Spațiile comerciale, industriale, de vânzare cu amănuntul și chiar casnice de astăzi sunt din ce în ce mai populate de dispozitive electronice, cum ar fi PC-uri, monitoare, servere și fotocopiatoare, care sunt alimentate de obicei cu surse de alimentare cu comutare (SMPS). Dacă nu sunt proiectate corespunzător, acestea pot prezenta sarcini neliniare care impun curenți armonici și eventual tensiuni pe rețeaua de alimentare de la rețea. Armonicile pot deteriora cablarea și echipamentele din această rețea, precum și alte echipamente conectate la aceasta. Problemele includ supraîncălzirea și riscul de incendiu, tensiuni ridicate și curenți de circulație, defecțiuni ale echipamentelor și defecțiuni ale componentelor și alte posibile consecințe. O sarcină neliniară poate genera aceste armonici dacă are un factor de putere slab. Alte sarcini pot prezenta factori de putere slabi fără a crea armonici. Această postare analizează aceste probleme, circumstanțele care pot duce la generarea de armonici dăunătoare și abordările practice de reducere a acesteia.

Cele două cauze ale factorului de putere slab

La cel mai simplu nivel, am putea spune că factorul de putere al unui dispozitiv electric sau electronic este raportul dintre puterea pe care o extrage din rețeaua de alimentare și puterea pe care o consumă de fapt. Un dispozitiv „ideal” are un factor de putere de 1,0 și consumă toată puterea pe care o atrage. Ar prezenta o sarcină liniară și complet rezistivă: adică una care rămâne constantă indiferent de tensiunea de intrare și nu are inductanță sau capacitate semnificativă. Figura 1 prezintă formele de undă de intrare pe care le-ar prezenta un astfel de dispozitiv. În primul rând, forma de undă curentă este în fază cu tensiunea și, în al doilea rând, ambele forme de undă sunt sinusoidale.

elementele

Fig 1: Tensiune de intrare și forme de undă de curent pentru un dispozitiv cu PF = 1,0

Fig 1: Tensiune de intrare și forme de undă de curent pentru un dispozitiv cu PF = 1,0

În practică, unele dispozitive nu au factori de putere de unitate, dar mulți alții nu. Un dispozitiv are un factor de putere slab din unul din cele două motive; fie trage curentul defazat cu tensiunea de alimentare, fie trage curent într-o formă de undă non-sinusoidală. Carcasa defazată, cunoscută sub numele de factor de putere „deplasare”, este de obicei asociată cu motoarele electrice din interiorul echipamentelor industriale, în timp ce carcasa non-sinusoidală, cunoscută sub numele de factor de putere „de distorsiune”, este de obicei văzută cu dispozitive electronice precum PC-uri, copiatoare și încărcătoare de baterii acționate de surse de alimentare cu comutare (SMPS). Vom analiza pe scurt factorul de putere al deplasării înainte de a trece la cazul distorsiunii, care este mai îngrijorător pentru proiectanții de sisteme electronice de alimentare. Cu toate acestea, este important să fie conștienți de ambele cazuri. De exemplu, unele cursuri de inginerie discută problema factorului de putere doar în ceea ce privește motoarele, ceea ce provoacă confuzie atunci când elevii lor se confruntă ulterior cu un factor de putere slab, așa cum este prezentat de un SMPS.

Motoare electrice și probleme cu factorul de putere de deplasare

Motoarele electrice creează câmpuri magnetice puternice care produc o tensiune sau forță electromotoare înapoi, în opoziție cu tensiunea aplicată. Acest lucru determină curentul de alimentare să întârzie tensiunea aplicată. Componenta de curent defazată rezultată nu poate furniza energie utilizabilă, dar se adaugă la capacitatea de alimentare necesară a instalației și la costurile de energie electrică. Montarea condensatoarelor între motoare reduce decalajul de fază și le îmbunătățește factorul de putere.

SMPS și probleme de factor de putere de distorsiune

În timp ce sarcinile factorului de putere de deplasare nu cauzează armonici și problemele asociate acestora, sarcinile factorului de putere de distorsiune, cum ar fi SMPS, vor face acest lucru, cu excepția cazului în care factorul lor de putere este îmbunătățit.

Capătul frontal al unui SMPS cuprinde de obicei un redresor de punte urmat de un condensator de filtru mare. Acest circuit extrage curent de la rețea numai atunci când tensiunea de linie o depășește pe cea din condensator. Acest lucru face ca curentul să curgă discontinuu, rezultând forma de undă a curentului non-sinusoidal prezentată în Figura 2.

Fig 2: Forma de undă de curent non-sinusoidal trasă de SMPS cu factor de putere slab