Verimliliği ölçerken güç faktörü neden önemlidir?

Güç Faktörü ve Verimliliğin Temelleri

Harici güç kaynakları (EPS) ile çalışan mühendisler, verimlilik ölçümlerine yabancı değildir. Ancak, uygulamaları tipik olarak DC güç kaynakları üzerinde çalıştığından, güç kaynağının AC tarafında güç ölçümü yapılırken yaygın hatalar yapılabilir. Bu yaygın hatalar arasında, güç giriş gücünü hesaplarken güç faktörünü yanlış ölçmek veya tamamen göz ardı etmek yer alır ve bu da yanlış verimlilik ölçümlerine yol açar. Gelin, güç faktörü ve verimliliğin temellerini gözden geçirelim ve ardından AC. DC güç verimliliğini ölçerken güç faktörünü nasıl dahil edeceğinize dair rehberlik sağlayalım.

Güç Faktörü ve Verimlilik, Bir İnceleme

Verimlilik (η), çıkış gücünün giriş gücüne oranıdır:

Denklem 1: Verimlilik

Doğru akım (DC) ile uğraşan bir Harici Güç Kaynağı (EPS) bağlamında, çıkış gücü, çıkış voltajını çıkış akımıyla çarparak ve denkleme hızla paydasını sağlayarak hesaplanır.

Çıkış Gücünü Hesaplama

DC olan bir EPS'nin çıkış gücünü hesaplamak, basitçe çıkış voltajının çıkış akımıyla çarpılmasıdır:

Denklem 2: Çıkış Gücü

Denklem 2, bir Elektrik Güç Kaynağı'nın (EPS) doğru akım (dc) çıkış gücünü (P_dc), çıkış voltajını (V_dc) çıkış akımı (I_dc) ile çarparak hesaplar ve sonuç olarak watt (W) cinsinden ölçülen güç elde edilir.

Güç Faktörünü Anlamak

Yaygın bir hata, bu hesaplamayı giriş gücünü elde etmek için uygulamaktır. Bu bir sorun teşkil eder çünkü AC devrelerdeki volt-amper çarpımı her zaman gerçek güce eşit değildir ve aslında, harici adaptörler söz konusu olduğunda, volt-amper çarpımı asla gerçek güce eşit olmayacaktır. AC devrelerde, volt-amper çarpımı, Güç Faktörü (PF) adı verilen bir terim aracılığıyla gerçek güçle ilişkili olan görünür güce (S) eşittir:

Denklem 3: Görünür Güç

Denklem 3, kök ortalama kare (rms) voltajını (Vrms) rms akımı (Irms) ile çarparak volt-amper (VA) cinsinden görünür gücü (S) hesaplar.

Güç Faktörünü Tanımlama

Tanım gereği, güç faktörü, görünür gücün rms voltaj ve rms akım çarpımı olduğu gerçek gücün görünür güce oranıdır. Yalnızca güç faktörü 1'e eşit olduğunda volt-amper çarpımı gerçek güce eşittir:

Denklem 4: Güç Faktörü

Güç Faktörünü Ölçme

Güç faktörünü ölçmenin en iyi yolu, aşağıdaki Şekil 1'de gösterilen gibi bir güç ölçer kullanmaktır. Bu cihazlar gerçek gücü doğrudan verecektir, bu nedenle verimliliği hesaplarken güç faktörünün dikkate alınmasına gerek yoktur. Bu sayaçlar, gerçek güce ek olarak, güç faktörünü, THD'yi, her bir harmonik için akımı ve daha fazlasını ölçebilir. Düşük güçlü harici adaptörlerin tanımlanmış güç faktörü veya harmonik sınırları olmasa da, daha yüksek güç kaynakları harmonik içerik ve güç faktörü üzerinde belirli düzenleyici sınırlara sahiptir. EN 61000-3-2 gibi standartlar, belirli güç seviyeleri için 39. harmoniği de içeren harmonik akım üzerinde sınırlar belirtir. Bir güç kaynağının harmonik akımını ölçerken, bir güç ölçer esastır.

Şekil 1: Dalga biçimlerine karşılık gelen ölçümleri gösteren WT210 Güç Ölçer

Güç Kaynaklarında Güç Faktörü

Güç faktörünü ihmal etmenin etkisinin yalnızca küçük bir hataya yol açacağını ve/veya harici bir adaptörün güç faktörünün o kadar kötü olamayacağını düşünebilirsiniz. Aslında, güç faktörü düzeltmesi olmadan, harici bir adaptörün güç faktörü, nominal yükte kolayca 0,5 kadar düşük olabilir. Güç faktörü 0,5 olan bir adaptör, gerçek gücünün iki katı görünür güce sahip olacak ve bu da yanlış sonuçlara yol açacaktır. Güç kaynağı %100 gerçek verimliliğe sahip olsa bile, bu ölçüm yalnızca %50 gösterecektir.

Verimlilik hesaplamalarına güç faktörünün genel olarak dahil edilmesine ek olarak, güç faktörünün hat ve yük bağımlı olduğunu belirtmek önemlidir. DoE Seviye VI gibi verimlilik gereksinimleri, verimliliğin hem yüksek hem de düşük hat voltajlarında çeşitli noktalarda (%25, %50, %75 ve %100 yük) ölçülmesini gerektirir. Gerçek gücün hesaplanmasında güç faktörü kullanılıyorsa, bu koşulların her biri için yeniden ölçülmelidir.

Doğru Verimlilik Testi için Güç Ölçerler

On yıllardır artan düzenlemeler, verimlilik testini güç kaynaklarını seçme ve nitelendirmede en önemli faktörlerden biri haline getirmiştir. AC devrelerle uğraşma deneyimi eksikliği, test mühendislerinin güç faktörünü ihmal etmesine veya yanlış hesaplamasına yol açabilir ve bu da yanlış verimlilik rakamlarıyla sonuçlanır. Harici adaptörleri veya herhangi bir AC-DC güç kaynağını test ederken, gerçek güç girişini hesaplamanın en iyi yöntemi bir güç ölçer kullanmaktır. Bu cihazlar sadece gerçek gücü doğrudan ölçmekle kalmaz, aynı zamanda bireysel harmoniklerle ilişkili akımı ölçebilir ve güç kaynağı girişi hakkında eksiksiz bir resim sağlayabilir.

Güç faktörü, bir şebeke prizinden önemli miktarda güç çeken hemen hemen her cihazın tasarımcılarının yanı sıra ağır elektrik sektörlerindeki mühendislerin de endişe listesinde yer almaktadır. Mevzuata dayalı güç faktörü hedefi, artı verimlilik, bileşen maliyeti ve hacim/kart alanı dikkate alınmalıdır.

KSPOWER, uygulamayı kolaylaştırmak ve OEM'ler için uyumluluğu sağlamak üzere, 105 W ve üzeri olarak derecelendirilmiş AC-DC güç kaynaklarının büyük çoğunluğunda aktif güç faktörü düzeltmesi tasarlamıştır.