أساسيات معامل القدرة والكفاءة
المهندسون الذين يعملون مع مصادر الطاقة الخارجية (EPS) ليسوا غرباء عن قياسات الكفاءة. ومع ذلك، نظرًا لأن تطبيقاتهم تعمل عادةً على مصادر طاقة التيار المستمر، يمكن ارتكاب أخطاء شائعة عند قياس الطاقة على جانب التيار المتردد من مصدر الطاقة. تشمل هذه الأخطاء الشائعة القياس غير الصحيح أو تجاهل معامل القدرة تمامًا عند حساب طاقة الإدخال، مما يؤدي إلى قياسات كفاءة غير صحيحة. دعنا نراجع أساسيات معامل القدرة والكفاءة ثم نقدم إرشادات حول كيفية تضمين معامل القدرة عند قياس التيار المتردد. كفاءة طاقة التيار المستمر.
معامل القدرة والكفاءة، مراجعة
الكفاءة (η) هي نسبة طاقة الإخراج إلى طاقة الإدخال:
المعادلة 1: الكفاءة
في سياق مصدر الطاقة الخارجي (EPS) الذي يتعامل مع التيار المباشر، يتم حساب طاقة الإخراج ببساطة عن طريق ضرب جهد الخرج في تيار الخرج عن طريق توفير البسط للمعادلة بسرعة.
حساب طاقة الإخراج
يتم حساب طاقة الإخراج لـ EPS، وهو التيار المستمر، ببساطة عن طريق ضرب جهد الخرج في تيار الخرج:
المعادلة 2: طاقة الإخراج
تحسب المعادلة 2 طاقة الخرج (P_dc) للتيار المباشر (dc) لمصدر الطاقة الكهربائية (EPS) عن طريق ضرب جهد الخرج (V_dc) في تيار الخرج (I_dc)، مما يؤدي إلى قياس الطاقة بالواط (W).
فهم معامل القدرة
الخطأ الشائع هو تطبيق نفس الحساب للحصول على طاقة الإدخال. يمثل هذا مشكلة لأن حاصل ضرب الفولت أمبير في دوائر التيار المتردد لا يساوي دائمًا الطاقة الحقيقية، وفي الواقع، في حالة المحولات الخارجية، لن يساوي حاصل ضرب الفولت أمبير أبدًا الطاقة الحقيقية. في دوائر التيار المتردد، يكون حاصل ضرب الفولت أمبير مساويًا للطاقة الظاهرية (S)، والتي ترتبط بالطاقة الحقيقية من خلال مصطلح يسمى معامل القدرة (PF):
المعادلة 3: الطاقة الظاهرية
تحسب المعادلة 3 الطاقة الظاهرية (S) بالفولت أمبير (VA) عن طريق ضرب جهد الجذر التربيعي (rms) (Vrms) مع تيار rms (Irms).
تعريف معامل القدرة
حسب التعريف، معامل القدرة هو نسبة الطاقة الحقيقية إلى الطاقة الظاهرية، حيث أن الطاقة الظاهرية هي ناتج جهد rms وتيار rms. فقط عندما يساوي معامل القدرة 1، فإن حاصل ضرب الفولت أمبير يساوي الطاقة الحقيقية:
المعادلة 4: معامل القدرة
قياس معامل القدرة
أفضل طريقة لقياس معامل القدرة هي استخدام مقياس طاقة مثل الموضح في الشكل 1 أدناه. ستخرج هذه الأجهزة الطاقة الحقيقية مباشرة، لذلك لا يلزم أخذ معامل القدرة في الاعتبار عند حساب الكفاءة. بالإضافة إلى الطاقة الحقيقية، يمكن لهذه العدادات قياس معامل القدرة، THD، التيار لكل توافقي، والمزيد. في حين أن المحولات الخارجية منخفضة الطاقة ليس لها حدود محددة لمعامل القدرة أو التوافقيات، فإن مصادر الطاقة الأعلى لديها حدود تنظيمية محددة لمحتوى التوافقيات ومعامل القدرة. تحدد المعايير، مثل EN 61000-3-2، حدودًا للتيار التوافقي حتى التوافقي التاسع والثلاثين، بما في ذلك، لمستويات طاقة معينة. عند قياس التيار التوافقي لمصدر الطاقة، يعد مقياس الطاقة ضروريًا.
الشكل 1: مقياس الطاقة WT210 الذي يوضح القياسات المقابلة للأشكال الموجية
معامل القدرة في مصادر الطاقة
قد تعتقد أن تأثير حذف معامل القدرة سيؤدي فقط إلى خطأ طفيف و/أو أن معامل القدرة للمحول الخارجي لا يمكن أن يكون سيئًا للغاية. في الواقع، بدون تصحيح معامل القدرة، يمكن أن يكون معامل القدرة للمحول الخارجي منخفضًا بسهولة مثل 0.5 عند الحمل المقنن. سيكون للمحول الذي يبلغ معامل قدرته 0.5 طاقة ظاهرية ضعف الطاقة الحقيقية، مما يؤدي إلى نتائج غير صحيحة. حتى لو كان مصدر الطاقة يتمتع بكفاءة حقيقية تبلغ 100٪، فإن هذا القياس سيظهر 50٪ فقط.
بالإضافة إلى الإدراج العام لمعامل القدرة في حسابات الكفاءة، من المهم ملاحظة أن معامل القدرة يعتمد على الخط والحمل. تتطلب متطلبات الكفاءة، مثل DoE Level VI، قياس الكفاءة في عدة نقاط (25٪، 50٪، 75٪، و 100٪ حمل) عند كل من الفولتية العالية والمنخفضة. إذا تم استخدام معامل القدرة في حساب الطاقة الحقيقية، فيجب إعادة قياسه لكل من هذه الشروط.
عدادات الطاقة لاختبار الكفاءة الدقيق
جعلت عقود من زيادة التنظيم اختبار الكفاءة أحد أهم العوامل في اختيار وتأهيل مصادر الطاقة. يمكن أن يؤدي الافتقار إلى الخبرة في التعامل مع دوائر التيار المتردد إلى قيام مهندسي الاختبار بحذف أو حساب معامل القدرة بشكل غير صحيح، مما يؤدي إلى أرقام كفاءة غير صحيحة. عند اختبار المحولات الخارجية، أو أي مصدر طاقة تيار متردد-تيار مستمر، فإن أفضل طريقة لحساب طاقة الإدخال الحقيقية هي من خلال استخدام مقياس الطاقة. لا تقيس هذه الأجهزة الطاقة الحقيقية مباشرة فحسب، بل يمكنها قياس التيار المرتبط بالتوافقيات الفردية وتقديم صورة كاملة لإدخال مصدر الطاقة.
معامل القدرة مدرج في قائمة اهتمامات مصممي كل جهاز تقريبًا يستهلك طاقة كبيرة من مقبس التيار الكهربائي، بالإضافة إلى المهندسين في القطاعات الكهربائية الثقيلة. يجب مراعاة هدف معامل القدرة، بناءً على التشريعات، بالإضافة إلى الكفاءة وتكلفة المكونات ومساحة الحجم/اللوحة.
قامت KSPOWER بتصميم تصحيح معامل القدرة النشط في الغالبية العظمى من مصادر الطاقة التيار المتردد-تيار مستمر المصنفة عند 105 واط وما فوق للمساعدة في تسهيل التنفيذ وضمان الامتثال لمصنعي المعدات الأصلية.
