Perché il fattore di potenza è importante quando si misura l'efficienza?

Nozioni di base sul fattore di potenza ed efficienza

Gli ingegneri che lavorano con alimentatori esterni (EPS) non sono estranei alle misurazioni dell'efficienza. Tuttavia, poiché le loro applicazioni in genere funzionano su alimentatori DC, si possono commettere errori comuni quando si misurano l'energia sul lato CA dell'alimentazione. Queste insidie ​​comuni includono la misurazione in modo errato o ignorando completamente il fattore di potenza durante il calcolo della potenza di input di potenza, con conseguenti misurazioni efficienti di efficienza. Esaminiamo le basi del fattore di potenza e dell'efficienza e quindi forniamo una guida su come includere il fattore di potenza quando si misura l'AC. Efficienza energetica DC.

Fattore di potenza ed efficienza, una revisione

L'efficienza ( η ) è il rapporto tra potenza di uscita e potenza di ingresso:

Equazione 1: efficienza

Nel contesto di un alimentatore esterno (EPS) che si occupa di corrente continua, la potenza di uscita viene calcolata semplicemente moltiplicando la tensione di uscita per la corrente di uscita fornendo rapidamente il numeratore all'equazione.

Calcolo della potenza di output

Il calcolo della potenza di uscita di un EPS, che è DC, è semplicemente la tensione di uscita moltiplicata per la corrente di uscita:

Equazione 2: potenza di uscita

L'equazione 2 calcola la potenza di uscita della corrente continua (DC) (P_DC) di un alimentatore elettrico (EPS) moltiplicando la tensione di uscita (V_DC) dalla corrente di uscita (I_DC), risultando nella potenza misurata in WATT (W).

Comprensione del fattore di potere

Un errore comune è applicare questo stesso calcolo per ottenere la potenza di input. Ciò presenta un problema perché il prodotto Volt-ampere nei circuiti AC non è sempre uguale alla potenza reale e, in effetti, nel caso di adattatori esterni, il prodotto Volt-Ampere non eguaglia mai la potenza reale. Nei circuiti CA, il prodotto Volt-Ampere è uguale alla / i apparente (S), che è correlata al Pow-ER reale attraverso un termine chiamato fattore di potenza (PF):

Equazione 3: potere apparente

L'equazione 3 calcola la potenza apparente in Volt-Amberes (VA) moltiplicando la tensione quadrata media (RMS) (RMS) (VRMS) con la corrente RMS (IRMS).

Definizione del fattore di potenza

Per definizione, il fattore di potenza è il rapporto tra potere reale e potenza apparente, in cui la potenza apparente è il prodotto della tensione RMS e della corrente RMS. Solo quando il fattore di potenza è uguale a 1 il prodotto Volt-ampere è uguale alla potenza reale:

Equazione 4: fattore di potenza

Misurare il fattore di potenza

Il modo migliore per misurare il fattore di potenza è utilizzare un misuratore di potenza come quello mostrato nella Figura 1 di seguito. Questi dispositivi emetteranno direttamente la potenza reale, quindi non è necessario considerare il fattore di potenza durante il calcolo dell'efficienza. Oltre alla potenza reale, questi contatori possono misurare il fattore di potenza, THD, la corrente per ciascuna armonica e altro ancora. Mentre gli adattatori esterni a bassa potenza non hanno un fattore di potenza definito o limiti armonici, le alimentatori più elevate hanno limiti regolamentari specifici sul contenuto armonico e sul fattore di potenza. Gli standard, come EN 61000-3-2, specificano i limiti sulla corrente armonica fino alla 39a armonica, per determinati livelli di potere. Quando si misura la corrente armonica di un alimentatore, un misuratore di potenza è essenziale.

Figura 1: misuratore di potenza WT210 che mostra le misurazioni corrispondenti alle forme d'onda

Fattore di potenza negli alimentatori

Potresti pensare che l'impatto dell'omettere il fattore di potenza comporterà solo un leggero errore e/o che il fattore di potenza di un adattatore esterno non possa essere così male. In effetti, senza la correzione del fattore di potenza, il fattore di potenza di un adattatore esterno potrebbe facilmente essere fino a 0,5 a un carico nominale. Un adattatore con un fattore di potenza di 0,5 avrà una potenza apparente del doppio di quella del potere reale, portando così a risultati errati. Anche se l'alimentazione avesse una reale efficienza del 100%, questa misurazione mostrerebbe solo il 50%.

Oltre all'inclusione generale del fattore di potenza nei calcoli dell'efficienza, è importante notare che il fattore di potenza dipende dalla linea e dal carico. I requisiti di efficienza, come il livello VI DOE, richiedono che l'efficienza sia misurata in diversi punti (25%, 50%, 75%e 100%di carico) a tensioni di linea sia alte che a basse. Se il fattore di potenza viene utilizzato nel calcolo della potenza reale, deve essere ri-misurato per ciascuna di queste condizioni.

Contatori di alimentazione per test accurati di efficienza

Decenni di aumento della regolamentazione hanno reso il test di efficienza uno dei fattori più importanti nella selezione e nelle alimentatori di qualificazione. La mancanza di esperienza nella gestione dei circuiti CA può portare gli ingegneri di prova a omettere o calcolare erroneamente il fattore di potenza, con conseguente numero di efficienza errata. Quando si verificano adattatori esterni o qualsiasi alimentatore AC-DC, il metodo migliore per calcolare l'input di potenza reale è attraverso l'uso di un misuratore di potenza. Questi dispositivi non solo misurano direttamente la potenza reale, ma possono misurare la corrente associata alle singole armoniche e fornire un quadro completo dell'input dell'alimentazione.

Il fattore di potenza è nell'elenco delle preoccupazioni per i progettisti praticamente di tutti i dispositivi che traggono una potenza significativa da una presa di rete, nonché per gli ingegneri nei settori pesanti. È necessario prendere in considerazione l'obiettivo del fattore di potere, basato sulla legislazione, più l'efficienza, il costo dei componenti e lo spazio del volume/scheda.

Kspower ha progettato la correzione del fattore di potenza attivo nella stragrande maggioranza dei suoi alimentatori AC-DC valutati a 10 5 W e oltre per facilitare l'attuazione e garantire la conformità per gli OEM.