โหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้น (rectifier) ​​และตัวประกอบกำลัง

ฉันอ่านว่าตัวประกอบกำลังแสดงให้เห็นว่ามีพลังที่ชัดเจนซึ่งไหลเวียนระหว่างสายไฟและโหลดและไม่ทำอะไรเลยนอกจากจะทำให้สายส่งและหม้อแปลงในตัวร้อนขึ้น พวกเขาบอกว่านี่เป็นเพราะกระแสไฟฟ้าออกจากเฟสด้วยแรงดันไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งกำลังไหลออกจากโหลดเมื่อแรงดันไฟฟ้าเป็นบวก แต่ปัจจุบันเป็นลบ

นอกจากนี้ฉันเห็นว่าวงจรเรียงกระแสไดโอดจะดำเนินการในช่วงเวลาสั้น ๆ ของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเท่านั้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตเกินแรงดันโหลด (วงจรเรียงกระแสมีตัวเก็บประจุเอาท์พุท = แรงดันโหลด) ดังนั้นพลังงานทั้งหมดจะถูกใช้ในช่วงระยะเวลาสั้น ๆ ฉันได้อ่านบทความหนึ่งที่บอกว่าผู้คนไม่เข้าใจอะไรและปัญหาทั้งหมดไม่ใช่ปัจจัยด้านพลังงาน แต่ระเบิดเหล่านี้ที่เกินพิกัดของหม้อแปลงในสายไฟฟ้า (ไม่อนุญาตให้สร้างกระแสขนาดใหญ่ในหม้อแปลง แต่เมื่อคุณใช้พลังงานทั้งหมดในช่วงที่มีปริมาณน้อยมากไซน์จะเกิดกระแสขนาดใหญ่ขึ้น เห็นได้ชัดว่ากระแสไฟฟ้าไม่ได้เป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าตามที่ควรในโหลดอ้างอิง (ตัวต้านทาน) ที่มีตัวประกอบกำลังไฟฟ้า 1 แต่ฉันไม่เห็นพลังเชิงลบใด ๆ ที่นี่! วงจรเรียงกระแส precludes มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตบวกและกระแสลบ กระแสไฟฟ้าทั้งหมดเป็นค่าบวกภายใต้แรงดันบวกสูงสุด ดังนั้นโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นจะสร้างพลังงานที่ชัดเจนได้อย่างไร

กล่าวอีกนัยหนึ่ง Wikipedia บอกว่า http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factor

แหล่งจ่ายไฟสลับโหมดที่ไม่ใช้งานง่ายประกอบด้วยตัวปรับกระแสคลื่นเต็มรูปแบบที่เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุพลังงานขนาดใหญ่ SMPSs ดังกล่าวดึงกระแสไฟจากสาย AC เป็นพัลส์สั้น ๆ เมื่อแรงดันไฟฟ้าหลักทันทีเกินแรงดันข้ามตัวเก็บประจุนี้ ในช่วงที่เหลือของวงจร AC ตัวเก็บประจุให้พลังงานแก่แหล่งจ่ายไฟ

เป็นผลให้กระแสไฟขาเข้าของอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตช์พื้นฐานดังกล่าวมีเนื้อหาที่สอดคล้องกันสูงและปัจจัยพลังงานที่ค่อนข้างต่ำ

พวกเขาสรุปได้อย่างไรว่าเนื้อหาฮาร์มอนิกสร้างตัวประกอบกำลังพลังงานต่ำ? พลังที่ชัดเจนมาจากไหน?

ฉันเข้าใจว่ากระแสมีฮาร์โมนิกส์ (ส่วนประกอบความถี่) ซึ่งหมายความว่ากระแสจะแกว่งไปมาและย้อนกลับในขณะที่แรงดันยังคงมีขั้วเดียว อาจเป็นไปได้ว่ากระแสความถี่สูงเหล่านี้สร้างพลังงานที่ชัดเจน อย่างไรก็ตามกระแสสุทธิยังคงเป็นบวกปัจจุบันยังคงไหลเพียงทิศทางเดียวซึ่งสอดคล้องกับขั้วแรงดันไฟฟ้าและการแกว่งไม่ได้ทำให้มันไหลในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อให้เกิดพลังงานที่ชัดเจน

จุดที่คุณดูเหมือนจะหายไปก็คือมันไม่จำเป็นต้องถ่ายโอนพลังงานจากอุปกรณ์กลับไปยังสายไฟในระหว่างส่วนหนึ่งของวงจรพลังงานที่จะมีปัจจัยพลังงานน้อยกว่าความสามัคคี

มีหลายวิธีในการดูว่าตัวประกอบกำลังคืออะไรแม้ว่าพวกมันจะออกมาทางคณิตศาสตร์เหมือนกันก็ตาม วิธีหนึ่งคืออัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าจริงที่ส่งไปยังผลิตภัณฑ์ที่สัมพันธ์กับแรงดัน RMS และกระแส หากกระแสเป็นไซน์ (ลองพิจารณาแรงดันไฟฟ้าเป็นไซน์เสมอในกรณีนี้เนื่องจากสายไฟมีอิมพิแดนซ์ต่ำเช่นนี้) คุณก็จะมีตัวประกอบกำลังแบบเอกภาพเมื่ออยู่ในเฟสด้วยแรงดันและ 0 เมื่อ 90 องศา ระยะ ในกรณีของไซน์พลังงานจะต้องไหลกลับไปที่บรรทัดในระหว่างส่วนหนึ่งของวัฏจักรเพื่อให้ตัวประกอบกำลังมีค่าน้อยกว่าความเป็นเอกภาพ

อย่างไรก็ตามรูปแบบของคลื่นอื่น ๆ เป็นไปได้มากมาย คุณสามารถมีกระแสที่เป็น 0 เสมอหรือเป็นบวกเมื่อแรงดันเป็นบวกหรือ 0 หรือลบเมื่อแรงดันเป็นลบ แต่นั่นไม่ใช่ไซน์ เดือยแหลมที่คุณพูดถึงเกิดจากสะพานคลื่นเต็มเป็นตัวอย่างที่ดี พลังงานไม่เคยไหลกลับไปยังสายไฟ แต่ยังมีตัวประกอบกำลังน้อยกว่า 1 ทำบางตัวอย่างและคำนวณกระแส RMS ที่วาดด้วยสะพานคลื่นแบบเต็ม คุณจะเห็นว่ากำลังงานจริงที่ดึงออกมาจากสายไฟน้อยกว่ากระแส RMS คูณกับแรงดันไฟฟ้าของสายไฟ (อีกครั้งเราจะสมมติว่าแรงดันไฟฟ้าของสายไฟเป็นไซน์เสมอ)

วิธีคิดอีกอย่างคือการสูญเสียในระบบ tranmission เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแส สะพานคลื่นเต็มคลื่นดึงกระแสไฟฟ้าในระยะสั้น ๆ ที่มีขนาดสูง เนื่องจากลักษณะของการสูญเสียกำลังสองนี่จึงแย่กว่ากระแสเฉลี่ยที่ดึงออกมามากกว่าที่กระจายออกไป ฉันคิดเลขออกมาแล้วคุณก็รู้ว่าวิธีที่จะลดกำลังสองของค่าเฉลี่ยของกระแสไฟฟ้าคือทำให้กระแสเป็นไซน์ในเฟสด้วยแรงดัน นั่นเป็นวิธีเดียวที่จะบรรลุความเป็นเอกภาพของพลังงาน fator

อีกวิธีหนึ่งในการดูสิ่งนี้ซึ่งคุณพูดถึงคือคิดถึงการขยายตัวของฟูริเยร์ในปัจจุบัน เราสันนิษฐานว่าเป็นรูปคลื่นในปัจจุบันที่ทำซ้ำทุกรอบของสายไฟดังนั้นจึงมีอนุกรมฟูริเยร์ รูปแบบของคลื่นซ้ำใด ๆ สามารถแสดงเป็นผลรวมของอนุกรมของคลื่นไซน์ที่ความถี่ของสายไฟและทวีคูณจำนวนเต็มบวกของมัน ยกตัวอย่างเช่นด้วยพลัง 60 Hz รูปแบบของคลื่นคือผลรวมของไซน์ที่ 60 Hz, 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, ฯลฯ คำถามเดียวคือแอมพลิจูดและเฟสการเปลี่ยนเฟสของฮาร์มอนิกเหล่านี้คืออะไร ควรชัดเจนว่ามีเพียงส่วนประกอบพื้นฐาน (ส่วนประกอบ 60 Hz ในตัวอย่างนี้เท่านั้น) ที่มีความสามารถในการวาดพลังงานสุทธิใด ๆ จากสายไฟฟ้าและเพียงเท่านี้ก็จะอยู่ในเฟสด้วยแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากส่วนประกอบทั้งหมดเป็นไซน์ แต่ละคนจะดึงพลังงานระหว่างส่วนหนึ่งของวัฏจักรและคืนพลังงานเดียวกันที่อีกส่วนหนึ่งของวัฏจักรยกเว้นองค์ประกอบในเฟสของพื้นฐาน ดังนั้นวิธีการดูที่ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ต้องนำพลังงานกลับมาในระหว่างรอบการใช้งานนั้นจะถูกต้องถ้าคุณแยกรูปคลื่นปัจจุบันออกเป็นองค์ประกอบของคลื่นไซน์ อย่างไรก็ตามมันเป็นไปได้ที่จะมีชุดขององค์ประกอบคลื่นไซน์ที่ใช้และส่งคืนพลังงานไปยังสายไฟในช่วงเวลาที่แตกต่างกันเช่นว่าสุทธิจากส่วนประกอบทั้งหมด ณ เวลาใดเวลาหนึ่งจะเป็นศูนย์หรือเป็นบวก กระแสคลื่นเต็มสะพานเป็นหนึ่งในตัวอย่างของรูปแบบของคลื่น มันเป็นไปได้ที่จะมีชุดขององค์ประกอบคลื่นไซน์ที่ใช้และส่งคืนพลังงานไปยังสายไฟในช่วงเวลาที่แตกต่างกันเช่นว่าสุทธิจากส่วนประกอบทั้งหมด ณ เวลาใดเวลาหนึ่งเป็นศูนย์หรือบวก กระแสคลื่นเต็มสะพานเป็นหนึ่งในตัวอย่างของรูปแบบของคลื่น มันเป็นไปได้ที่จะมีชุดขององค์ประกอบคลื่นไซน์ที่ใช้และส่งคืนพลังงานไปยังสายไฟในช่วงเวลาที่แตกต่างกันเช่นว่าสุทธิจากส่วนประกอบทั้งหมด ณ เวลาใดเวลาหนึ่งเป็นศูนย์หรือบวก กระแสคลื่นเต็มสะพานเป็นหนึ่งในตัวอย่างของรูปแบบของคลื่น