нелінійне навантаження (випрямляч) і коефіцієнт потужності

Я читав, що коефіцієнт потужності показує, скільки існує видимої потужності, яка циркулює між лініями електропередач та навантаженням і не робить нічого, крім нагрівання ліній електропередачі та трансформаторів в них. Вони кажуть, що це пов'язано з тим, що струм знаходиться поза фазою з напругою. Зокрема, живлення витікає з навантаження, коли напруга позитивна, але струм - негативний.

Також я бачу, що діодний випрямляч проводить лише в короткі моменти пікової напруги, коли вхідна напруга перевищує напругу навантаження (випрямлячі мають вихідний конденсатор = напруга навантаження). Отже, вся енергія споживається під час цих коротких сплеску. Я прочитав одну статтю, в якій говорилося, що люди нічого не розуміють, і вся проблема - не фактор потужності, але ці сплески, які перевантажують трансформатори в лініях електропередач (заборонено робити великі струми в трансформаторах через небезпеку втрати намагніченості). Але, коли ви споживаєте всю енергію під час дуже крихітної частки синуса, відбувається величезний струм. Очевидно, що струм не пропорційний напрузі, як це має бути в опорному (резисторному) навантаженні з коефіцієнтом потужності 1. Але я тут не бачу жодної негативної сили! Випрямляч виключає наявність позитивної напруги на вході та негативного струму. Весь струм позитивний при піковій позитивній напрузі. Отже, як нелінійне навантаження виробляє видиму силу?

Іншими словами, у Вікіпедії йдеться, що http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factor

Прості джерела живлення з комутацією в режимі офлайн включають простий повнохвильовий випрямляч, підключений до великого накопичувача енергії. Такі SMPS приймають струм від лінії змінного струму короткими імпульсами, коли миттєва напруга мережі перевищує напругу на цьому конденсаторі. Під час залишкової частини циклу змінного струму конденсатор подає енергію в джерело живлення.

Як результат, вхідний струм таких джерел живлення з базовим комутаційним режимом має високий вміст гармонік і відносно низький коефіцієнт потужності.

Як вони роблять висновок, що вміст гармонік виробляє низький коефіцієнт потужності? Звідки походить видима сила?

Я розумію, що струм має гармоніку (компоненти частоти), це означає, що він коливається вперед і назад, тоді як напруга залишається однієї полярності. Можливо, ці високочастотні коливання струму виробляють видиму потужність. Однак чистий потік все-таки позитивний, струм як і раніше тече лише в одному напрямку, що відповідає полярності напруги і коливання не змушують його текти в зворотному напрямку, щоб викликати видиму потужність.

Те, що вам, здається, не вистачає, полягає в тому, що він не вимагає передачі живлення від пристрою назад до лінії електропередачі протягом частини енергетичного циклу, щоб мати менше коефіцієнта потужності, що становить одиницю.

Існують різні способи вивчення того, що насправді є фактором потужності, хоча всі вони виходять однаковими математично. Один із способів - це співвідношення реальної потужності, що подається на виріб, відносно напруги та струму RMS. Якщо струм є синусом (розглянемо, що напруга завжди є синусом у цьому випадку, оскільки лінія електропередачі має такий низький опір), то у вас є коефіцієнт потужності одиниці, коли він знаходиться у фазі з напругою, і 0, коли 90 градусів поза фаза. У випадку синуса потужність повинна повертатися до лінії протягом частини циклу, щоб мати менший коефіцієнт потужності, що становить одиницю.

Однак можливе безліч інших форм хвиль. Ви можете мати струм, який завжди 0 або позитивний, коли напруга позитивний, або 0 або негативний, коли напруга негативна, але це не є синусом. Шипи, які ви згадуєте, спричинені повним хвильовим мостом - хороший приклад. Потужність ніколи не повертається до лінії електропередачі, але все-таки коефіцієнт потужності менше 1. Наведіть кілька прикладів і обчисліть струм RMS, проведений мостом повної хвилі. Ви побачите, що загальна реальна потужність, виведена з лінії електропередачі, менша, ніж RMS в поточний раз, ніж напруга лінії електропередачі (знову ж таки, ми припускаємо, що напруга в електромережі завжди є синусом).

Ще один спосіб подумати про це полягає в тому, що втрати в транзитній системі пропорційні квадрату струму. Полнохвильовий міст проводить струм короткими шипами великої величини. Через квадратичний характер втрат це гірше, ніж той самий середній струм, який витягується більше. Я, працюючи з математикою, розумієш, що спосіб мінімізувати середній квадрат струму - це зробити струм синусом у фазі з напругою. Це єдиний спосіб досягти фактора єдності влади.

Ще один спосіб дивитися на це, на який ви натякали, - це думати про Фур’є розширення струму. Ми припускаємо деяку поточну форму хвилі, яка повторює кожен цикл ліній електропередач, тому вона має ряд Фур'є. Будь-яка така повторювана форма хвилі може бути виражена у вигляді суми ряду синусоїд на частоті лінії живлення та їх цілих додатних цілих множин. Наприклад, з потужністю 60 Гц, форма хвилі - це сума синусів при 60 Гц, 120 Гц, 180 Гц, 240 Гц тощо. Питання лише в тому, яка амплітуда і зсув фази кожної з цих гармонік. Повинно бути очевидним, що тільки фундаментальний (компонент 60 Гц у цьому прикладі) здатний черпати будь-яку потужність від лінії електропередачі, і лише в тій мірі, в якій вона знаходиться у фазі з напругою. Оскільки всі компоненти є синусами, кожен буде черпати потужність протягом частини циклу і повертати ту саму потужність в іншій частині циклу, за винятком пофазної складової основного. Тож ваш погляд на коефіцієнт потужності як на необхідність повернути потужність протягом частини циклу є дійсним, якщо ви розділите поточну форму хвилі на компоненти синусоїди. Однак можливий набір синусоїдальних компонентів, які приймають і повертають живлення в лінію електропередачі в різний час, таким чином, що сітка від усіх компонентів в будь-який час дорівнює нулю або додатній. Повний хвильовий мостовий струм - один із прикладів такої форми хвилі. можливо мати набір компонентів синусоїди, які приймають і повертають живлення в лінію електропередачі в різний час, таким чином, що сітка від усіх компонентів в будь-який час дорівнює нулю або додатній. Повний хвильовий мостовий струм - один із прикладів такої форми хвилі. можливо мати набір компонентів синусоїди, які приймають і повертають живлення в лінію електропередачі в різний час, таким чином, що сітка від усіх компонентів в будь-який час дорівнює нулю або додатній. Повний хвильовий мостовий струм - один із прикладів такої форми хвилі.