Dlaczego współczynnik mocy jest ważny przy pomiarze wydajności?

Podstawy współczynnika mocy i wydajności

Inżynierowie pracujący z zasilaczami zewnętrznymi (EPS) nie są obcy w pomiarach wydajności. Ponieważ jednak ich zastosowania zwykle działają na zasilaczy DC, można popełnić powszechne błędy przy pomiaru zasilania po stronie prądu przemiennego zasilania. Te wspólne pułapki obejmują nieprawidłowe pomiar lub całkowicie ignorujący współczynnik mocy podczas obliczania mocy wejściowej, co powoduje niepoprawne pomiary wydajności. Przejrzyjmy podstawy współczynnika mocy i wydajności, a następnie udzielaj wskazówek, jak uwzględnić współczynnik mocy podczas pomiaru AC. Wydajność energetyczna DC.

Współczynnik mocy i wydajność, przegląd

Wydajność ( η ) to stosunek mocy wyjściowej do mocy wejściowej:

Równanie 1: Wydajność

W kontekście zewnętrznego zasilacza (EPS) dotyczących prądu stałego moc wyjściowa jest obliczana przez po prostu pomnożenie napięcia wyjściowego przez prąd wyjściowy poprzez szybkie dostarczanie licznika do równania.

Obliczanie mocy wyjściowej

Obliczanie mocy wyjściowej EPS, która jest DC, jest po prostu napięciem wyjściowym pomnożonym przez prąd wyjściowy:

Równanie 2: moc wyjściowa

Równanie 2 oblicza moc wyjściową prądu stałego (DC) (P_DC) zasilania elektrycznego (EPS) poprzez pomnożenie napięcia wyjściowego (V_DC) przez prąd wyjściowy (I_DC), co powoduje moc mierzoną w Watts (W).

Zrozumienie czynnika mocy

Częstym błędem jest zastosowanie tych samych obliczeń w celu uzyskania mocy wejściowej. Stanowi to problem, ponieważ produkt Volt-Ampere w obwodach prądu przemiennego nie zawsze równa się rzeczywistej mocy, a w rzeczywistości w przypadku adapterów zewnętrznych produkt Volt-Ampere nigdy nie będzie równy rzeczywistej mocy. W obwodach prądu przemiennego produkt Volt-Ampere jest równy pozornej mocy (ów), która jest powiązana z prawdziwym POW-er przez termin zwany współczynnikiem mocy (PF):

Równanie 3: Widoczna moc

Równanie 3 oblicza pozorną moc (y) w Volt-Amperes (VA) poprzez pomnożenie średniego kwadratowego napięcia (RMS) z prądem RMS (IRMS).

Definiowanie współczynnika mocy

Z definicji współczynnik mocy jest stosunkiem rzeczywistej mocy do pozornej mocy, gdzie pozorna moc jest iloczynem napięcia RMS i prądu RMS. Tylko wtedy, gdy współczynnik mocy jest równy 1, produkt Volt-Ampere jest równy rzeczywistej mocy:

Równanie 4: Współczynnik mocy

Mierzenie współczynnika mocy

Najlepszym sposobem pomiaru współczynnika mocy jest użycie miernika mocy, takiego jak ten pokazany na rycinie 1 poniżej. Urządzenia te będą bezpośrednio wyświetlać rzeczywistą moc, więc współczynnik mocy nie należy brać pod uwagę przy obliczaniu wydajności. Oprócz rzeczywistej mocy, liczniki te mogą mierzyć współczynnik mocy, THD, prąd dla każdej harmonicznej i więcej. Podczas gdy zewnętrzne adaptery o niskiej mocy nie mają ustalonego współczynnika mocy ani limitów harmonicznych, wyższe zasilacze mają specyficzne limity regulacyjne dla zawartości harmonicznej i współczynnika mocy. Standardy, takie jak EN 61000-3-2, określają limity prądu harmonicznego do 39. harmonicznej, dla pewnych poziomów mocy. Podczas pomiaru prądu harmonicznego zasilacza niezbędny jest miernik energii.

Rysunek 1: Miernik mocy WT210 pokazujący pomiary odpowiadające kształtom fali

Współczynnik energii w zasilaczy

Możesz pomyśleć, że wpływ pominięcia współczynnika mocy spowoduje jedynie niewielki błąd i/lub że współczynnik mocy zewnętrznego adaptera nie może być tak zły. W rzeczywistości bez korekcji współczynnika mocy współczynnik mocy zewnętrznego adaptera może łatwo wynosić zaledwie 0,5 przy obciążeniu znamionowym. Adapter o współczynniku mocy 0,5 będzie miał pozorną moc dwa razy większą niż rzeczywistą moc, co prowadzi do niepoprawnych wyników. Nawet jeśli zasilacz miał rzeczywistą wydajność 100%, ten pomiar wykazywałby tylko 50%.

Oprócz ogólnego włączenia współczynnika mocy do obliczeń wydajności należy zauważyć, że współczynnik mocy jest zależny od linii i obciążenia. Wymagania dotyczące wydajności, takie jak poziom DOE VI, wymagają mierzenia wydajności w kilku punktach (25%, 50%, 75%i 100%obciążenia) przy napięciach wysokich i niskich linii. Jeśli współczynnik mocy jest używany do obliczania rzeczywistej mocy, należy go ponownie zmierzyć dla każdego z tych warunków.

Mierniki mocy do dokładnego testowania wydajności

Dziesięciolecia rosnącej regulacji spowodowały, że testowanie wydajności jeden z najważniejszych czynników w wyborze i kwalifikującym zasilacze. Brak doświadczenia w radzeniu sobie z obwodami prądu przemiennego może prowadzić inżynierów testowych do pominięcia lub nieprawidłowego obliczenia współczynnika mocy, co powoduje niepoprawne liczby wydajności. Podczas testowania zewnętrznych adapterów lub dowolnego zasilania AC-DC najlepszą metodą obliczania rzeczywistego wejścia zasilania jest zastosowanie miernika mocy. Urządzenia te nie tylko mierzą rzeczywistą moc bezpośrednio, ale mogą mierzyć prąd powiązany z poszczególnymi harmonicznymi i zapewniają pełny obraz wejścia zasilacza.

Współczynnik mocy znajduje się na liście obaw projektantów praktycznie każdego urządzenia, które czerpie znaczną moc z gniazda sieciowego, a także inżynierów w sektorach ciężkich elektrycznych. Należy wziąć pod uwagę cel współczynnika mocy, oparty na przepisach oraz wydajność, koszt komponentów i objętość/przestrzeń zarządu.

Kspower zaprojektował korekcję czynnego współczynnika mocy w zdecydowanej większości zasilaczy AC-DC o wartości 10 5 W i powyżej, aby ułatwić wdrożenie i zapewnić zgodność z producentami OEM.