Wie berechnet man den Leistungsfaktor eines Netzteils?

Wenn Sie ein Wattmeter haben, können Sie das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung (VA) messen. Sie können möglicherweise einen Stromtastkopf, einen Spannungstastkopf und eine Multiplikationsfunktion auf einem Oszilloskop verwenden, um die wahre Leistung zu erhalten.

Eine viel billigere Option (die Genauigkeit könnte fraglich sein) wäre die Verwendung eines der allgegenwärtigen " Kill a Watt " -Verbraucherprodukte (wie, glaube ich, @ tgun926 vorgeschlagen), die tatsächlich eine PF-Anzeige haben. Die Spezifikationen liegen irgendwo zwischen lückenhaft und nicht vorhanden. "0,2 % Genauigkeit" (von was?), aber der Preis stimmt mit weniger als 20 $ Straßenpreis.

Der Leistungsfaktor ist definiert als das Verhältnis der Wirkleistung zur „Scheinleistung“, wobei die Wirkleistung der Durchschnitt des Ergebnisses der Multiplikation der Momentanspannung mit dem Momentanstrom und die „Scheinleistung“ das Ergebnis der Multiplikation der RMS-Spannung mit dem ist RMS-Strom.

Bei einer rein ohmschen Last ergeben diese beiden Methoden die gleiche Zahl, der Leistungsfaktor ist also eins. Bei reaktiven Lasten, wie z. B. leicht belasteten Motoren, ist der Strom phasenverschoben zur Spannung, wodurch die Wirkleistung relativ zur Scheinleistung abfällt und das Verhältnis kleiner als Eins ist.

Bei nichtlinearen Lasten wie Netzteilen wird die Stromwellenform verzerrt, wodurch sie einen höheren RMS-Wert als eine Sinuswelle erhält. Dies bewirkt auch, dass das Verhältnis von eins verringert wird.

Um Ihre Frage zu beantworten: Eine Möglichkeit, den Leistungsfaktor eines Netzteils abzuschätzen, besteht darin, den Eingangsstrom mit einem "True RMS" -Messgerät zu messen und dieses Ergebnis mit dem Wert zu vergleichen, den Sie mit einer ohmschen Last erhalten, die dasselbe zieht Menge an echter Macht.

Es ist gar nicht so einfach.

Im Allgemeinen leiden Schaltnetzteile aufgrund einer harmonischen Verzerrung des Eingangswechselstroms in Bezug auf die Eingangswechselspannung an einem Leistungsfaktor ungleich Eins. Es handelt sich nicht um eine reine Phasenverschiebungssituation wie bei einer rein induktiven oder rein kapazitiven Last, obwohl Netzteile manchmal Stromvor- und -verzögerungen haben können und dies auch tun.

Lineare machen auch "seltsame" Dinge mit dem Eingangsstrom aufgrund der Wirkung der Gleichrichter und aufgrund interner Bulk-Kapazitäten. Auch hier handelt es sich nicht um eine reine Phasenverschiebungssituation.

Zitat von Xitrons Artikel über den Leistungsfaktor :

Dafür gibt es tatsächlich viele Definitionen. Im Allgemeinen wird PF = W/VA verwendet, aber PF = VA*cos(Phase) ist üblich, ebenso wie PF = 1/sqrt(1+THD 2 ). Sind das nicht die gleichen? Nicht in der realen Welt!

Die cos(Phase)-Gleichung liefert nur dann das „richtige“ Ergebnis, wenn keine Verzerrungen oder andere Frequenzen vorhanden sind. Die THD-bezogene Gleichung liefert nur dann das „richtige“ Ergebnis, wenn keine Phasenverschiebung vorhanden ist. Dies sind beides Vereinfachungen der W/VA-Definition. Wussten wir das? Viele Leute nicht. Ein üblicher Kundendienstanruf bei Xitron kommt von einer Person mit einer Gleichrichtungsschaltung. Die Frage ist, dass der Leistungsfaktor 1 sein „muss“, da der Strom genau in Phase mit der Spannung ist („Ich habe es mir mit einem Oszilloskop angesehen und der Strom liegt genau bei der Spitzenspannung, also gibt es keine Phasenverschiebung“). Richtig, wenn Sie die vereinfachte cos(phase)-Definition verwenden, aber nicht, wenn Sie die vollständige W/VA-Definition verwenden.

PF sollte Polarität richtig haben? Richtig, aber nicht die, die viele verwenden. Viele verwenden die Polarität von PF, um voreilend oder nacheilend anzuzeigen, dies ist nicht korrekt. Die Polarität von PF ist dieselbe wie die von Watt (VA ist ein Skalar, hat also keine Polarität). Es ist die Polarität von VAR, die der Phasenpolarität folgt. Warum ist dieser Fehler so alltäglich? Nun, in den „alten“ Tagen konnten Instrumente Wörter wie „Lead“ oder „Lag“ nicht anzeigen, und sie zeigten VAR auch nicht an. Sie zeigten also vorauseilend oder nacheilend durch ein + oder – Symbol vor dem PF-Ergebnis an (negative Wattzahlen sind eher selten). Dieser einfache Schritt, dem Benutzer zu ermöglichen, eine führende oder nacheilende Anzeige zu sehen, hat zu diesem weit verbreiteten Missverständnis über die Polarität von PF geführt.

„Gute“ Leistungsmesser berechnen den Leistungsfaktor also indirekt über den THD, der durch FFT auf der Stromwellenform und einige gewichtete Berechnungen des Oberwellengehalts berechnet wird. Wenn „teuer“ den Preis eines IEC61000-3-2 -konformen Leistungsanalysators oder eines schicken Stromtastkopfs + Oszilloskop mit FFT und eines Leistungsanalysatormoduls bedeutet, werde ich sagen, dass eine kostengünstige Toollösung nicht möglich ist.

Wenn Sie den Strom visualisieren und nur ein Gefühl dafür bekommen möchten, wie schlecht der Leistungsfaktor sein kann, kann eine Wechselstromsonde mit großer Bandbreite, die an ein Oszilloskop angeschlossen ist, sehr aufschlussreich sein.

Fügen Sie parallel einen Kondensator hinzu und messen Sie die Ströme, die von der Versorgung kommen. Entfernen Sie es und messen Sie erneut. Stellen Sie die Ersatzschaltbildgleichungen auf und lösen Sie diese.