doğrusal olmayan yük (doğrultucu) ve güç faktörü

Güç faktörünün, güç hatları ve yük arasında dolaşan ve güç iletim hatlarını ve içindeki transformatörleri ısıtan başka bir şey yapmayan görünen gücün ne kadar olduğunu gösterdiğini okudum. Bunun, akımın voltajla faz dışı olmasından kaynaklandığını söylüyorlar. Özellikle, voltaj pozitif ancak akım negatif olduğunda güç yükten dışarı akar.

Ayrıca, diyot doğrultucunun giriş voltajı yük voltajını aştığında sadece tepe voltajının kısa anlarında ilettiğini görüyorum (doğrultucuların bir çıkış kapasitörü = yük voltajı vardır). Böylece, bu kısa patlamalar sırasında tüm güç tüketilir. İnsanların hiçbir şey anlamadığını ve tüm sorunun güç faktörü olmadığını, güç hatlarındaki transformatörleri aşırı yükleyen bu patlamaların (mıknatıslanma kaybı tehlikesi nedeniyle transformatörlerde büyük akımlar yapmasına izin verilmediğini) söyleyen bir makaleyi okudum. Ancak, sinüsün çok küçük bir kısmı boyunca tüm gücü tükettiğinizde, büyük akım olur. Açıkçası, akım 1 güç faktörü ile referans (direnç) yükünde olması gerektiği gibi voltajla orantılı değildir. Ancak, burada herhangi bir negatif güç görmüyorum! Doğrultucu, pozitif giriş voltajına ve negatif akıma sahip olmayı engeller. Tüm akım, tepe pozitif voltaj altında pozitiftir. Peki, lineer olmayan yük görünen gücü nasıl üretir?

Başka bir deyişle, Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factor diyor

Basit çevrim dışı anahtarlamalı güç kaynakları, büyük bir enerji depolama kapasitörüne bağlı basit bir tam dalga doğrultucu içerir. Bu tür SMPS'ler, şebeke ani gerilimi bu kapasitördeki gerilimi aştığında AC hattından kısa darbeler halinde akım çeker. AC döngüsünün geri kalan kısmı sırasında, kapasitör güç kaynağına enerji sağlar.

Sonuç olarak, bu tür temel anahtarlamalı güç kaynaklarının giriş akımı yüksek harmonik içeriğine ve nispeten düşük güç faktörüne sahiptir.

Harmonik içeriğin düşük güç faktörünü ürettiği sonucuna nasıl ulaşırlar? Görünen güç nereden geliyor?

Akımın harmoniklere (frekans bileşenleri) sahip olduğunu anlıyorum, bu da voltaj tek kutuplulukta kalırken ileri ve geri salındığı anlamına geliyor. Akımın bu yüksek frekanslı salınımları görünen gücü üretebilir. Bununla birlikte, net akış hala pozitiftir, akım hala sadece bir yönde akar, voltaj polaritesine karşılık gelir ve salınımlar görünür güce neden olmak için ters yönde akmasını sağlamaz.

Eksik gibi görünen nokta, güç döngüsünün bir kısmı boyunca birlik güç faktörüne daha az sahip olmak için cihazdan güç hattına güç aktarımı gerektirmemesidir.

Hepsi aynı matematiksel olarak ortaya çıkmasına rağmen, güç faktörünün gerçekte ne olduğuna bakmak için çeşitli yollar vardır. Bunun bir yolu, RMS voltajı ve akımına göre ürüne verilen gerçek gücün oranıdır. Akım bir sinüsse (bu durumda voltajın her zaman bir sinüs olduğunu düşünelim, çünkü güç hattı bu kadar düşük empedansa sahiptir), o zaman voltajla fazdayken birlik güç faktörünüz vardır ve 90 derece dışına çıktığında 0 evre. Bir sinüs durumunda, birlik güç faktörünün daha azına sahip olmak için gücün çevrimin bir kısmı sırasında hatta geri akması gerekir.

Bununla birlikte, birçok başka dalga formu da mümkündür. Gerilim pozitif olduğunda her zaman 0 veya pozitif veya gerilim negatif olduğunda 0 veya negatif akıma sahip olabilirsiniz, ancak bu sinüs değildir. Tam bir dalga köprüsünün neden olduğu ani yükselmeler buna iyi bir örnektir. Güç asla güç hattına geri akmaz, ancak güç faktörü 1'den azdır. Bazı örnekler yapın ve tam dalga köprüsü tarafından çekilen RMS akımını hesaplayın. Güç hattından çekilen toplam gerçek gücün, RMS akımından güç hattı voltajından daha az olduğunu göreceksiniz (yine, güç hattı voltajının her zaman bir sinüs olduğunu varsayıyoruz).

Bunu düşünmenin bir başka yolu, iletim sistemindeki kayıpların akımın karesiyle orantılı olmasıdır. Tam dalga köprüsü akımını yüksek büyüklükteki kısa sivri uçlarda çeker. Kayıpların kare yapısı nedeniyle, bu, çekilen ortalama akımın daha fazla yayılmasından daha kötüdür. Matematiğin üzerinde çalışıyorum, akımın ortalama karesini en aza indirmenin yolunun, akımın voltajla fazda bir sinüs olmasını sağlamak olduğunu anlıyorsunuz. Birlik güç faktörü elde etmenin tek yolu budur .

Buna değindiğiniz başka bir yol da akımın Fourier genişlemesini düşünmektir. Her güç hattı döngüsünü tekrarlayan bazı mevcut dalga formunu varsayıyoruz, bu yüzden bir Fourier serisi var. Bu gibi tekrarlanan herhangi bir dalga şekli, güç hattı frekansındaki bir dizi sinüs dalgasının ve bunların pozitif tam sayı katlarının toplamı olarak ifade edilebilir. Örneğin 60 Hz gücünde, dalga formu 60 Hz, 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, vb. Sinüslerin toplamıdır. Tek soru, bu harmoniklerin her birinin genliği ve faz kaymasının ne olduğudur. Sadece temelin (bu örnekteki 60 Hz bileşeninin) güç hattından herhangi bir net güç çekebildiği ve sadece voltajla fazda olduğu ölçüde açık olmalıdır. Tüm bileşenler sinüs olduğundan, her biri, çevrimin bir kısmı sırasında güç çekecek ve temelin faz içi bileşeni hariç olmak üzere, aynı gücü döngünün başka bir kısmında geri gönderecektir. Dolayısıyla, akım faktörünü sinüs dalgası bileşenlerine ayırırsanız, güç faktörünü döngünün bir kısmı sırasında gücü geri koymak zorunda bırakma şekliniz geçerlidir. Bununla birlikte, güç hattına farklı zamanlarda güç alıp geri veren bir dizi sinüs dalgası bileşenine sahip olmak mümkündür, böylece herhangi bir zamanda tüm bileşenlerden gelen ağ sıfır veya pozitif olur. Tam dalga köprü akımı böyle bir dalga formunun bir örneğidir. farklı zamanlarda güç hattına güç alıp geri döndüren bir dizi sinüs dalgası bileşenine sahip olmak mümkündür, böylece herhangi bir zamanda tüm bileşenlerden gelen ağ sıfır veya pozitif olur. Tam dalga köprü akımı böyle bir dalga formunun bir örneğidir. farklı zamanlarda güç hattına güç alıp geri döndüren bir dizi sinüs dalgası bileşenine sahip olmak mümkündür, böylece herhangi bir zamanda tüm bileşenlerden gelen ağ sıfır veya pozitif olur. Tam dalga köprü akımı böyle bir dalga formunun bir örneğidir.