Que suggère le facteur de puissance ? Pourquoi faut-il y remédier ?

Les environnements industriels, industriels, de vente au détail et résidentiels d’aujourd’hui utilisent une variété croissante d’appareils électroniques tels que des ordinateurs personnels, des moniteurs, des serveurs Web et des copieurs, qui sont généralement alimentés par des matériaux de commutation (SMPS). Sinon, des charges non linéaires correctement développées peuvent être produites qui peuvent imposer les courants ou tensions harmoniques qui apparaissent sur le réseau primaire. Les harmoniques peuvent endommager les télévisions par câble et les outils de ce réseau ainsi que divers autres équipements qui y sont connectés. Les problèmes possibles incluent les dangers de surchauffe et d’incendie, les hautes tensions, les courants de distribution, les pannes d’équipement, les défaillances d’éléments et d’autres conséquences potentielles. Si un lot non linéaire a un élément de puissance manquant, il peut rapidement produire ces harmoniques. Diverses autres charges peuvent présenter des aspects de faible puissance sans générer d’harmoniques. Cet article se concentre sur les problèmes ci-dessus, les scénarios qui conduisent à des harmoniques destructrices et les moyens judicieux de réduire ces harmoniques.

Les deux principales raisons du faible facteur de puissance

Nous pouvons affirmer que le facteur de puissance d’un gadget électrique ou d’un gadget électronique est la proportion de la puissance qu’il acquiert des clés et de l’énergie qu’il absorbe. Un appareil “idéal” aurait un facteur de puissance de 1,0 et ruinerait sans aucun doute toute la puissance qu’il reçoit. Cela ressemblerait sans aucun doute à résister à des tonnes directes : une tonne qui continue d’être constante quelle que soit la tension d’entrée, sans inductance ou capacité considérable. Le numéro 1 révèle la forme d’onde d’entrée qui apparaîtrait dans un tel gadget. Initialement, la forme d’onde existante est au même stade que la tension, et également, les deux formes d’onde sont sinusoïdales.

Numéro 1 : Tension d’entrée ainsi que formes d’onde présentes pour un appareil avec PF = 1,0

En pratique, certains gadgets ont un aspect de puissance régulier, mais d’autres non. Il y a deux raisons à l’aspect de puissance insuffisante de l’équipement : soit le courant qu’il tire s’écoule avec la tension d’alimentation, soit la forme d’onde utilisée pour illustrer le courant n’est pas sinusoïdale. La situation de déphasage appelée facteur de puissance de «variation» est généralement liée aux moteurs à l’intérieur des appareils commerciaux. D’autre part, le problème non sinusoïdal appelé facteur de puissance de « distorsion » est généralement associé aux ordinateurs de bureau, aux photocopieurs et aux chargeurs de batterie alimentés par des alimentations à découpage (SMPS). Les gadgets numériques tels que les ordinateurs de bureau, les photocopieurs et les chargeurs de batterie sont déclenchés par la commutation de produits d’alimentation (SMPS). Jetons rapidement un coup d’œil à l’aspect modifié de l’alimentation, puis parlons de l’instance de distorsion, qui est beaucoup plus urgente à comprendre pour les développeurs de systèmes d’alimentation électroniques. Néanmoins, il est essentiel de comprendre les deux facteurs. À titre d’exemple, certains programmes d’ingénierie discutent des problèmes liés à l’aspect de la puissance uniquement dans les moteurs, et les étudiants sont perplexes lorsqu’ils découvrent plus tard les variables de puissance encore plus déficientes présentées par SMPS.

Problèmes de moteur électrique et de facteur de puissance de déplacement

Les moteurs produisent un champ électromagnétique puissant, produisant une tension ou une perspective électrique inverse contrairement à la tension utilisée. Cela peut créer l’alimentation présente pour faire glisser la tension produite. Le composant existant en opposition de phase qui en résulte n’offre pas de source d’alimentation utilisable, mais il augmente la capacité d’alimentation électrique de l’installation et les coûts d’énergie. Le montage de condensateurs entre les moteurs électriques réduit le décalage d’étape et augmente également leur aspect de puissance.

SMPS ainsi que des problèmes d’aspect de puissance de distorsion

Les variations de facteur de puissance ne causent pas d’harmoniques et leurs problèmes associés, mais les tons d’aspect de puissance de distorsion tels que SMPS peuvent causer ces problèmes à moins que leur élément de puissance ne soit amplifié.

La façade de climatisation d’un SMPS se compose généralement d’un pont redresseur auquel adhère un gros condensateur de filtrage. Le circuit utilise le présent du circuit de clé CA uniquement lorsque la tension de ligne dépasse la tension du condensateur. Cela se traduit par une circulation régulière du climatiseur, créant un motif non sinusoïdal, comme le montre la figure 2.

La figure 2 révèle la forme d’onde présente non sinusoïdale.

Numéro 2 : forme d’onde présente non sinusoïdale en raison d’un SMPS avec un facteur de puissance incorrect

La forme d’onde peut être analysée à l’aide du changement de Fourier (une procédure mathématique) et désintégrée en un ensemble de composantes sinusoïdales, dont la fréquence fondamentale (50 Hz en Europe et 60 Hz aux États-Unis) et plusieurs multiples impairs de la régularité absolue, appelés harmoniques. La 3e harmonique est à 150 Hz (ou 180 Hz), la cinquième harmonique est à 250 Hz (300 Hz). Le numéro 3 révèle le spectre harmonique régulier d’une charge SMPS numérique. L’élément essentiel est correctement pris en compte par le SMPS, tandis que les harmoniques sont réactives et présentent les problèmes expliqués ci-dessus. La proportion de l’amplitude totale à toutes les amplitudes harmoniques donne la variable de puissance de l’appareil.

Figure 3 : Critère international normal pour le spectre harmonique des abondances SMPS électroniques

Il existe une norme mondiale qui explique et établit des restrictions appropriées pour la génération des harmoniques primaires d’un produit. Au sein de l’UE, l’exigence de recommandation est IEC61000-3-2, couvrant les niveaux de puissance de l’outil de 75W à 600W. Le commun classe les gadgets en quatre catégories: A, B, C et D. La catégorie D comprend les ordinateurs, les écrans d’ordinateur de bureau et les récepteurs de télévision.

Solutions PFC éprouvées ainsi que des solutions PFC ingénieuses

Bien qu’il existe des solutions simples pour les variables de puissance, l’opinion générale de l’industrie est que les conceptions fonctionnelles offrent la meilleure amélioration du facteur de puissance. Ceux-ci sont généralement basés sur la technologie moderne du convertisseur boost, comme indiqué dans le numéro 4.

Numéro 4: Circuit de réglage de l’élément de puissance énergétique avec technologie d’augmentation

Figure 5 : Tension et formes d’onde actuelles d’un circuit d’augmentation énergétique

À cette fin, le circuit de commande utilise la forme d’onde de la tension d’entrée comme modèle. Le circuit de commande détermine l’entrée présente, la contraste avec la forme d’onde de la tension d’entrée et réajuste la tension de suralimentation pour créer une forme d’onde d’entrée présente de la même forme (5-I). Dans le même temps, le circuit de commande surveille la tension du bus et ajuste la tension de suralimentation pour maintenir un résultat CC approximativement contrôlé (5-B). La principale caractéristique du circuit de commande est d’offrir une entrée sinusoïdale, ce qui permet à la tension du bus CC de différer quelque peu.

L’utilisation d’un circuit d’amélioration d’élément de puissance énergétique entraîne peu de discontinuités dans le courant d’entrée, de sorte que la distorsion et le contenu harmonique du courant d’entrée tiré de la ligne sont réduits. Néanmoins, Vicor a récemment introduit un frontal AC modulaire basé sur sa toute dernière conception de convertisseur dynamique, appelée Adaptive Unit.

Ce front-end AC apporte plusieurs fonctions boostées aux concepteurs de systèmes. Plus précisément, il fournit une entrée universelle de 85V à 264VAC, un rendement élevé, ainsi qu’une épaisseur de puissance élevée, avec une considération particulière pour être une solution complète qui se compose d’un résultat CC séparé et contrôlé ainsi que d’une rectification et également d’une amélioration de l’aspect de la puissance. Le gadget minimise la reproduction harmonique de la ligne A/C, augmentant la haute qualité de la puissance générale au niveau du système et de l’installation. La distorsion harmonique complète est bien meilleure que les exigences EN61000-2-3, tandis que la fréquence changeante élevée et la conversion de résonance rationalisent le système de filtrage externe et répondent aux spécifications de base EMI.

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Ena Leung

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