Dzisiejsze ustawienia przemysłowe, przemysłowe, handlowe i mieszkalne wykorzystują rosnącą różnorodność urządzeń elektronicznych, takich jak komputery osobiste, monitory, serwery internetowe i kopiarki, które są powszechnie zasilane przez przełączanie materiałów zasilających (SMPS). W przeciwnym razie można wytworzyć odpowiednio rozwinięte obciążenia nieliniowe, które mogą wymuszać prądy lub napięcia harmoniczne, które pojawiają się w sieci pierwotnej. Harmoniczne mogą uszkodzić telewizory kablowe i narzędzia w tej sieci, a także różne inne podłączone do niej urządzenia. Możliwe problemy obejmują przegrzanie i niebezpieczeństwo pożaru, wysokie napięcia, prądy rozprowadzające, awarie sprzętu, awarie elementów i inne potencjalne konsekwencje. Jeśli partia nieliniowa ma brakujący element mocy, może szybko wytworzyć te harmoniczne. Różne inne obciążenia mogą wykazywać słabe aspekty mocy bez generowania harmonicznych. Ten artykuł koncentruje się na powyższych problemach, scenariuszach prowadzących do destrukcyjnych harmonicznych i rozsądnych sposobach jej zredukowania.
Oba główne powody niskiego współczynnika mocy
Możemy stwierdzić, że współczynnik mocy gadżetu elektrycznego lub elektronicznego to proporcja mocy, jaką uzyskuje z kluczy, do energii, którą pobiera. „Idealne” urządzenie miałoby współczynnik mocy 1,0 i niewątpliwie zrujnowałoby całą moc, jaką otrzymuje. Niewątpliwie wyglądałoby to tak, jakby opierało się bezpośrednim tonom: tonie, która pozostaje stała niezależnie od napięcia wejściowego, bez znacznej indukcyjności lub pojemności. Numer 1 pokazuje przebieg wejściowy, który pojawiłby się w takim gadżecie. Początkowo istniejący przebieg jest w tym samym stopniu co napięcie, a po drugie, oba przebiegi są sinusoidalne.
Numer 1: Napięcie wejściowe oraz aktualne przebiegi dla urządzenia o PF = 1,0
W praktyce niektóre gadżety mają regularny aspekt mocy, ale niektóre nie. Istnieją dwa powody niewystarczającego aspektu mocy sprzętu: albo prąd, który pobiera, wyczerpuje się z napięciem zasilania, albo przebieg używany do zilustrowania prądu jest niesinusoidalny. Sytuacja poza fazą, określana jako „zmienny” współczynnik mocy, jest zwykle związana z silnikami wewnątrz urządzeń komercyjnych. Z drugiej strony, problem niesinusoidalny, określany jako współczynnik mocy „zniekształceń”, jest ogólnie związany z komputerami stacjonarnymi, kserokopiarkami i ładowarkami zasilanymi przez zasilacz impulsowy (SMPS). Gadżety cyfrowe, takie jak komputery stacjonarne, kserokopiarki i ładowarki do akumulatorów, są uruchamiane przez przełączanie produktów zasilających (SMPS). Przyjrzyjmy się szybko zmienionemu aspektowi zasilania, a następnie porozmawiajmy o wystąpieniu zniekształceń, które jest dużo bardziej pilne do zrozumienia dla twórców elektronicznych systemów zasilania. Niemniej jednak ważne jest, aby zrozumieć oba czynniki. Na przykład niektóre programy inżynierskie omawiają problemy związane z aspektem mocy tylko w silnikach, a uczniowie są zdezorientowani, gdy później natkną się na jeszcze bardziej niedostateczne zmienne mocy prezentowane przez SMPS.
Problemy z silnikiem elektrycznym i współczynnikiem przemieszczenia
Silniki wytwarzają silne pole elektromagnetyczne, wytwarzając napięcie lub odwrotną perspektywę elektryczną w przeciwieństwie do używanego napięcia. Może to stworzyć obecne zasilanie, aby przeciągnąć wykonane napięcie. Powstały w ten sposób istniejący komponent w przeciwnej fazie nie zapewnia użytecznego źródła zasilania, ale zwiększa możliwości zasilania obiektu i koszty energii. Zamontowanie kondensatorów między silnikami elektrycznymi zmniejsza opóźnienie sceny, a także zwiększa ich aspekt mocy.
Problemy z impulsami impulsowymi i zniekształceniami mocy
Zmienność współczynników mocy nie powoduje harmonicznych i związanych z nimi problemów, jednak zniekształcenia ton aspektu mocy, takie jak zasilacze impulsowe, mogą powodować te problemy, chyba że ich element mocy zostanie wzmocniony.
Przód klimatyzacji zasilacza impulsowego zwykle składa się z mostka prostowniczego połączonego z dużym kondensatorem filtrującym. Obwód wykorzystuje teraźniejszość z obwodu klucza AC tylko wtedy, gdy napięcie linii przekracza napięcie kondensatora. Powoduje to regularną cyrkulację klimatyzatora, tworząc niesinusoidalny wzór, jak pokazano na rysunku 2.
Rysunek 2 pokazuje niesinusoidalny obecny przebieg.
Numer 2: Niesinusoidalny przebieg obecny z powodu zasilacza impulsowego o złym współczynniku mocy
Przebieg może być analizowany za pomocą zmiany Fouriera (procedura matematyczna) i rozłożony na zbiór składowych sinusoidalnych, w tym częstotliwość podstawową (50 Hz w Europie i 60 Hz w Stanach Zjednoczonych) oraz kilka nieparzystych wielokrotności absolutnej regularności, znanych jako harmoniczne. Trzecia harmoniczna to 150 Hz (lub 180 Hz), piąta to 250 Hz (300 Hz). Numer 3 ujawnia regularne widmo harmoniczne obciążenia cyfrowego SMPS. Istotny element jest odpowiednio wychwytywany przez zasilacze impulsowe, a harmoniczne są responsywne i przedstawiają zagadnienia wyjaśnione powyżej. Stosunek całkowitej amplitudy do wszystkich amplitud harmonicznych daje zmienną moc urządzenia.
Rysunek 3: Normalne międzynarodowe kryterium dla widma harmonicznego elektronicznych impulsów SMPS
Istnieje światowy standard, który wyjaśnia i ustanawia odpowiednie ograniczenia dla generowania pierwotnych harmonicznych produktu. W UE wymogiem rekomendacji jest norma IEC61000-3-2, obejmująca poziomy mocy narzędzi od 75W do 600W. Wspólne dzieli gadżety na cztery kategorie: A, B, C i D. Kategoria D obejmuje komputery, ekrany komputerów stacjonarnych i odbiorniki telewizyjne.
Sprawdzone rozwiązania PFC oraz pomysłowe rozwiązania PFC
Chociaż istnieją proste środki zaradcze ze zmienną mocą, ogólny pogląd branżowy jest taki, że funkcjonalne projekty zapewniają najlepszą poprawę współczynnika mocy. Są one generalnie oparte na nowoczesnej technologii konwertera doładowania, jak pokazano w punkcie 4.
Numer 4: Obwód regulacji energetycznej elementu mocy z technologią wzrostu
Rysunek 5: Przebiegi napięcia i prądu w obwodzie wzrostu energii
W tym celu obwód sterujący wykorzystuje jako szablon przebieg napięcia wejściowego. Obwód sterujący określa obecny sygnał wejściowy, kontrastuje go z kształtem fali napięcia wejściowego i ponownie dostosowuje napięcie podwyższające, aby utworzyć obecny kształt fali wejściowej o tym samym kształcie (5-I). Jednocześnie obwód sterujący kontroluje napięcie szyny i dostosowuje napięcie doładowania, aby utrzymać w przybliżeniu kontrolowany wynik DC (5-B). Główną cechą obwodu sterującego jest oferowanie sinusoidalnego sygnału wejściowego, dzięki czemu napięcie szyny DC może się nieco różnić.
Zastosowanie układu poprawiającego moc elementu energetycznego skutkuje niewielkimi nieciągłościami w prądzie wejściowym, dzięki czemu zredukowane zostają zniekształcenia i zawartość harmonicznych prądu wejściowego pobieranego z linii. Niemniej jednak, Vicor niedawno wprowadził modułowy front-end AC oparty na najnowszym projekcie przetwornika dynamicznego, zwanym Adaptive Unit.
Ten front-end AC zapewnia projektantom systemów kilka ulepszonych funkcji. W szczególności zapewnia uniwersalne wejście od 85 V do 264 V AC, wysoką wydajność, a także dużą moc, ze szczególnym uwzględnieniem kompletnego rozwiązania, które składa się z oddzielnego, kontrolowanego wyjścia DC, a także prostowania, a także poprawy aspektu mocy. Gadżet minimalizuje rozmnażanie harmonicznych linii A/C, zwiększając ogólną jakość zasilania na poziomie systemu i obiektu. Całkowite zniekształcenia harmoniczne są znacznie lepsze niż wymagania normy EN61000-2-3, podczas gdy wysoka zmiana częstotliwości i konwersja rezonansowa usprawniają zewnętrzny system filtrowania i spełniają podstawowe specyfikacje EMI.
