Сегодняшние промышленные, промышленные, розничные и жилые помещения используют все большее количество разнообразных электронных устройств, таких как персональные компьютеры, мониторы, веб-серверы и копировальные аппараты, которые обычно получают питание от импульсных источников питания (SMPS). В противном случае могут быть созданы правильно разработанные нелинейные нагрузки, которые могут усилить гармонические токи или напряжения, которые появляются в первичной сети. Гармоники могут повредить кабельные телевизоры и инструменты в этой сети, а также другое подключенное к ней оборудование. Возможные проблемы включают перегрев и опасность возгорания, высокое напряжение, токи распределения, отказы оборудования, отказы элементов и другие возможные последствия. Если в нелинейной партии отсутствует силовой элемент, он может быстро произвести эти гармоники. Различные другие нагрузки могут демонстрировать плохие характеристики мощности без генерации гармоник. Эта статья концентрируется на вышеупомянутых проблемах, сценариях, которые приводят к деструктивным гармоникам, и разумным способам уменьшения этой гармоники.
Обе основные причины низкого коэффициента мощности
Мы можем утверждать, что коэффициент мощности электрического или электронного устройства – это пропорция мощности, которую он получает от клавиш, и энергии, которую он потребляет. «Идеальное» устройство должно иметь коэффициент мощности 1,0 и, несомненно, испортит всю получаемую мощность. Это, несомненно, будет выглядеть как сопротивление прямым тоннам: тонна, которая остается постоянной независимо от входного напряжения, без значительной индуктивности или емкости. Номер 1 показывает форму входного сигнала, который может появиться в таком гаджете. Первоначально существующая форма волны находится на той же стадии, что и напряжение, а также вторая, обе формы сигнала синусоидальные.
Номер 1: входное напряжение, а также текущие формы сигналов для устройства с коэффициентом мощности = 1.0.
На практике у некоторых гаджетов есть обычный аспект питания, а у некоторых нет. Есть две причины недостаточной мощности оборудования: либо ток, который оно потребляет, исчерпывает напряжение питания, либо форма волны, используемая для иллюстрации тока, не является синусоидальной. Противофазная ситуация, называемая «вариационным» коэффициентом мощности, обычно связана с двигателями внутри коммерческих устройств. С другой стороны, несинусоидальная проблема, называемая коэффициентом мощности «искажения», обычно связана с настольными компьютерами, копировальными аппаратами и зарядными устройствами, управляемыми импульсными источниками питания (SMPS). Цифровые гаджеты, такие как настольные компьютеры, копировальные аппараты и зарядные устройства, активируются при переключении источников питания (SMPS). Разрешите быстро взглянуть на измененный аспект мощности, а затем поговорите об экземпляре искажения, который гораздо сложнее понять разработчикам электронных систем питания. Тем не менее, важно понимать оба фактора. Например, некоторые инженерные программы обсуждают проблемы аспекта мощности только в двигателях, и студенты недоумевают, когда позже сталкиваются с еще более недостаточными переменными мощности, которые демонстрирует SMPS.
Электродвигатель, а также проблемы с коэффициентом мощности смещения
Двигатели создают сильное электромагнитное поле, создавая напряжение или обратную электрическую перспективу, противоположную используемому напряжению. Это может создать источник питания для перетаскивания создаваемого напряжения. Получающийся в результате противофазный существующий компонент не предлагает пригодный для использования источник энергии, но увеличивает мощность источника питания и затраты на электроэнергию. Установка конденсаторов между электродвигателями снижает задержку ступени, а также увеличивает их мощность.
SMPS, а также проблемы с искажением мощности
Партии с вариационным коэффициентом мощности не вызывают гармоник и связанных с ними проблем, однако такие аспекты мощности искажения, как SMPS, могут вызвать эти проблемы, если их силовой элемент не повышен.
Передняя часть системы кондиционирования воздуха в ИИП обычно состоит из мостового выпрямителя, к которому прикреплен большой конденсатор фильтра. В схеме используется ток от ключевой цепи переменного тока только тогда, когда линейное напряжение превышает напряжение конденсатора. Это приводит к регулярной циркуляции кондиционера, создавая несинусоидальный рисунок, как показано на рисунке 2.
На рисунке 2 показана несинусоидальная форма текущего сигнала.
Номер 2: Несинусоидальная форма сигнала в настоящее время из-за SMPS с неправильным коэффициентом мощности
Форма волны может быть проанализирована с помощью изменения Фурье (математическая процедура) и разбита на набор синусоидальных компонентов, включая основную частоту (50 Гц в Европе и 60 Гц в США) и несколько нечетных кратных абсолютной регулярности, известных как гармоники. Третья гармоника – 150 Гц (или 180 Гц), пятая гармоника – 250 Гц (300 Гц). Число 3 показывает регулярный спектр гармоник цифровой нагрузки SMPS. Существенный элемент адекватно воспринимается SMPS, в то время как гармоники реагируют и вызывают проблемы, описанные выше. Отношение общей амплитуды ко всем амплитудам гармоник дает переменную мощности устройства.
Рисунок 3: Нормальный международный критерий гармонического спектра электронных импульсных источников питания
Существует глобальный стандарт, который объясняет и устанавливает соответствующие ограничения для генерации первичных гармоник продукта. В странах ЕС требуется рекомендация IEC61000-3-2, охватывающая уровни мощности инструмента от 75 Вт до 600 Вт. Стандарт делит гаджеты на четыре категории: A, B, C и D. Категория D состоит из компьютеров, экранов настольных компьютеров и телевизионных приемников.
Проверенные решения PFC, а также оригинальные решения PFC
Несмотря на то, что существуют простые способы решения проблемы переменной мощности, в целом отрасль считает, что функциональные конструкции обеспечивают наилучшее повышение коэффициента мощности. Как правило, они основаны на современной технологии повышающих преобразователей, как показано в номере 4.
Номер 4: Цепь регулировки энергетического элемента с технологией увеличения
Рисунок 5: Напряжение и текущие формы волны схемы повышения энергии
Для этого в схеме управления в качестве шаблона используется форма входного напряжения. Схема управления определяет присутствующий входной сигнал, сравнивает его с формой волны входного напряжения и повторно регулирует повышающее напряжение, чтобы создать текущую форму входного сигнала той же формы (5-I). В то же время схема управления следит за напряжением на шине и регулирует повышающее напряжение для поддержания приблизительно контролируемого результата по постоянному току (5-B). Основная особенность схемы управления – наличие синусоидального входного сигнала, что позволяет напряжению на шине постоянного тока несколько отличаться.
Использование схемы улучшения энергетического элемента питания приводит к небольшому количеству разрывов входного тока, поэтому искажения и гармонический состав входного тока, потребляемого из линии, уменьшаются. Тем не менее, Vicor совсем недавно представила модульный интерфейс переменного тока, основанный на новейшей конструкции динамического преобразователя, названный Adaptive Unit.
Этот интерфейс переменного тока предоставляет разработчикам системы несколько расширенных функций. В частности, он обеспечивает универсальный вход от 85 В до 264 В переменного тока, высокую эффективность, а также большую толщину мощности, при этом особое внимание уделяется комплексному решению, которое состоит из отдельного контролируемого выхода постоянного тока, а также выпрямления и улучшения характеристик мощности. Устройство минимизирует образование гармоник в линии переменного тока, повышая общее высокое качество электроэнергии на уровне системы и объекта. Полное гармоническое искажение намного лучше, чем требования EN61000-2-3, в то время как высокая частота изменения и резонансное преобразование оптимизируют внешнюю систему фильтрации и удовлетворяют основным требованиям EMI.
