Por que o fator de potência é importante ao medir a eficiência?

Noções básicas de fator de potência e eficiência

Os engenheiros que trabalham com fontes de alimentação externa (EPS) não são estranhas para medições de eficiência. No entanto, como suas aplicações geralmente operam com fontes de alimentação DC, erros comuns podem ser cometidos ao medir a energia no lado CA da fonte de alimentação. Essas armadilhas comuns incluem medir incorretamente ou ignorar completamente o fator de potência ao calcular a potência de entrada de potência, resultando em medições incorretas de eficiência. Vamos revisar o básico do fator de potência e a eficiência e, em seguida, fornecer orientações sobre como incluir o fator de potência ao medir o AC. Eficiência de energia DC.

Fator de potência e eficiência, uma revisão

Eficiência ( η ) é a razão entre a potência de saída para a potência de entrada:

Equação 1: Eficiência

No contexto de uma fonte de alimentação externa (EPS) que trata da corrente direta, a potência de saída é calculada simplesmente multiplicando a tensão de saída pela corrente de saída, fornecendo rapidamente o numerador à equação.

Cálculo da potência de saída

Calcular a potência de saída de um EPS, que é DC, é simplesmente a tensão de saída multiplicada pela corrente de saída:

Equação 2: Poder de saída

A Equação 2 calcula a potência de saída de corrente direta (DC) (P_DC) de uma fonte de alimentação elétrica (EPS) multiplicando a tensão de saída (V_DC) pela corrente de saída (I_DC), resultando na potência medida em watts (W).

Entendendo o fator de poder

Um erro comum é aplicar esse mesmo cálculo para obter a potência de entrada. Isso apresenta um problema porque o produto Volt-AmPere nos circuitos CA nem sempre é igual ao poder real e, de fato, no caso de adaptadores externos, o produto Volt-Amamre nunca será igual ao poder real. Nos circuitos CA, o produto Volt-AmPere é igual ao (s) poder aparente (s), que está relacionado ao prisioneiro real através de um termo chamado fator de potência (PF):

Equação 3: Poder aparente

A Equação 3 calcula a (s) potência (s) aparente (s) em volt-amperes (VA), multiplicando a tensão do quadrado médio da raiz (RMS) (VRMS) com a corrente RMS (IRMS).

Definindo fator de poder

Por definição, o fator de potência é a proporção de poder real e poder aparente, onde a potência aparente é o produto da tensão RMS e da corrente RMS. Somente quando o fator de potência é igual a 1, o produto Volt-amamre é igual ao poder real:

Equação 4: Fator de Poder

Medição do fator de potência

A melhor maneira de medir o fator de potência é usar um medidor de potência como o mostrado na Figura 1 abaixo. Esses dispositivos gerarão diretamente a potência real; portanto, o fator de potência não precisa ser considerado ao calcular a eficiência. Além do poder real, esses medidores podem medir o fator de potência, THD, a corrente para cada harmônico e muito mais. Embora os adaptadores externos de baixa potência não tenham fator de potência descrito ou limites harmônicos, as fontes de alimentação mais altas têm limites regulatórios específicos para o conteúdo harmônico e o fator de potência. Padrões, como EN 61000-3-2, especificam limites na corrente harmônica até e incluindo o 39º harmônico, para certos níveis de potência. Ao medir a corrente harmônica de uma fonte de alimentação, um medidor de energia é essencial.

Figura 1: WT210 Medidor de energia mostrando medições correspondentes a formas de onda

Fator de potência em fontes de alimentação

Você pode pensar que o impacto de omitir o fator de potência resultará em apenas um pequeno erro e/ou que o fator de potência de um adaptador externo não pode ser tão ruim assim. De fato, sem correção do fator de potência, o fator de potência de um adaptador externo pode ser facilmente tão baixo quanto 0,5 em uma carga nominal. Um adaptador com um fator de potência de 0,5 terá uma potência aparente duas vezes a do poder real, levando a resultados incorretos. Mesmo que a fonte de alimentação tivesse uma eficiência real de 100%, essa medição mostraria apenas 50%.

Além da inclusão geral do fator de potência nos cálculos de eficiência, é importante observar que o fator de potência depende da linha e da carga. Os requisitos de eficiência, como o nível do DOE VI, exigem que a eficiência seja medida em vários pontos (25%, 50%, 75%e 100%de carga) em tensões de linha alta e baixa. Se o fator de potência for usado no cálculo da potência real, ele deve ser re-medido para cada uma dessas condições.

Medidores de energia para testes de eficiência precisos

Décadas de crescente regulamentação fizeram testes de eficiência um dos fatores mais importantes na seleção e qualificação de fontes de alimentação. A falta de experiência em lidar com circuitos CA pode levar os engenheiros de teste a omitir ou calcular incorretamente o fator de potência, resultando em números de eficiência incorretos. Ao testar adaptadores externos, ou qualquer fonte de alimentação AC-DC, o melhor método para calcular a entrada de energia real é através do uso de um medidor de energia. Esses dispositivos não apenas medem diretamente o poder real, mas podem medir a corrente associada aos harmônicos individuais e fornecer uma imagem completa da entrada da fonte de alimentação.

O fator de potência está na lista de preocupações para os designers de praticamente todos os dispositivos que desenham energia significativa de um soquete da rede elétrica, bem como para os engenheiros em setores elétricos pesados. A meta do fator de potência, com base na legislação, além de eficiência, custo dos componentes e espaço de volume/conselho, precisam ser considerados.

Kspower Projetou a correção do fator de potência ativo na grande maioria de suas fontes de alimentação AC-DC avaliadas em 10 5 W e acima para ajudar a aliviar a implementação e garantir a conformidade com OEMs.