Waarom is de arbeidsfactor belangrijk bij het meten van efficiëntie?

De basis van arbeidsfactor en efficiëntie

Ingenieurs die werken met externe voedingen (EPS) zijn bekend met efficiëntiemetingen. Omdat hun toepassingen doorgaans werken op gelijkstroomvoedingen, kunnen er echter veelvoorkomende fouten worden gemaakt bij het meten van vermogen aan de wisselstroomzijde van de voeding. Deze veelvoorkomende valkuilen omvatten het onjuist meten of volledig negeren van de arbeidsfactor bij het berekenen van het ingangsvermogen, wat resulteert in onjuiste efficiëntiemetingen. Laten we de basis van arbeidsfactor en efficiëntie bekijken en vervolgens richtlijnen geven over hoe de arbeidsfactor te betrekken bij het meten van AC. DC-stroom efficiëntie.

Arbeidsfactor en efficiëntie, een overzicht

Efficiëntie (η) is de verhouding van uitgangsvermogen tot ingangsvermogen:

Vergelijking 1: Efficiëntie

In de context van een externe voeding (EPS) die met gelijkstroom werkt, wordt het uitgangsvermogen berekend door simpelweg de uitgangsspanning te vermenigvuldigen met de uitgangsstroom door snel de teller van de vergelijking te leveren.

Uitgangsvermogen berekenen

Het berekenen van het uitgangsvermogen van een EPS, dat gelijkstroom is, is simpelweg de uitgangsspanning vermenigvuldigd met de uitgangsstroom:

Vergelijking 2: Uitgangsvermogen

Vergelijking 2 berekent het gelijkstroom (dc) uitgangsvermogen (P_dc) van een elektrische voeding (EPS) door de uitgangsspanning (V_dc) te vermenigvuldigen met de uitgangsstroom (I_dc), wat resulteert in het vermogen gemeten in watt (W).

Arbeidsfactor begrijpen

Een veelgemaakte fout is om dezelfde berekening toe te passen om het ingangsvermogen te verkrijgen. Dit levert een probleem op omdat het volt-ampère product in wisselstroomcircuits niet altijd gelijk is aan het reële vermogen, en in feite zal het volt-ampère product in het geval van externe adapters nooit gelijk zijn aan het reële vermogen. In wisselstroomcircuits is het volt-ampère product gelijk aan het schijnbare vermogen (S), dat gerelateerd is aan het reële vermogen via een term genaamd Arbeidsfactor (PF):

Vergelijking 3: Schijnbaar vermogen

Vergelijking 3 berekent het schijnbare vermogen (S) in volt-ampère (VA) door de root mean square (rms) spanning (Vrms) te vermenigvuldigen met de rms stroom (Irms).

Arbeidsfactor definiëren

Per definitie is de arbeidsfactor de verhouding van reëel vermogen tot schijnbaar vermogen, waarbij schijnbaar vermogen het product is van de rms spanning en rms stroom. Alleen wanneer de arbeidsfactor gelijk is aan 1, is het volt-ampère product gelijk aan het reële vermogen:

Vergelijking 4: Arbeidsfactor

Arbeidsfactor meten

De beste manier om de arbeidsfactor te meten is door een vermogensmeter te gebruiken zoals die hieronder in figuur 1 wordt getoond. Deze apparaten geven het reële vermogen direct weer, dus de arbeidsfactor hoeft niet in overweging te worden genomen bij het berekenen van de efficiëntie. Naast het reële vermogen kunnen deze meters de arbeidsfactor, THD, de stroom voor elke harmonische en meer meten. Hoewel externe adapters met een laag vermogen geen gedefinieerde arbeidsfactor of harmonische limieten hebben, hebben voedingen met een hoger vermogen specifieke wettelijke limieten voor het harmonische gehalte en de arbeidsfactor. Normen, zoals EN 61000-3-2, specificeren limieten voor harmonische stroom tot en met de 39e harmonische, voor bepaalde vermogensniveaus. Bij het meten van de harmonische stroom van een voeding is een vermogensmeter essentieel.

Figuur 1: WT210 vermogensmeter met metingen die overeenkomen met golfvormen

Arbeidsfactor in voedingen

U denkt misschien dat de impact van het weglaten van de arbeidsfactor slechts een kleine fout tot gevolg heeft en/of dat de arbeidsfactor van een externe adapter niet zo slecht kan zijn. In feite kan de arbeidsfactor van een externe adapter zonder arbeidsfactorcorrectie gemakkelijk zo laag zijn als 0,5 bij een nominaal belasting. Een adapter met een arbeidsfactor van 0,5 heeft een schijnbaar vermogen dat twee keer zo groot is als het reële vermogen, wat leidt tot onjuiste resultaten. Zelfs als de voeding een reële efficiëntie van 100% had, zou deze meting slechts 50% laten zien.

Naast de algemene opname van de arbeidsfactor in efficiëntieberekeningen, is het belangrijk op te merken dat de arbeidsfactor afhankelijk is van de lijn en de belasting. Efficiëntie-eisen, zoals DoE Level VI, vereisen dat de efficiëntie wordt gemeten op verschillende punten (25%, 50%, 75% en 100% belasting) bij zowel hoge als lage netspanningen. Als de arbeidsfactor wordt gebruikt bij de berekening van het reële vermogen, dan moet deze opnieuw worden gemeten voor elk van deze omstandigheden.

Vermogensmeters voor nauwkeurige efficiëntietests

Decennia van toenemende regelgeving hebben efficiëntietests tot een van de belangrijkste factoren gemaakt bij het selecteren en kwalificeren van voedingen. Gebrek aan ervaring in het omgaan met wisselstroomcircuits kan testingenieurs ertoe aanzetten de arbeidsfactor weg te laten of onjuist te berekenen, wat resulteert in onjuiste efficiëntiecijfers. Bij het testen van externe adapters, of elke AC-DC voeding, is de beste methode voor het berekenen van het reële ingangsvermogen het gebruik van een vermogensmeter. Deze apparaten meten niet alleen het reële vermogen direct, maar kunnen ook de stroom meten die geassocieerd is met de afzonderlijke harmonischen en een compleet beeld geven van de voedingingang.

De arbeidsfactor staat op de lijst van zorgen voor ontwerpers van vrijwel elk apparaat dat aanzienlijk vermogen uit een stopcontact trekt, evenals voor ingenieurs in zware elektrische sectoren. De arbeidsfactor target, gebaseerd op wetgeving, plus efficiëntie, componentkosten en volume/bordruimte moeten in overweging worden genomen.

KSPOWER heeft actieve arbeidsfactorcorrectie ontworpen in de overgrote meerderheid van zijn AC-DC voedingen met een vermogen van 105 W en hoger om de implementatie te vergemakkelijken en naleving voor OEM's te garanderen.