¿Qué sugiere el factor de potencia? ¿Por qué debe remediarse?

Los entornos industriales, industriales, minoristas y residenciales de hoy en día utilizan una gran variedad de dispositivos electrónicos, como computadoras personales, monitores, servidores web y fotocopiadoras, que generalmente funcionan mediante conmutación de materiales de energía (SMPS). De lo contrario, se pueden producir cargas no lineales debidamente desarrolladas que pueden hacer cumplir las corrientes armónicas o los voltajes que aparecen en la red primaria. Los armónicos pueden dañar los televisores por cable y las herramientas de esta red, así como otros equipos conectados a ella. Los posibles problemas incluyen sobrecalentamiento y peligros de incendio, altos voltajes, distribución de corrientes, fallas de equipos, fallas de elementos y otras posibles consecuencias. Si a un lote no lineal le falta un elemento de potencia, puede producir rápidamente estos armónicos. Varias otras cargas pueden mostrar aspectos de baja potencia sin generar armónicos. Este documento se concentra en los problemas anteriores, los escenarios que conducen a armónicos destructivos y las formas sensatas de reducir ese armónico.

Ambas razones principales del factor de potencia deficiente

Podemos afirmar que el factor de potencia de un aparato eléctrico o aparato electrónico es la proporción de la potencia que adquiere de las teclas y la energía que absorbe. Un dispositivo “ideal” tendría un factor de potencia de 1.0 y sin duda arruinaría toda la potencia que obtiene. Sin duda, parecería resistir toneladas directas: una tonelada que sigue siendo constante independientemente del voltaje de entrada, sin inductancia o capacitancia considerable. El número 1 revela la forma de onda de entrada que aparecería en dicho dispositivo. Inicialmente, la forma de onda existente está en la misma etapa que el voltaje, y también en segundo lugar, ambas formas de onda son sinusoidales.

Número 1: voltaje de entrada y formas de onda presentes para un dispositivo con PF = 1.0

En la práctica, algunos dispositivos tienen un aspecto de potencia regular, pero otros no. Hay dos razones para el aspecto de potencia inadecuada del equipo: o la corriente que consume se agota con el voltaje de suministro, o la forma de onda utilizada para ilustrar la corriente no es sinusoidal. La situación fuera de fase conocida como el factor de potencia de “variación” generalmente está relacionada con los motores dentro de los dispositivos comerciales. Por otro lado, el problema no sinusoidal al que se hace referencia como factor de potencia de “distorsión” generalmente se asocia con computadoras de escritorio, fotocopiadoras y cargadores de baterías que funcionan con fuentes de alimentación conmutadas (SMPS). Los dispositivos digitales como computadoras de escritorio, fotocopiadoras y cargadores de batería se activan al cambiar los productos de energía (SMPS). Permítanos echar un vistazo rápido al aspecto de potencia cambiado y luego hablar sobre la instancia de distorsión, que es mucho más urgente de comprender para los desarrolladores de sistemas de potencia electrónica. No obstante, es fundamental comprender ambos factores. A modo de ejemplo, algunos programas de ingeniería discuten problemas relacionados con el aspecto de la potencia solo en los motores, y los estudiantes se quedan perplejos cuando más tarde se encuentran con las variables de potencia aún más deficientes que presenta el SMPS.

Problemas con el motor eléctrico y el factor de potencia de desplazamiento

Los motores producen un campo electromagnético fuerte, produciendo un voltaje o perspectiva eléctrica inversa contraria al voltaje utilizado. Esto puede crear el suministro presente para arrastrar el voltaje generado. El componente existente de fase opuesta resultante no ofrece una fuente de energía utilizable, pero aumenta la capacidad de suministro de energía de la instalación y los costos de energía. Los condensadores de montaje entre motores eléctricos reducen el retraso de la etapa y también aumentan su aspecto de potencia.

SMPS y problemas de aspecto de potencia de distorsión

Los lotes de factor de potencia de variación no causan armónicos y sus problemas asociados, sin embargo, las toneladas de aspecto de potencia de distorsión como SMPS pueden causar estos problemas a menos que se aumente su elemento de potencia.

El frente de aire acondicionado de un SMPS generalmente consiste en un puente rectificador adherido por un condensador de filtro grande. El circuito utiliza el presente del circuito de la llave de CA solo cuando el voltaje de la línea va más allá del voltaje del capacitor. Esto da como resultado una circulación regular del aire acondicionado, creando un patrón no sinusoidal, como se muestra en la Figura 2.

La Figura 2 revela la forma de onda presente no sinusoidal.

Número 2: forma de onda presente no sinusoidal debido a SMPS con factor de potencia incorrecto

La forma de onda puede analizarse utilizando el cambio de Fourier (un procedimiento matemático) y desintegrarse en una colección de componentes sinusoidales, incluida la frecuencia fundamental (50 Hz en Europa y 60 Hz en los Estados Unidos) y varios múltiplos impares de la regularidad absoluta, conocidos como armónicos. El tercer armónico es 150Hz (o 180Hz), el quinto armónico es 250Hz (300Hz). El número 3 revela el espectro armónico regular de una carga SMPS digital. El elemento esencial es tomado adecuadamente por el SMPS, mientras que los armónicos responden y presentan los problemas explicados anteriormente. La proporción de la amplitud total a todas las amplitudes armónicas da la variable de potencia del dispositivo.

Figura 3: Criterio internacional normal para el espectro armónico de abundantes SMPS electrónicos

Existe un estándar global que explica y establece las restricciones adecuadas para la generación de los armónicos primarios de un producto. Dentro de la UE, el requisito de recomendación es IEC61000-3-2, que cubre niveles de potencia de la herramienta de 75 W a 600 W. El común clasifica los dispositivos en cuatro clasificaciones: A, B, C y D. La categoría D consta de computadoras, pantallas de computadoras de escritorio y receptores de TV.

Soluciones PFC probadas, así como soluciones PFC ingeniosas

Si bien existen soluciones fáciles para las variables de potencia, la opinión general de la industria es que los diseños funcionales proporcionan la mejor mejora del factor de potencia. Por lo general, se basan en la tecnología moderna del convertidor elevador, como se muestra en el número 4.

Número 4: Circuito de ajuste del elemento de potencia energética con tecnología Increase

Figura 5: Voltaje y formas de onda presentes de un circuito de aumento energético

Para este propósito, el circuito de control utiliza la forma de onda del voltaje de entrada como plantilla. El circuito de control determina la entrada presente, la contrasta con la forma de onda del voltaje de entrada y reajusta el voltaje de refuerzo para crear una forma de onda de entrada presente de la misma forma (5-I). Al mismo tiempo, el circuito de control vigila el voltaje del bus y ajusta el voltaje de refuerzo para mantener un resultado de CC aproximadamente controlado (5-B). La característica principal del circuito de control es ofrecer una entrada sinusoidal presente, por lo que permite que la tensión del bus de CC difiera algo.

El uso de un circuito de mejora del elemento de potencia energética da como resultado pocas discontinuidades en la corriente de entrada, por lo que se reduce la distorsión y el contenido armónico de la corriente de entrada extraída de la línea. Sin embargo, Vicor ha introducido recientemente un front-end de CA modular basado en su nuevo diseño de convertidor dinámico, llamado Unidad Adaptativa.

Este front-end de CA ofrece varias funciones mejoradas a los diseñadores de sistemas. Específicamente, proporciona una entrada universal de 85 V a 264 VCA, alta eficiencia y también alto grosor de potencia, con especial atención a ser una solución completa que consiste en un resultado de CC controlado y separado, así como rectificación y también mejora del aspecto de potencia. El dispositivo minimiza la reproducción de armónicos de la línea de A / C, aumentando la alta calidad de la energía general a nivel del sistema y de las instalaciones. La distorsión armónica completa es mucho mejor que los requisitos de EN61000-2-3, mientras que la alta frecuencia cambiante y la conversión resonante optimizan el sistema de filtrado externo y satisfacen las especificaciones básicas de EMI.

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Ena Leung

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