tải phi tuyến tính (chỉnh lưu) và hệ số công suất

Tôi đọc hệ số công suất đó cho thấy có bao nhiêu công suất biểu kiến, lưu thông giữa các đường dây điện và tải và không làm gì khác ngoài việc làm nóng các đường truyền và máy biến áp trong đó. Họ nói rằng điều này là do dòng điện lệch pha với điện áp. Đặc biệt, dòng điện chạy ra khỏi tải khi điện áp dương nhưng dòng điện âm.

Ngoài ra, tôi thấy rằng bộ chỉnh lưu diode chỉ dẫn điện trong những thời điểm ngắn của điện áp cực đại, khi điện áp đầu vào vượt quá điện áp tải (bộ chỉnh lưu có tụ điện đầu ra = điện áp tải). Vì vậy, tất cả năng lượng được tiêu thụ trong những vụ nổ ngắn này. Tôi đã đọc một bài báo nói rằng mọi người không hiểu gì cả và toàn bộ vấn đề không phải là yếu tố công suất mà là những vụ nổ làm quá tải các máy biến áp trong đường dây điện (không được phép tạo ra dòng điện lớn trong máy biến áp vì nguy cơ mất từ ​​hóa). Nhưng, khi bạn tiêu thụ tất cả năng lượng trong phần rất nhỏ của sin, dòng điện lớn sẽ xảy ra. Rõ ràng, dòng điện không tỷ lệ thuận với điện áp như trong tải (điện trở) tham chiếu với hệ số công suất là 1. Nhưng, tôi không thấy bất kỳ công suất âm nào ở đây! Bộ chỉnh lưu loại trừ có điện áp đầu vào dương và dòng âm. Tất cả hiện tại là tích cực dưới điện áp dương cao điểm. Vì vậy, làm thế nào để tải phi tuyến tính tạo ra sức mạnh rõ ràng?

Nói cách khác, Wikipedia cho biết http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factor

Bộ nguồn chuyển đổi chế độ ngoại tuyến đơn giản kết hợp bộ chỉnh lưu toàn sóng đơn giản kết nối với tụ điện lưu trữ năng lượng lớn. Các SMPS như vậy rút dòng điện từ dòng AC thành các xung ngắn khi điện áp tức thời chính vượt quá điện áp trên tụ này. Trong phần còn lại của chu kỳ AC, tụ điện cung cấp năng lượng cho nguồn điện.

Do đó, dòng điện đầu vào của các bộ nguồn chuyển đổi chế độ cơ bản như vậy có hàm lượng hài cao và hệ số công suất tương đối thấp.

Làm thế nào để họ kết luận rằng nội dung hài hòa tạo ra hệ số công suất thấp? Sức mạnh rõ ràng đến từ đâu?

Tôi hiểu rằng dòng điện có sóng hài (thành phần tần số) có nghĩa là nó dao động qua lại trong khi điện áp vẫn ở cực đơn. Có thể là những dao động tần số cao của dòng điện này tạo ra công suất biểu kiến. Tuy nhiên, dòng chảy vẫn dương, dòng điện vẫn chỉ chảy theo một hướng, tương ứng với cực điện áp và dao động không làm cho nó chảy ngược chiều để gây ra công suất biểu kiến.

Điểm bạn dường như đang thiếu là nó không yêu cầu chuyển nguồn từ thiết bị trở lại đường dây điện trong một phần của chu kỳ công suất để có ít hơn hệ số công suất đơn vị.

Có nhiều cách khác nhau để xem yếu tố sức mạnh thực sự là gì, mặc dù tất cả chúng đều xuất hiện giống nhau về mặt toán học. Một cách là tỷ lệ công suất thực được cung cấp cho sản phẩm so với điện áp và dòng điện RMS. Nếu dòng điện là sin (hãy coi điện áp luôn là sin trong trường hợp này, vì đường dây điện có trở kháng thấp như vậy), thì bạn có hệ số công suất đơn vị khi cùng pha với điện áp và 0 khi 90 độ lệch giai đoạn. Trong trường hợp của sin, công suất phải chảy ngược về đường dây trong một phần của chu kỳ để có hệ số công suất đơn vị nhỏ hơn.

Tuy nhiên, rất nhiều dạng sóng khác là có thể. Bạn có thể có dòng điện luôn là 0 hoặc dương khi điện áp dương, hoặc 0 hoặc âm khi điện áp âm, nhưng đó không phải là sin. Các gai bạn đề cập gây ra bởi một cây cầu sóng đầy đủ là một ví dụ tốt. Công suất không bao giờ chảy trở lại đường dây điện, nhưng hệ số công suất nhỏ hơn 1. Thực hiện một số ví dụ và tính toán dòng RMS được vẽ bởi một cầu sóng đầy đủ. Bạn sẽ thấy rằng tổng công suất thực được rút ra từ đường dây điện nhỏ hơn dòng điện RMS nhân với điện áp đường dây điện (một lần nữa, chúng tôi giả sử điện áp đường dây điện luôn luôn là một sin).

Một cách khác để nghĩ về điều này là tổn thất trong hệ thống truyền tải tỷ lệ thuận với bình phương của hiện tại. Cây cầu sóng đầy đủ rút ra dòng điện của nó trong các gai ngắn có cường độ cao. Do tính chất bình phương của các khoản lỗ, điều này còn tệ hơn so với mức trung bình hiện tại được rút ra nhiều hơn. Tôi làm bài toán đó, bạn nhận ra rằng cách để giảm thiểu bình phương trung bình của dòng điện là làm cho dòng điện trở thành một sin cùng pha với điện áp. Đó là cách duy nhất để đạt được sự thống nhất quyền lực.

Một cách khác để xem xét điều này, mà bạn đã ám chỉ, là nghĩ về sự mở rộng Fourier của hiện tại. Chúng tôi đang giả sử một số dạng sóng hiện tại lặp lại mọi chu kỳ dòng điện, do đó, nó có một chuỗi Fourier. Bất kỳ dạng sóng lặp lại như vậy có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của một chuỗi các sóng hình sin ở tần số dòng điện và bội số nguyên dương của chúng. Ví dụ với công suất 60 Hz, dạng sóng là tổng của các sin ở 60 Hz, 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, v.v. Câu hỏi duy nhất là biên độ và độ dịch pha của mỗi sóng hài này là gì. Rõ ràng là chỉ có phần cơ bản (thành phần 60 Hz trong ví dụ này) mới có khả năng rút bất kỳ công suất ròng nào từ đường dây điện, và chỉ ở mức độ nó cùng pha với điện áp. Vì tất cả các thành phần là sin, mỗi cái sẽ rút năng lượng trong một phần của chu trình và trả lại cùng một công suất ở phần khác của chu trình, ngoại trừ thành phần cùng pha của cơ bản. Vì vậy, cách bạn xem xét hệ số công suất là phải đặt lại nguồn điện trong một phần của chu kỳ là hợp lệ nếu bạn chia dạng sóng hiện tại thành các thành phần sóng hình sin. Tuy nhiên, có thể có một tập hợp các thành phần sóng hình sin lấy và trả lại năng lượng cho đường dây điện vào các thời điểm khác nhau sao cho mạng từ tất cả các thành phần tại bất kỳ thời điểm nào đều bằng 0 hoặc dương. Dòng cầu sóng đầy đủ là một ví dụ về dạng sóng như vậy. có thể có một tập hợp các thành phần sóng hình sin lấy và trả lại năng lượng cho đường dây điện vào các thời điểm khác nhau sao cho mạng từ tất cả các thành phần tại bất kỳ thời điểm nào đều bằng 0 hoặc dương. Dòng cầu sóng đầy đủ là một ví dụ về dạng sóng như vậy. có thể có một tập hợp các thành phần sóng hình sin lấy và trả lại năng lượng cho đường dây điện vào các thời điểm khác nhau sao cho mạng từ tất cả các thành phần tại bất kỳ thời điểm nào đều bằng 0 hoặc dương. Dòng cầu sóng đầy đủ là một ví dụ về dạng sóng như vậy.