As configurações industriais, industriais, retalhistas e de residência de hoje utilizam uma variedade de dispositivos eletrónicos impulsionadores, tais como computadores pessoais, monitores, servidores web e fotocopiadoras, que são normalmente alimentados pela troca de materiais de potência (SMPS). Caso contrário, podem ser produzidas cargas não lineares que possam impor as correntes ou tensões harmónicas que aparecem na grelha primária. As harmónicas podem danificar os televisores e ferramentas por cabo desta rede, bem como vários outros equipamentos ligados à rede. Os possíveis problemas incluem sobreaquecimento e perigos de incêndio, altas tensões, distribuição de correntes, falhas no equipamento, falhas de elementos e outras consequências potenciais. Se um lote não linear tiver um elemento de potência em falta, pode produzir rapidamente estas harmónicas. Várias outras cargas podem mostrar aspetos de energia deficientes sem gerar harmónicas. Este artigo concentra-se nos problemas acima referidos, nos cenários que conduzem a harmónicas destrutivas e em formas sensatas de reduzir essa harmónica.
Ambas as principais razões para o fraco fator de energia
Podemos afirmar que o fator de potência de um gadget elétrico ou gadget eletrónico é a proporção da potência que adquire a partir das chaves e da energia que toma. Um dispositivo “ideal” teria um fator de potência de 1.0 e sem dúvida arruinaria toda a energia que obtém. Seria, sem dúvida, como resistir a toneladas diretas: uma tonelada que continua a ser constante independentemente da tensão de entrada, sem induções ou capacidades consideráveis. O número 1 revela a forma de onda de entrada que aparece num tal dispositivo. Inicialmente, a forma de onda existente encontra-se na mesma fase da tensão, e também em 2º, ambas as formas de onda são sinusoidais.
Número 1: Tensão de entrada, bem como formas de onda presentes para um dispositivo com PF = 1.0
Na prática, alguns gadgets têm um aspeto de poder regular, mas alguns não. Existem duas razões para o aspeto de potência inadequado do equipamento: ou a corrente que extrai esgota-se com a tensão de alimentação, ou a forma de onda utilizada para ilustrar a corrente não é sinusoidal. A situação fora de fase referida como o fator de potência de “variação” está geralmente relacionada com motores dentro de dispositivos comerciais. Por outro lado, a questão não sinusoidal referida como o fator de potência de “distorção” está geralmente associada a computadores de secretária, fotocopiadoras e carregadores de baterias conduzidos pela troca de fontes de alimentação (SMPS). Gadgets digitais como computadores de secretária, fotocopiadoras e carregadores de bateria são acionados através da troca de produtos de energia (SMPS). Permita que dê uma olhada rapidamente no aspeto de potência alterado e depois fale sobre a ocorrência de distorção, que é muito mais urgente para os desenvolvedores de sistemas de energia eletrónico compreenderem. No entanto, é vital compreender ambos os fatores. Como exemplo, alguns programas de engenharia discutem problemas de aspeto de poder apenas nos motores, e os alunos ficam perplexos quando mais tarde se depararam com as variáveis de poder ainda mais deficientes exibidas pela SMPS.
Motor elétrico, bem como problemas de fator de potência de deslocação
Os motores produzem um forte campo eletromagnético, produzindo uma perspetiva elétrica de tensão ou inversa contrária à tensão utilizada. Isto pode criar a alimentação presente para arrastar a tensão feita. O componente resultante da fase oposta existente não oferece uma fonte de energia utilizável, mas aumenta a capacidade de alimentação da instalação e os custos de alimentação. Os condensadores de montagem entre motores elétricos reduzem o lag do estágio e também aumentam o seu aspeto de potência.
SMPS, bem como problemas de aspeto de distorção de potência
Os lotes de fatores de potência de variação não causam harmónicas e os seus problemas associados, no entanto, toneladas de aspeto de potência de distorção, como sMPS, podem causar estes problemas a menos que o seu elemento de potência seja reforçado.
A frente de ar condicionado de um SMPS consiste geralmente de um retificador de ponte aderido por um grande condensador de filtros. O circuito utiliza o presente a partir do circuito da chave CA apenas quando a tensão da linha ultrapassa a tensão do condensador. Isto resulta numa circulação regular do ar condicionado, criando um padrão não sinusoidal, como mostra a Figura 2.
A figura 2 revela a forma de onda presente não sinusoidal.
Número 2: Forma de onda presente não sinusoidal por causa de SMPS com fator de potência errado
A forma de onda pode ser analisada usando a mudança de Fourier (um procedimento matemático) e desintegrada numa coleção de componentes sinusoidais, incluindo a frequência fundamental (50Hz na Europa e 60Hz nos Estados Unidos) e vários múltiplos ímpares a regularidade absoluta, conhecida como harmónica. A 3ª harmónica é de 150Hz (ou 180Hz), a quinta harmónica é de 250Hz (300Hz). O número 3 revela o espectro harmónico regular de uma carga SMPS digital. O elemento essencial é devidamente tomado pelos SMPS, enquanto as harmónicas respondem e apresentam as questões acima explicadas. A proporção da amplitude total a todas as amplitudes harmónicas confere a variável de potência do dispositivo.
Figura 3: Critério internacional normal para o espectro harmónico dos SMPS eletrónicos
Existe um padrão global que explica e estabelece restrições adequadas para a geração das harmónicas primárias de um produto. Na UE, o requisito de recomendação é IEC61000-3-2, abrangendo os níveis de energia das ferramentas de 75W a 600W. O gadgets comum em quatro classificações: A, B, C e D. A categoria D é composto por computadores, ecrãs de computador de secretária e recetores de TV.
Soluções PFC comprovadas, bem como soluções engenhosas de PFC
Embora existam remédios variáveis de energia fáceis, a visão geral da indústria é que os designs funcionais fornecem o melhor aumento do fator de energia. Estes são geralmente baseados em tecnologia moderna de boost converter, como mostrado no número 4.
Número 4: Circuito de Ajuste do Elemento de Potência Energético com Tecnologia de Aumento
Figura 5: Tensão e atuais formas de onda de um circuito de aumento energético
Para o efeito, o circuito de controlo utiliza a forma de onda de tensão de entrada como modelo. O circuito de controlo determina a entrada presente, contrasta-a com a forma de onda de tensão de entrada e reajusta a tensão de impulso para criar uma forma de onda de entrada presente da mesma forma (5-I). Ao mesmo tempo, o circuito de controlo mantém um olho na tensão do autocarro e ajusta a tensão de impulso para manter um resultado dc aproximadamente controlado (5-B). A principal característica do circuito de controlo é oferecer entrada sinusoidal presente, de modo que permite que a voltagem do ônibus DC difera um pouco.
A utilização de um circuito de melhoria do elemento de potência energético resulta em poucas descontinuidades na corrente de entrada, pelo que a distorção e o conteúdo harmónico da corrente de entrada extraída da linha são reduzidos. No entanto, a Vicor acaba de introduzir uma frente modular ac baseada no seu mais recente design de conversor dinâmico, chamado Unidade Adaptativa.
Este front-end AC traz várias funções reforçadas para os designers de sistema. Especificamente, fornece uma entrada universal de 85V a 264VAC, alta eficiência, e também alta espessura de potência, com particular consideração fornecida como uma solução completa que consiste num resultado dc separado e controlado, bem como retificação e também melhoria do aspeto de potência. O gadget minimiza a reprodução harmónica da linha A/C, aumentando a potência geral de alta qualidade ao nível do sistema e da instalação. A distorção harmónica completa é muito melhor do que os requisitos EN61000-2-3, enquanto a conversão de alta frequência e ressonante simplifica o sistema de filtragem externo e satisfaz as especificações básicas do EMI.
