و تأثیر توان راکتیو

درحالی‌که توان اکتیو انرژی لازم برای انجام کار (مثل روشنایی یا حرکت) را فراهم می‌کند، توان راکتیو برای پایداری ولتاژ و عملکرد تجهیزات AC حیاتی است. اما وجود بیش‌ازحد توان راکتیو موجب:

• افزایش جریان در سیستم

• افت ولتاژ

• تلفات اضافی در شبکه

می‌شود و در نتیجه باید مدیریت شود.

اصلاح ضریب توان

برای کاهش آثار منفی توان راکتیو و افزایش ضریب توان، از خازن‌های اصلاح ضریب توان استفاده می‌شود. این خازن‌ها معمولاً در دستگاه‌های خانگی تعبیه شده‌اند و باعث می‌شوند ضریب توان مصرف‌کنندگان خانگی به مقدار مطلوبی نزدیک باشد.

در مقابل، مصرف‌کنندگان صنعتی سه‌فاز که معمولاً بارهای القایی بزرگی دارند، ممکن است ضریب توان پایین‌تری داشته باشند. به همین دلیل، شرکت‌های برق ممکن است برای مصرف‌کنندگانی که ضریب توان آن‌ها کمتر از مقدار مجاز است، جریمه در نظر بگیرند.

تشبیه توان راکتیو

توان راکتیو را می‌توان به کف روی نوشابه تشبیه کرد: شما برای یک لیوان نوشابه پول می‌دهید، اما کف موجود در لیوان، مقدار واقعی نوشیدنی مصرفی را کاهش می‌دهد. به همین صورت، توان راکتیو بخشی از انرژی است که مصرف واقعی ندارد ولی برای کارکرد سیستم ضروری است.