De huidige industriële, industriële, retail- en woonomgevingen maken gebruik van een steeds groter aantal elektronische apparaten, zoals pc’s, monitoren, webservers en kopieerapparaten, die gewoonlijk worden aangedreven door omschakeling van stroommaterialen (SMPS). Anders kunnen goed ontwikkelde, niet-lineaire belastingen worden geproduceerd die de harmonische stromen of spanningen die op het primaire net verschijnen, kunnen versterken. Harmonischen kunnen de kabeltelevisies en gereedschappen in dit netwerk beschadigen, evenals verschillende andere apparatuur die erop is aangesloten. Mogelijke problemen zijn onder meer oververhitting en brandgevaar, hoge spanningen, distributiestromen, apparatuurstoringen, elementstoringen en andere mogelijke gevolgen. Als een niet-lineaire partij een ontbrekend vermogenselement heeft, kan het deze harmonischen snel produceren. Verschillende andere belastingen kunnen slechte vermogensaspecten vertonen zonder harmonischen te genereren. Dit artikel concentreert zich op de bovenstaande problemen, de scenario’s die leiden tot destructieve harmonischen en verstandige manieren om die harmonische te verminderen.
Beide belangrijke redenen voor een slechte arbeidsfactor
We kunnen stellen dat de arbeidsfactor van een elektrisch apparaat of elektronisch apparaat het aandeel is van het vermogen dat het uit de sleutels haalt en de energie die het inneemt. Een “ideaal” apparaat zou een powerfactor van 1,0 hebben en zou ongetwijfeld al het vermogen dat het krijgt verpesten. Het zou er ongetwijfeld uitzien als weerstand bieden aan directe tonnen: een ton die constant blijft ongeacht de ingangsspanning, zonder aanzienlijke inductantie of capaciteit. Nummer 1 onthult de ingangsgolfvorm die in zo’n gadget zou verschijnen. Aanvankelijk bevindt de bestaande golfvorm zich in hetzelfde stadium als de spanning, en ook 2e, beide golfvormen zijn sinusvormig.
Nummer 1: Ingangsspanning en huidige golfvormen voor een apparaat met PF = 1,0
In de praktijk hebben sommige gadgets wel een regulier power-aspect, andere niet. Er zijn twee redenen voor het ontoereikende vermogensaspect van apparatuur: of de stroom die het trekt, raakt op met de voedingsspanning, of de golfvorm die wordt gebruikt om de stroom te illustreren is niet-sinusvormig. De uit-fase-situatie die de “variatie”-vermogensfactor wordt genoemd, heeft meestal te maken met motoren in commerciële apparaten. Aan de andere kant wordt het niet-sinusvormige probleem dat de “vervormingsfactor” wordt genoemd, over het algemeen geassocieerd met desktopcomputers, fotokopieerapparaten en batterijladers die worden aangedreven door schakelende voedingen (SMPS). Digitale gadgets zoals desktopcomputers, kopieerapparaten en batterijladers worden geactiveerd door over te schakelen van stroomproducten (SMPS). Laten we snel kijken naar het veranderde vermogensaspect en dan praten over de vervormingsinstantie, die voor ontwikkelaars van elektronische voedingssystemen veel dringender is om te begrijpen. Het is echter van vitaal belang om beide factoren te begrijpen. Sommige technische programma’s bespreken bijvoorbeeld problemen met het vermogensaspect alleen in motoren, en studenten zijn perplex wanneer ze later de nog meer gebrekkige vermogensvariabelen tegenkomen die worden getoond door SMPS.
Elektrische motor en problemen met de verplaatsingsfactor
Motoren produceren een sterk elektromagnetisch veld en produceren een spanning of omgekeerd elektrisch perspectief in tegenstelling tot de gebruikte spanning. Dit kan de aanwezige voeding creëren om de gemaakte spanning te slepen. De resulterende tegenfase bestaande component biedt geen bruikbare stroombron, maar verhoogt de stroomvoorziening en de stroomkosten van de faciliteit. Door condensatoren tussen elektromotoren te monteren, wordt de fasevertraging verminderd en wordt hun vermogensaspect verhoogd.
SMPS en problemen met het vervormingsvermogenaspect
Variatievermogensfactorpartijen veroorzaken geen harmonischen en de bijbehorende problemen, maar vervormingskrachtaspecttonen zoals SMPS kunnen deze problemen veroorzaken, tenzij hun vermogenselement wordt versterkt.
Het front van de airconditioning van een SMPS bestaat meestal uit een bruggelijkrichter waaraan een grote filtercondensator is bevestigd. Het circuit gebruikt het heden van het AC-sleutelcircuit alleen wanneer de lijnspanning hoger is dan de spanning van de condensator. Dit resulteert in een regelmatige circulatie van de airconditioner, waardoor een niet-sinusvormig patroon ontstaat, zoals weergegeven in afbeelding 2.
Figuur 2 onthult de niet-sinusvormige huidige golfvorm.
Nummer 2: Niet-sinusvormige huidige golfvorm vanwege SMPS met verkeerde arbeidsfactor
De golfvorm kan worden geanalyseerd met behulp van de Fourier-verandering (een wiskundige procedure) en uiteenvallen in een verzameling sinusoïdale componenten, waaronder de grondfrequentie (50 Hz in Europa en 60 Hz in de Verenigde Staten) en verschillende oneven veelvouden van de absolute regelmaat, bekend als harmonischen. De 3e harmonische is 150Hz (of 180Hz), de vijfde harmonische is 250Hz (300Hz). Nummer 3 onthult het reguliere harmonische spectrum van een digitale SMPS-belasting. Het essentiële element wordt adequaat opgenomen door de SMPS, terwijl de harmonischen responsief zijn en de hierboven uiteengezette problemen vertonen. De verhouding van de totale amplitude tot alle harmonische amplituden geeft de vermogensvariabele van het apparaat.
Figuur 3: Normaal internationaal criterium voor harmonisch spectrum van elektronische SMPS-plenties
Er is een wereldwijde norm die de juiste beperkingen uitlegt en vastlegt voor het genereren van de primaire harmonischen van een product. Binnen de EU is de aanbevelingsvereiste IEC61000-3-2, voor gereedschapsvermogensniveaus van 75W tot 600W. De common categoriseert gadgets in vier classificaties: A, B, C en D. Categorie D bestaat uit computers, desktopcomputerschermen en tv-ontvangers.
Bewezen PFC-oplossingen en ingenieuze PFC-oplossingen
Hoewel er eenvoudige remedies voor vermogensvariabele zijn, is de algemene mening van de industrie dat functionele ontwerpen de beste verbetering van de vermogensfactor bieden. Deze zijn over het algemeen gebaseerd op moderne boost-convertertechnologie, zoals weergegeven in nummer 4.
Nummer 4: Energetic Power Element-aanpassingscircuit met verhogingstechnologie
Figuur 5: Spanning en huidige golfvormen van een energetisch toenamecircuit
Voor dit doel gebruikt het stuurcircuit de golfvorm van de ingangsspanning als sjabloon. Het regelcircuit bepaalt de aanwezige ingang, contrasteert deze met de golfvorm van de ingangsspanning en past de boostspanning opnieuw aan om een huidige ingangsgolfvorm met dezelfde vorm (5-I) te creëren. Tegelijkertijd houdt het stuurcircuit de busspanning in de gaten en past de boostspanning aan om een ongeveer gecontroleerd DC-resultaat (5-B) te behouden. Het belangrijkste kenmerk van het stuurcircuit is dat er sinusvormige ingang aanwezig is, zodat de DC-busspanning enigszins kan verschillen.
Het gebruik van een energetisch vermogenselementverbeteringscircuit resulteert in weinig discontinuïteiten in de ingangsstroom, zodat de vervorming en harmonische inhoud van de ingangsstroom die uit de lijn wordt getrokken, wordt verminderd. Desalniettemin heeft Vicor onlangs een modulaire AC-front-end geïntroduceerd op basis van zijn nieuwste dynamische converterontwerp, de Adaptive Unit.
Deze AC-front-end biedt systeemontwerpers verschillende verbeterde functies. Het biedt met name een universele invoer van 85V tot 264VAC, een hoog rendement en ook een hoge vermogensdikte, waarbij in het bijzonder wordt overwogen een complete oplossing te zijn die bestaat uit een gescheiden, gecontroleerd DC-resultaat, evenals rectificatie en ook verbetering van het vermogensaspect. De gadget minimaliseert harmonisch fokken van de A/C-lijn, waardoor de algemene stroomkwaliteit op systeem- en faciliteitsniveau wordt verhoogd. De volledige harmonische vervorming is veel beter dan de EN61000-2-3-vereisten, terwijl de hoge veranderende frequentie en resonantieconversie het externe filtersysteem stroomlijnen en voldoen aan de EMI-basisspecificaties.
