تابلوبرق

تابلو بانك خازني به زبان ساده

در گذشته، بانك‌هاي خازن به نيروگاه‌هاي برق عمومي منزوي، با فناوري پايين و با حصار بالا منتقل مي‌شدند. امروزه، كاربردهاي بانك خازن به دستگاه‌هاي MEMS در اندازه نانو و به پست‌هاي نيروگاه بادي مبتني بر اقيانوس كاهش يافته است. صرف نظر از كاربرد آنها، بانك هاي خازن همان عملكردهاي ذخيره سازي و صاف كردن انرژي الكتريكي را انجام مي دهند. اين مقاله به بررسي اصول اوليه بانك هاي خازني و كاربرد آنها در طيف وسيعي از كاربردهاي مدرن مي پردازد. يك تعريف همانطور كه از نام آن پيداست، يك بانك خازن صرفاً مجموعه اي از چندين خازن با رتبه يكسان است. بسته به رتبه مورد نظر، بانك هاي خازن ممكن است به صورت سري يا موازي متصل شوند. همانند يك خازن منفرد، از بانك هاي خازن براي ذخيره انرژي الكتريكي و تنظيم جريان آن انرژي استفاده مي شود. افزايش تعداد خازن ها در يك بانك باعث افزايش ظرفيت انرژي قابل ذخيره در يك دستگاه مي شود. كاربردهاي معمولي دنياي مدرن الكترونيك ما به انرژي زيادي نياز دارد. براي پاسخگويي به اين تقاضا، انرژي بايد به صورت الكتريكي ذخيره شود تا دسترسي آسان داشته باشد. خازن ها براي ذخيره بارهاي انرژي الكتريكي زياد و همچنين تنظيم جريان انرژي در صورت نياز ايده آل هستند. در اينجا برخي از كاربردهاي معمولي بانك هاي خازن آورده شده است: • خازن شنت: شنت مكانيزمي است كه با ايجاد يك مسير با مقاومت كم، جريان الكتريكي را از اطراف نقطه ديگري در مدار عبور مي دهد. در برنامه‌هاي باي پس نويز الكتريكي، از خازن‌ها براي تغيير مسير نويز با فركانس بالا به زمين قبل از انتشار در سراسر سيستم، به ويژه در بار استفاده مي‌شود. بانك هاي خازني شانت براي بهبود كيفيت منبع الكتريكي و در نتيجه بهبود راندمان سيستم هاي قدرت استفاده مي شود (شكل 1).
شكل 1: در اينجا يك بانك خازن، به ويژه يك بانك خازن شنت وجود دارد. (منبع: Vishay Intertechnology) • تصحيح ضريب توان: در ترانسفورماتورها و موتورهاي الكتريكي، از بانك‌هاي خازن براي تصحيح تاخير ضريب توان يا تغيير فاز در منابع تغذيه با جريان متناوب (AC) استفاده مي‌شود. ضريب توان يك سيستم برق متناوب، مقايسه توان مصرفي بار است كه «قدرت واقعي» ناميده مي‌شود، تقسيم بر توان عرضه‌شده به بار، كه به عنوان «قدرت ظاهري» شناخته مي‌شود. به عبارت ديگر، ضريب توان، نسبت كار مفيد انجام شده توسط يك مدار نسبت به حداكثر كار مفيدي است كه مي توانست در ولتاژ و آمپر عرضه شده انجام شود. در توزيع نيروي برق از بانك هاي خازني براي تصحيح ضريب توان استفاده مي شود. اين بانك‌ها براي مقابله با بارگذاري القايي از دستگاه‌هايي مانند موتورهاي الكتريكي و خطوط انتقال مورد نياز هستند، بنابراين بار بيشتر مقاومتي به نظر مي‌رسد. در اصل، خازن هاي تصحيح ضريب توان ظرفيت حمل جريان سيستم را افزايش مي دهند. با افزودن بانك هاي خازني، مي توانيد بار اضافي را بدون تغيير قدرت ظاهري به سيستم اضافه كنيد. همچنين مي توان از بانك ها در منبع تغذيه جريان مستقيم (DC) براي افزايش ظرفيت جريان موج دار منبع تغذيه يا افزايش مقدار كلي انرژي ذخيره شده استفاده كرد. • ذخيره انرژي: مانند خازن هاي جداگانه، بانك هاي خازني انرژي الكتريكي را زماني كه به مدار شارژ متصل مي شود ذخيره مي كنند و در هنگام تخليه آن انرژي را آزاد مي كنند. معمولاً از خازن ها در دستگاه هاي الكترونيكي براي حفظ منبع تغذيه در حين تعويض باتري ها استفاده مي شود. براي دستگاه هاي مصرف كننده مدرن مانند تلفن هاي همراه، به دليل فضاي محدود، ظرفيت ذخيره سازي بالا در حجم بسيار كم مورد نياز است. اين يك چالش است زيرا افزايش ظرفيت معمولاً به معناي افزايش سطح صفحات است كه به صورت 'A' در شكل 2 نشان داده شده است.
شكل 2: كوچك سازي بانك هاي خازني به دليل ورود مواد جديد بين صفحات خازن است كه گذردهي 'k' ماده دي الكتريك را افزايش مي دهد. (منبع: نويسنده مقاله) همانطور كه معادلات نشان مي دهد، راه ديگري براي افزايش ظرفيت، افزايش مقاومت دي الكتريك است. عنصر 'k' گذردهي نسبي ماده دي الكتريك بين صفحات است. براي فضاي آزاد، 'k' برابر با وحدت يا يك است. براي همه رسانه هاي ديگر، 'k' بزرگتر از يك است. خازن هاي فيلم و الكتروليت نمونه هاي معمولي از دستگاه هاي مناسب براي اين كاربردها هستند. برنامه هاي كاربردي بانك خازن بزرگ تا كوچك تا عجيب و غريب، طيف وسيعي را از بسيار بزرگ به بسيار كوچك اجرا مي كنند. يكي از غير معمول ترين كاربردهاي بزرگ، كاربرد پست نيروگاه بادي است. مزرعه بادي Lincs يك مزرعه بادي دريايي 270 مگاواتي در 8 كيلومتري (5.0 مايلي) از Skegness در ساحل شرقي انگلستان است (شكل 3). انرژي توليد شده در فراساحل از طريق پست خشكي Walpole واقع در شهرستان نورفولك به شبكه منتقل مي شود. كارخانه خازن ولتاژ بالا زيمنس در مجموع شش بانك خازن بدون فيوز تك فاز و همچنين شش بانك تك فاز با خازن هاي ذوب شده داخلي ارائه كرده است.
شكل 3: مزرعه بادي فراساحلي Lincs. (منبع: Mat Fascione via Geograph) در عمل، تاسيسات بانك خازن قدرت را مي توان در يكي از سه قسمت گروه بندي كرد: ذوب داخلي، ذوب خارجي يا بدون فيوز. براي خازن هاي ذوب شده داخلي، فرد