beban non-linear (penyearah) dan faktor daya

Saya membaca bahwa faktor daya menunjukkan seberapa besar ada daya nyata, yang bersirkulasi antara saluran listrik dan beban dan tidak melakukan apa pun selain memanaskan saluran transmisi dan transformator di dalamnya. Mereka mengatakan bahwa ini karena arus yang keluar dari fase dengan tegangan. Khususnya, daya mengalir keluar dari beban ketika tegangan positif tetapi arus negatif.

Juga, saya melihat bahwa penyearah dioda melakukan hanya pada saat-saat pendek dari tegangan puncak, ketika tegangan input melebihi tegangan beban (penyearah memiliki kapasitor keluaran = tegangan beban). Jadi, semua kekuatan dikonsumsi selama ledakan singkat ini. Saya telah membaca satu artikel yang mengatakan bahwa orang tidak mengerti apa-apa dan seluruh masalahnya bukan faktor daya tetapi semburan ini yang membebani transformator di saluran listrik (tidak diperbolehkan membuat arus besar di transformator karena bahaya kehilangan magnetisasi). Tetapi, ketika Anda mengkonsumsi semua daya selama fraksi sangat kecil dari sinus, arus besar terjadi. Jelas, arus tidak sebanding dengan tegangan sebagaimana mestinya dalam beban referensi (resistor) dengan faktor daya 1. Tapi, saya tidak melihat ada daya negatif di sini! Penyearah mencegah tegangan input positif dan arus negatif. Semua arus positif di bawah tegangan positif puncak. Jadi, bagaimana beban non-linier menghasilkan daya semu?

Dengan kata lain, Wikipedia mengatakan http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factor

Catu daya mode sakelar off-line yang sederhana menggabungkan penyearah gelombang penuh sederhana yang terhubung ke kapasitor penyimpan energi besar. SMPS semacam itu menarik arus dari saluran AC dalam pulsa pendek ketika tegangan listrik instan melebihi tegangan pada kapasitor ini. Selama bagian yang tersisa dari siklus AC kapasitor memberikan energi ke catu daya.

Akibatnya, arus input catu daya mode sakelar dasar memiliki konten harmonik yang tinggi dan faktor daya yang relatif rendah.

Bagaimana mereka menyimpulkan bahwa konten harmonik menghasilkan faktor daya rendah? Dari mana kekuatan nyata itu berasal?

Saya mengerti bahwa saat ini memiliki harmonik (komponen frekuensi) yang berarti bahwa itu berosilasi maju dan mundur sementara tegangan tetap polaritas tunggal. Mungkin saja osilasi frekuensi tinggi ini menghasilkan daya semu. Namun, aliran bersih masih positif, arus masih mengalir hanya dalam satu arah, sesuai dengan polaritas tegangan dan osilasi tidak membuatnya mengalir dalam arah yang berlawanan untuk menyebabkan daya semu.

Poin yang tampaknya Anda lewatkan adalah tidak memerlukan transfer daya dari perangkat kembali ke saluran listrik selama bagian dari siklus daya untuk memiliki faktor daya kurang dari satu.

Ada berbagai cara untuk melihat apa faktor daya sebenarnya, meskipun semuanya keluar secara matematis. Salah satu caranya adalah rasio daya nyata yang dikirim ke produk relatif terhadap tegangan dan arus RMS. Jika arus adalah sinus (mari kita pertimbangkan tegangan selalu sinus dalam kasus ini, karena saluran listrik memiliki impedansi yang sangat rendah), maka Anda memiliki faktor daya kesatuan ketika dalam fase dengan tegangan, dan 0 ketika 90 derajat keluar dari tahap. Dalam kasus sinus, daya memang harus mengalir kembali ke garis selama bagian siklus untuk memiliki faktor daya kurang dari satu.

Namun, banyak bentuk gelombang lain yang memungkinkan. Anda dapat memiliki arus yang selalu 0 atau positif ketika tegangan positif, atau 0 atau negatif ketika tegangan negatif, tetapi itu bukan sinus. Paku yang Anda sebutkan disebabkan oleh jembatan gelombang penuh adalah contoh yang baik. Daya tidak pernah mengalir kembali ke saluran listrik, tetapi faktor daya kurang dari 1. Lakukan beberapa contoh dan hitung arus RMS yang ditarik oleh jembatan gelombang penuh. Anda akan melihat bahwa total daya nyata yang ditarik dari saluran listrik lebih kecil dari RMS saat ini, voltase saluran listrik (sekali lagi, kami mengasumsikan tegangan saluran listrik selalu berupa sinus).

Cara lain untuk memikirkan hal ini adalah bahwa kerugian dalam sistem pengiriman sebanding dengan kuadrat arus. Jembatan gelombang penuh menarik arusnya dalam paku pendek berkekuatan tinggi. Karena sifat kuadrat dari kerugian, ini lebih buruk daripada rata-rata saat ini yang ditarik lebih tersebar. Jika Anda menghitung matematika itu, Anda menyadari bahwa cara untuk meminimalkan kuadrat rata-rata arus adalah membuat arus menjadi sinus dalam fase dengan tegangan. Itulah satu - satunya cara untuk mencapai kekuatan persatuan.

Namun cara lain untuk melihat ini, yang Anda singgung, adalah memikirkan ekspansi Fourier dari arus. Kami mengasumsikan beberapa bentuk gelombang saat ini yang mengulangi setiap siklus saluran listrik, sehingga memiliki deret Fourier. Bentuk gelombang berulang seperti itu dapat dinyatakan sebagai jumlah dari serangkaian gelombang sinus pada frekuensi saluran listrik dan kelipatan bilangan bulat positifnya. Sebagai contoh dengan kekuatan 60 Hz, bentuk gelombang adalah jumlah sinus pada 60 Hz, 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, dll. Satu-satunya pertanyaan adalah berapa amplitudo dan pergeseran fasa dari masing-masing harmonik ini. Seharusnya jelas bahwa hanya komponen fundamental (komponen 60 Hz dalam contoh ini) yang mampu menarik daya bersih dari saluran listrik, dan bahwa hanya sejauh fase itu dalam fase dengan tegangan. Karena semua komponen adalah sinus, masing-masing akan menarik daya selama bagian dari siklus dan mengembalikan daya yang sama di bagian lain dari siklus, kecuali untuk komponen fase fundamental. Jadi cara Anda melihat faktor daya karena harus mengembalikan daya selama bagian dari siklus itu valid jika Anda memecah bentuk gelombang saat ini menjadi komponen gelombang sinus. Namun, dimungkinkan untuk memiliki satu set komponen gelombang sinus yang mengambil dan mengembalikan daya ke saluran listrik pada waktu yang berbeda sehingga jaring dari semua komponen pada satu waktu adalah nol atau positif. Arus jembatan gelombang penuh adalah salah satu contoh bentuk gelombang tersebut. adalah mungkin untuk memiliki satu set komponen gelombang sinus yang mengambil dan mengembalikan daya ke saluran listrik pada waktu yang berbeda sehingga jaring dari semua komponen pada satu waktu adalah nol atau positif. Arus jembatan gelombang penuh adalah salah satu contoh bentuk gelombang tersebut. adalah mungkin untuk memiliki satu set komponen gelombang sinus yang mengambil dan mengembalikan daya ke saluran listrik pada waktu yang berbeda sehingga jaring dari semua komponen pada satu waktu adalah nol atau positif. Arus jembatan gelombang penuh adalah salah satu contoh bentuk gelombang tersebut.