нелинейная нагрузка (выпрямитель) и коэффициент мощности

Я читал, что коэффициент мощности показывает, сколько есть видимой мощности, которая циркулирует между линиями электропередачи и нагрузкой и ничего не делает, кроме как нагревает линии электропередачи и трансформаторы в них. Они говорят, что это происходит из-за того, что ток находится в противофазе с напряжением. В частности, мощность вытекает из нагрузки, когда напряжение положительное, а ток отрицательный.

Также я вижу, что диодный выпрямитель работает только в короткие моменты пикового напряжения, когда входное напряжение превышает напряжение нагрузки (выпрямители имеют выходной конденсатор = напряжение нагрузки). Таким образом, вся мощность потребляется во время этих коротких вспышек. Я прочитал одну статью, в которой говорилось, что люди ничего не понимают, и вся проблема не в коэффициенте мощности, а в этих импульсах, которые перегружают трансформаторы в линиях электропередачи (запрещается создавать большие токи в трансформаторах из-за опасности потери намагниченности). Но когда вы потребляете всю энергию в течение очень малой доли синуса, возникает огромный ток. Очевидно, что ток не пропорционален напряжению, как это должно быть в эталонной (резисторной) нагрузке с коэффициентом мощности 1. Но я не вижу здесь никакой отрицательной мощности! Выпрямитель исключает наличие положительного входного напряжения и отрицательного тока. Весь ток положительный при пиковом положительном напряжении. Итак, как нелинейная нагрузка производит видимую мощность?

Другими словами, Википедия говорит http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factor

Простые импульсные источники питания в автономном режиме включают в себя простой двухполупериодный выпрямитель, подключенный к большому накопительному конденсатору. Такие SMPSs потребляют ток от линии переменного тока короткими импульсами, когда мгновенное напряжение сети превышает напряжение на этом конденсаторе. В течение оставшейся части цикла переменного тока конденсатор подает энергию на источник питания.

В результате входной ток таких базовых импульсных источников питания имеет высокий уровень гармоник и относительно низкий коэффициент мощности.

Как они приходят к выводу, что содержание гармоник создает низкий коэффициент мощности? Откуда берется видимая сила?

Я понимаю, что ток имеет гармоники (частотные составляющие), что означает, что он колеблется вперед и назад, в то время как напряжение остается одной полярности. Возможно, эти высокочастотные колебания тока производят кажущуюся мощность. Однако чистый поток все еще положительный, ток все еще течет только в одном направлении, соответствующем полярности напряжения, и колебания не заставляют его течь в противоположном направлении, вызывая кажущуюся мощность.

Похоже, вы упускаете из виду то, что не требуется передача мощности от устройства обратно к линии питания во время части цикла питания, чтобы коэффициент мощности был меньше единицы.

Существуют различные способы взглянуть на то, что на самом деле представляет собой коэффициент мощности, хотя все они математически получаются одинаковыми. Одним из способов является соотношение реальной мощности, подаваемой на изделие, относительно среднеквадратичного напряжения и тока. Если ток является синусоидальным (давайте в этом случае всегда будем считать напряжение синусоидальным, поскольку линия электропередачи имеет такой низкий импеданс), тогда у вас есть единичный коэффициент мощности, когда он находится в фазе с напряжением, и 0, когда 90 градусов отклонения от фаза. В случае синуса мощность должна возвращаться к линии во время части цикла, чтобы коэффициент мощности был меньше единицы.

Тем не менее, возможно множество других форм сигналов. Вы можете иметь ток, который всегда равен 0 или положителен при положительном напряжении, или 0 или отрицателен при отрицательном напряжении, но это не синусоида. Шипы, о которых вы упомянули, вызванные двухволновым мостом, являются хорошим примером. Мощность никогда не возвращается обратно в линию электропередачи, но коэффициент мощности меньше 1. Сделайте несколько примеров и рассчитайте среднеквадратичное значение тока, потребляемого двухволновым мостом. Вы увидите, что полная реальная мощность, потребляемая от линии электропередачи, меньше, чем среднеквадратичное значение тока, умноженное на напряжение линии электропередачи (опять же, мы предполагаем, что напряжение линии электропередачи всегда синусоидально).

Другой способ думать об этом состоит в том, что потери в системе передачи пропорциональны квадрату тока. Двухволновой мост протягивает свой ток короткими шипами большой величины. Из-за квадратичного характера потерь это хуже, чем тот же средний ток, протекающий в большей степени. Когда вы работаете над этой математикой, вы понимаете, что способ минимизировать средний квадрат тока - сделать синус синфазным по отношению к напряжению. Это единственный способ добиться единства власти.

Еще один способ взглянуть на это, на который вы ссылались, состоит в том, чтобы подумать о расширении тока по Фурье. Мы предполагаем некоторую форму волны тока, которая повторяет каждый цикл линии электропередачи, поэтому она имеет ряд Фурье. Любая такая повторяющаяся форма волны может быть выражена как сумма серии синусоидальных волн на частоте линии электропередачи и их кратных положительных чисел. Например, при мощности 60 Гц форма волны представляет собой сумму синусов при 60 Гц, 120 Гц, 180 Гц, 240 Гц и т. Д. Единственный вопрос заключается в том, каковы амплитуды и сдвиги фаз каждой из этих гармоник. Должно быть очевидно, что только основной (компонент 60 Гц в этом примере) способен получать любую полезную мощность от линии электропередачи и только в той степени, в которой он находится в фазе с напряжением. Поскольку все компоненты являются синусами, каждый будет потреблять энергию в течение части цикла и возвращать ту же мощность в другой части цикла, за исключением синфазного компонента основного. Таким образом, ваш взгляд на коэффициент мощности, связанный с необходимостью восстановления мощности во время части цикла, будет действительным, если вы разбиваете текущую форму волны на составляющие синусоидальной волны. Однако можно иметь набор синусоидальных компонентов, которые принимают и возвращают мощность в линию электропередачи в разное время, так что сеть от всех компонентов в любой момент времени равна нулю или положительна. Ток двухволнового моста является одним из примеров такой формы волны. возможно иметь набор синусоидальных компонентов, которые принимают и возвращают мощность в линию электропередачи в разное время, так что сеть от всех компонентов в любой момент времени равна нулю или положительна. Ток двухволнового моста является одним из примеров такой формы волны. возможно иметь набор синусоидальных компонентов, которые принимают и возвращают мощность в линию электропередачи в разное время, так что сеть от всех компонентов в любой момент времени равна нулю или положительна. Ток двухволнового моста является одним из примеров такой формы волны.