Günümüzün endüstriyel, endüstriyel, perakende ve konut ortamları, kişisel bilgisayarlar, monitörler, web sunucuları ve fotokopi makineleri gibi, genellikle güç malzemelerinin değiştirilmesiyle (SMPS) güçlendirilen çok çeşitli elektronik cihazlardan yararlanmaktadır. Aksi takdirde, birincil şebekede ortaya çıkan harmonik akımları veya gerilimleri zorlayabilecek düzgün geliştirilmiş, doğrusal olmayan yükler üretilebilir. Harmonikler, bu ağdaki kablolu televizyonlara ve araçlara ve buna bağlı diğer çeşitli ekipmanlara zarar verebilir. Olası sorunlar arasında aşırı ısınma ve yangın tehlikeleri, yüksek voltajlar, dağıtım akımları, ekipman arızaları, eleman arızaları ve diğer olası sonuçlar sayılabilir. Doğrusal olmayan bir partide eksik bir güç elemanı varsa, bu harmonikleri hızla üretebilir. Diğer çeşitli yükler, harmonik üretmeden zayıf güç yönleri gösterebilir. Bu makale, yukarıdaki sorunlara, yıkıcı harmoniklere yol açan senaryolara ve bu harmoniği azaltmanın mantıklı yollarına odaklanmaktadır.
Zayıf güç faktörünün her iki önde gelen nedeni
Bir elektrikli aletin veya elektronik aletin güç faktörünün, anahtarlardan aldığı güç ile aldığı enerjinin oranı olduğunu söyleyebiliriz. “İdeal” bir cihaz, 1.0 güç faktörüne sahip olacak ve şüphesiz aldığı tüm gücü mahvedecektir. Kuşkusuz doğrudan tonlara direnmeye benziyordu: önemli endüktans veya kapasitans olmaksızın giriş voltajından bağımsız olarak sabit kalmaya devam eden bir ton. 1 numara, böyle bir aygıtta görünecek olan giriş dalga biçimini gösterir. Başlangıçta, mevcut dalga formu voltaj ile aynı aşamadadır ve ayrıca 2., her iki dalga formu da sinüzoidaldir.
Sayı 1: PF = 1.0 olan bir cihaz için giriş voltajı ve mevcut dalga biçimleri
Pratikte, bazı gadget’ların düzenli bir güç yönü vardır, ancak bazıları yoktur. Ekipmanın yetersiz güç yönünün iki nedeni vardır: ya çektiği akım besleme gerilimi ile aynı aşamada bitiyor ya da akımı göstermek için kullanılan dalga biçimi sinüzoidal değil. “Varyasyon” güç faktörü olarak adlandırılan faz dışı durum, genellikle ticari cihazların içindeki motorlarla ilgilidir. Öte yandan, “bozulma” güç faktörü olarak adlandırılan sinüzoidal olmayan sorun genellikle masaüstü bilgisayarlar, fotokopi makineleri ve anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS) tarafından çalıştırılan pil şarj cihazları ile ilişkilidir. Masaüstü bilgisayarlar, fotokopi makineleri ve pil şarj cihazları gibi dijital araçlar, güç ürünleri (SMPS) değiştirilerek tetiklenir. Değişen güç yönüne hızlıca bir göz atalım ve ardından elektronik güç sistemi geliştiricilerinin anlaması için çok daha acil olan bozulma örneği hakkında konuşalım. Bununla birlikte, her iki faktörü de anlamak hayati önem taşımaktadır. Örnek olarak, bazı mühendislik programları güç yönü problemlerini sadece motorlarda tartışır ve öğrenciler daha sonra SMPS tarafından sergilenen daha da yetersiz güç değişkenleriyle karşılaştıklarında şaşırırlar.
Elektrik Motoru ve Deplasman Güç Faktörü Sorunları
Motorlar, kullanılan voltajın aksine bir voltaj veya ters elektrik perspektifi üreten güçlü bir elektromanyetik alan üretir. Bu, yapılan gerilimi sürüklemek için mevcut kaynağı oluşturabilir. Ortaya çıkan zıt fazlı mevcut bileşen, kullanılabilir bir güç kaynağı sunmaz, ancak tesisin güç kaynağı kapasitesini ve güç maliyetlerini artırır. Elektrik motorları arasına monte edilen kapasitörler, aşama gecikmesini azaltır ve ayrıca güç yönlerini artırır.
SMPS ve Bozulma Gücü Boyut Sorunları
Varyasyon güç faktörü lotları, harmoniklere ve bunlarla ilişkili sorunlara neden olmaz, ancak SMPS gibi bozulma gücü yönü tonlar, güç elemanları güçlendirilmedikçe bu sorunlara neden olabilir.
Bir SMPS’nin Klima önü genellikle büyük bir filtre kapasitörü tarafından yapıştırılan bir köprü doğrultucudan oluşur. Devre, AC anahtar devresinden gelen akımı yalnızca hat voltajı kapasitörün voltajını aştığında kullanır. Bu, Şekil 2’de gösterildiği gibi sinüzoidal olmayan bir model oluşturarak düzenli bir Klima sirkülasyonu ile sonuçlanır.
Şekil 2, sinüzoidal olmayan mevcut dalga biçimini gösterir.
Sayı 2: Yanlış güç faktörüne sahip SMPS nedeniyle sinüzoidal olmayan mevcut dalga biçimi
Dalga biçimi Fourier değişimi (matematiksel bir prosedür) kullanılarak analiz edilebilir ve temel frekans (Avrupa’da 50Hz ve Amerika Birleşik Devletleri’nde 60Hz) ve harmonik olarak bilinen mutlak düzenliliğin birkaç tek katı dahil olmak üzere sinüzoidal bileşenlerin bir koleksiyonuna ayrılabilir. 3. harmonik 150Hz (veya 180Hz), beşinci harmonik 250Hz (300Hz). Sayı 3, bir dijital SMPS yükünün düzenli harmonik spektrumunu ortaya koymaktadır. Temel unsur, SMPS tarafından yeterince alınırken, harmonikler duyarlıdır ve yukarıda açıklanan sorunları sunar. Toplam genliğin tüm harmonik genliklere oranı, cihazın güç değişkenini verir.
Şekil 3: Elektronik SMPS Bolluklarının Harmonik Spektrumu için Normal Uluslararası Kriter
Bir ürünün birincil harmoniklerinin üretilmesi için uygun kısıtlamaları açıklayan ve belirleyen küresel bir standart vardır. AB içinde, öneri gereksinimi IEC61000-3-2’dir ve 75W ile 600W arasındaki alet güç seviyelerini kapsar. Ortak, gadget’ları dört sınıflandırmaya ayırır: A, B, C ve D. Kategori D, bilgisayarlar, masaüstü bilgisayar ekranları ve TV alıcılarından oluşur.
Kanıtlanmış PFC Çözümleri ve Ustaca PFC Çözümleri
Güç değişkeni için kolay çözümler olsa da, genel endüstri görüşü, işlevsel tasarımların en iyi güç faktörü geliştirmesini sağladığı yönündedir. Bunlar genellikle, 4 Numarada gösterildiği gibi, yükseltici dönüştürücü modern teknolojisine dayanmaktadır.
4 Numara: Artan Teknolojili Enerjik Güç Elemanı Ayar Devresi
Şekil 5: Enerjik bir artış devresinin gerilimi ve mevcut dalga biçimleri
Bu amaçla, kontrol devresi şablon olarak giriş gerilimi dalga biçimini kullanır. Kontrol devresi mevcut girişi belirler, onu giriş voltajı dalga formuyla karşılaştırır ve aynı şekilde (5-I) mevcut bir giriş dalga formu oluşturmak için yükseltme voltajını yeniden ayarlar. Aynı zamanda, kontrol devresi bara voltajına göz kulak olur ve yaklaşık olarak kontrollü bir DC sonucu (5-B) sağlamak için takviye voltajını ayarlar. Kontrol devresinin ana özelliği, mevcut sinüzoidal giriş sunmaktır, bu nedenle DC bara voltajının biraz farklı olmasına izin verir.
Enerjik bir güç elemanı iyileştirme devresi kullanmak, giriş akımında birkaç kesintiye neden olur, bu nedenle hattan çekilen giriş akımının distorsiyonu ve harmonik içeriği azalır. Bununla birlikte, Vicor kısa süre önce Adaptive Unit adı verilen en yeni dinamik dönüştürücü tasarımına dayanan modüler bir AC ön uç tanıttı.
Bu AC ön uç, sistem tasarımcılarına çeşitli güçlendirilmiş işlevler getirir. Spesifik olarak, 85V’den 264VAC’ye evrensel bir giriş, yüksek verimlilik ve ayrıca yüksek güç kalınlığı sağlar, özellikle ayrı, kontrollü bir DC sonucunun yanı sıra düzeltme ve ayrıca güç yönü iyileştirmesinden oluşan eksiksiz bir çözüm olması sağlanır. Cihaz, A/C hattı harmonik üremesini en aza indirerek sistem ve tesis düzeyinde genel güç yüksek kalitesini artırır. Tam harmonik bozulma, EN61000-2-3 gerekliliklerinden çok daha iyidir, yüksek değişen frekans ve rezonans dönüştürme, harici filtreleme sistemini düzene sokar ve EMI temel özelliklerini karşılar.
