Szerző: ELP | 2007-12-21 20:10 | Rovat: PC | Típus: Tudástár | Hozzászólások (35)
[ Új teszt ]
Ezt a leírást azért készítettem, mert olvasgatva a fórumokat, felfigyeltem, hogy a PFC-vel kapcsolatban elég sok a félreértés.
PFC= Power Factor Correction, vagyis teljesítménytényező javítás.
(Gyakran összekeverik a tápegységekben található rádiófrekvenciás szűrőkkel. Ennek oka, hogy mindkettőnek van felharmonikus csökkentő hatása, de ez utóbbi csak a rádiófrekvenciás tartományban dolgozik, az EMC-t, vagyis az elektromágneses kompatibilitást hivatott javítani, teljesítménytényezőt nem javít.)
A PFC lényegének megértéséhez egy kapcsolóüzemű tápegység 230V-os részét vizsgálom meg. Lesz néhány példa-kapcsolás a könnyebb érthetőség érdekében, valamint néhány számítás, de ezeket jócskán leegyszerűsítettem. Ezért persze lesz néhány pontatlanság is, de ez a végeredményt nem befolyásolja.
Vágjunk is bele:
Minden kapcsolóüzemű tápegység lényege, hogy a hálózati 230V váltófeszültségből egy egyenirányító segítségével egyenfeszt állít elő. Ezt a hullámzó feszültséget egy kondenzátorral simítják. Az így kapott feszültség a hálózati szinusz csúcsértéke, tipikusan 1,41x230V, vagyis 325V lesz. Ebből az egyenfeszből egy tranzisztorral nagyfrekvenciás áramot állítanak elő, amit letranszformálva megkapjuk az 5-12-3,3...stb Voltos feszültségeket.
A PFC szempontjából az egyenirányító-kondenzátor alaktrészpáros viselkedése az érdekes. Ez az 1. ábrán látható. (Az egyszerűség kedvéért egyutas egyenirányítót ábrázoltam.)

Hogy könnyebb legyen a dolgunk vegyünk egy példát:
Kezdetnek tételezzük fel, hogy a PC-nk tápegységének hatásfokkal, mindennel együtt 1A-re van szüksége a hálózatból (230W). Azt is feltételezzük, hogy már egy ideje be van kapcsolva a gépünk, vagyis a C1 puffer-kondenzátor most épp töltött, azaz 325V van rajta.
Mivel még nem jön feszültség a hálózat felől, a kondenzátorunk látja el energiával a gépünket, cserébe "lassan" csökken rajta a feszültség, ....várjunk egy kicsit :).... már csak 310V van rajta. Egyszer csak a hálózati feszültség emelkedni kezd: eléri a 10V-ot, 50V-ot, stb. Belátható, hogy semmi nem történik, hiszen az 50V-tal hogy tudnánk feltölteni egy 310V-os kondenzátort? Ráadásul a diódánk is csak akkor vezet, ha az anódján (A) pozítíabb a fesz, mint az katódján (K), vagyis most pont a kondi nagy feszültsége tartja zárva. Aztán eljön a várva-várt pillanat: kondenzátorunk feszültsége leesett már 290V-ra, a hálózati fesz pedig átlépte a 290V-os határt, diódánk kinyit, kondenzátorunk töltődni kezd. Ez jelen esetben a szinuszhullám 63. fokánál történik meg - arcusSin(290/325).
Aztán elérve a 90 fokot, a töltés abbamarad: a kondink megint 325V-on van, a hálózati feszültség viszont már esik, D1 is lezár. Ez a 27 fokunk van az összes energia bevitelére.
2.ábra:

Pontosan ugyanez zajlik le kétutas egyenirányításnál is, csak sűrűbben. Ott mindig van egy diódapár: D1-D4, D2-D3, ami mindig helyes irányba tereli az áramunkat.
Térjünk is át erre, de a fenti eredményeket nyugodtan használjuk tovább:
3.ábra:

Vagyis egy teljes 360 fokos periódus alatt 2x27, azaz 54 fok áll rendelkezésre az összes töltés bevitelére. Ez kábé 1/6-a a periódusnak. Vagyis az 1A-beviteléhez 1/6-od idő alatt 6A-es áramot kell bepumpálnunk.
Így jönnek létre azok a csúnya piros áram-tüskék, amik a bajt okozzák. Ezeknek kellene szépen együtt futniuk a kék szinusz-hullámmal. Ezeknek a tüskéknek az alapharmonikusa (a hálózat felől nézve) 50Hz, és ez végez hatásos munkát. Viszont nagy mennyiségben tartalmaz 100...150...1000Hz-es...és még nagyobb frekvenciájú harmonikusokat, amik semmilyen hatásos munkát nem végeznek, csak a hálózatot terhelik. (Csak a feszültség szinuszával fázisban lévő áram végez munkát, ha a frekvencia eltér, az semmilyen fázisban sincs a feszültséggel, vagyis nincs hatásos munkavégzés.)
Miért is kell a PFC?
Hogy ez kiderüljön végezzünk egy rövid számítást:
Tételezzük fel, hogy a betáp hálózatunkban van valahol egy 1 Ohm-os ellenállás. (Ne feledjük, az egész hálózat maga egy nagy ellenállás a kábeleivel.) A 3.ábrán az átkötés helyére tegyük be a 1 Ohmos ellenállást. Normál fogyasztó esetében ezt 1W fűtené, ez volt a kiindulási adat: 1A, 230W. (P=I^2*R, vagyis 1A^2*1 OHM=1W) Azonban a mi tápunk 6A-t hajt át rajta, ami 36W melegedés (6A^2*1 Ohm=36W), de ez csak az idő 1/6-ában van (54fok), vagyis 6W fűti átlagosan az ellenállást, ami hatszor akkora veszteség, mint amit várnánk. Átlag 6W-ot a mi tápegységünknél 2,5-ször nagyobb (gyök6) fogyasztó fűtene.
Vagyis a hálózat elemei (kábelek, trafók, biztosítékok) "meg vannak győződve" arról, hogy nem 230W-os, hanem 575W-os (2,5x230W) fogyasztónk van és 6-szor nagyobb veszteség keletkezik rajtuk. Ez országos szinten óriási veszteség.
Irodaház valahol (Amerikában, Hamburgban...stb): 1000 db számítógépet telepítenek. 50 emelet, minden szinten 20 gép (nem is sok)....230kW. Elég lenne 1000A-rel biztosítani rendszert, de a fentiek miatt 2500A-es biztosítóra lesz szükség és a bevezető drága réz-kábeleket is 2,5-szeresen kell túlméretezni. Ez nagyon nagy költség.
Rengeteg felharmonikussal terheli a hálózatot. Ezt a szolgáltatók "áramszennyezésnek" nevezik. Sok bajt (zavart) okozhat.
Ezért kell a PFC.
Tehát az aktív PFC működése:
4. ábra:

Az ábrán látható kapcsolásra kössünk 6V-ot.
Kezdésnek a kapcsolónk bekapcsolva, a 6V-os tápból áram indul meg az I1-I1a útvonalon, ami szépen nőni kezd. Mikor az áram 1A körülire nőtt, nyissuk a kapcsolót. A tekercsben az áram továbbra is folyni akar változatlan nagysággal. Ezért most a 4. pont feszültsége egy pillanat alatt megemelkedik a kondi feszültségére (indukció), D1 kinyit, és most már az áram tovább tud folyni a kondenzátorba (I1b), így a tekercsben tárolt energiával feltölti azt. Ezzel a módszerrel akár 6V-ból is tudtunk 300V-ot csinálni, (mint a kocsik gyújtása). Vagyis így semmi akadálya, hogy a szinusz bármely pillanatában energiát nyerjünk ki a hálózatból. És ha ezt elég sokszor megismételjük egy periódus alatt, a terhelőáram szépen eloszlik az egész szinusz hullámon. A formája így már hasonlít a szinuszra, nem lesz tüske alakja, emiatt a felharmonikusok mértéke is jóval kisebb lesz. (Hasonlít arra, mint ahogy a hangkártya rakja össze a szinusz hullámot impulzusokból.)
Tehát vonjuk össze a 2-es 4-as ábrát, a kapcsolót cseréljük le tranzisztorra, és építsünk be neki egy vezérlést:

A vezérlő IC figyeli a bejövő feszt, a kondi-feszt, és az áramokat. Ez alapján kapcsolgatja a tranzisztort. (elvi blokkdiagram)
Végezetül ilyen hálózati áram alakul ki:

Mi lesz az irodaházzal?
Az 1000 db PFC-s táp 1-2millió HUF plusz költséget jelent, de a hálózatukat nem kell bővíteni.
És mi van az otthoni gépekkel?
Nekünk nem nagyon számít, hogy a tápunk PFCs-e. Valamivel jobb a stabilitása, jobban bírja a feszültség-letöréseket, és nem kell 115/230-as átkapcsoló sem, mivel alacsonyabb tápfeszről is tud működni. Mi fizetünk érte, de az áramszolgáltató élvezi a gyümölcsét: tisztább lesz a hálózata.
A mi lakásunkban nem számít, hogy a nagyobb áramtüskék miatt a néhány méternyi vezetékben a villanyóráig tized wattokkal több a veszteség, de a villanyóránkhoz már lehet 100km-ről jön az áram, a szolgáltató vesztesége csökken.
Javítja-e a tápunk hatásfokát? Nem.
Belátható, hogy egy adott konstrukciójú tápnak van valamennyi vesztesége, ezt mi még csak megtoldottuk néhány melegedő alkatrésszel, vagyis romlik a hatásfok.
Passzív PFC:
Túl sokat nem érdemes beszélni róla, kifutóban van. Egy jó nagy fojtóval szűrik a bejövő áramot, így csillapítva a felharmonikusokat, némileg szinuszosítva a felvett áramot. Ennél is azt használják ki, hogy a tekercsben az áram csak lassan nőhet és csökkenhet, így "keni" szét a tüskét a szinuszhullámon. Ez a tekercs lényegesen nagyobb és drágább, az aktív PFC-s társánál, és közel sem jelent olyan korrekt megoldást. A képen jól látható a venti mögött a nagy fojtó, a panelen jobbra az EMI (rádiófrekvenciás) szűrő (ferritmag sárga tekercseléssel+kondik), kicsit balra a graetz-egyenirányító, majd a két jókora pufferkondi. (Q-tec 550W PFC)

Kiloptam a PH! FSP táptesztjéből egy képet. Ezen a pirossal jelölt területen található a PFC vezérlőpanelje, illetve a hozzá tartozó fojtó, ill. a teljesítmény tranzisztor(ok) a hűtőn. Látható a méretbeli különbség a passzívhoz képest. És az is, hogy az aktív valószínűleg olcsóbb megoldás is.

Megjegyzés:
A fent leírt jelenség fellép minden olyan tápegységben, amely egyenirányító-kondenzátor párost tartalmaz. Legyen az telefontöltő, hifi berendezés, vagy mikró sütő. Az nem számít, hogy transzformátoron keresztül van megtáplálva. Az legfeljebb, csak a ~400Hz feletti harmonikusokat csillapítja.
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Végezetül 2 link:
egyenirányítók működése
UCC38050 PFC vezérlő IC
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Az induktivitásról:
A tekercsben az áram mágneses teret épít fel, ez a tér tárolja az energiát, ami az áram négyzetével arányos. A természetben az energia sosem változhat ugrásszerűen, mivel ENERGIA(változás)=TELJESÍTMÉNY*IDŐ, vagyis, ha az IDŐ nulla, a TELJESÍTMÉNY végtelen kell hogy legyen, ami nem lehetséges. Ha a tekercs energiája az előzőek miatt nem változhat meg nulla idő alatt, akkor az őt fenntartó áram nagysága sem.
(Ezért sem lehet nulla idő alatt autóval 100-ra gyorsulni, akkut feltölteni, kondit feltölteni, levest felmelegíteni. Ez annyira általános törvény, hogy az összes energiaváltozási folyamatot ugyanaz a természetesalapú logaritmus-függvény írja le.)
Ha a tekercsben az áram nagysága változik, olyan feszültséget indukál, ami a változás ellen hat, vagyis: az indukált feszültség igyekszik fenntartani az áramot, miközben az ehhez szükséges energiát a mágneses térből veszi el. Ez itt most azért fontos, mert a kialakult áram így egy alacsonyabb feszültségű helyről is be tud folyni egy magasabb feszültségű helyre. Természetesen a csökkenő mágneses energia miatt az áram is csökkenésnek indul.
Ez játszódik le az áram növekedésekor is, csak fordított irányban: ilyenkor az induktivitás a növekedés ellen ható feszt. hoz létre.
A témához kapcsolódik még: Kapacitásproblémák?
kapcsolódó linkjeim:
[Memória Típusok, Működésük (RAM, Flash Egyszerűen)]
[Órajelek előállítása (a frekvencia szintézer egyszerűen)]
[MP3, WMA, stb frekvencia átvitelek és spectrumok a bitráta függvényében]

Pont a napokban doglott meg a passziv PFCs Coolink tapom.
Ugy leverte a kapcsoloszekrenyben a fokapcsolot vagy mi a toszt, mint vak a poharat.
De hala az egnek a gepnek semmi baja nem lett.
A tapot szetszedve par kondenzator fel volt puposodva.
Elt 3 evet R.I.P.
vannak számomra nemteljesen tiszta részek, de a lényegét sikerült megértenem köszi az infót! 
mostmár azt is tudom, hogy működnek a sokkolók 
Kodály mondta volt: "Legyen a zene mindenkié". en inkabb neki hiszek, mint az ASVAnak

Köszönöm az írást! Hiánypótló volt. 
emerge -DuNatv world

Én is köszönöm az írást!
Kicsit nagyon gyenge vagyok eletronikából, úgyhogy mindenképpen hasznos!
De mi van az irodaházzal?
Ugyanis OK, hogy 1000 gép, meg hogy mennyit fogyaszt, de mik ezek a kicsapongások a villanyszámla illetve büntetés körül? 
Flickr - http://www.flickr.com/photos/toth_janos/
szerintem félreszámoltál.
2x27 fok van töltésre, mivel ha alapul vesszük az elképzelésed, hogy 290V-tól tölt a kondi (ezt nem akarom számolással ellenőrízni, fogadjuk el) akkor 290 től 290V-ig tölt, nem 290 től 315V-ig
ugyanis a sinus/csúcs lefelé tartó ága is ugyanúgy pozitív, tehát tölteni fog 290>315>290 ív teljes szakaszán.
ez alatt a csökkenő ív alatt a töltőáram azonos, a kondi így nem töltődik 315V fölé, de a leadott áramot pótolja az egyenirányító, így nem esik a kondin a feszültség, mivel a kondenzátoron akkor esik a feszültség, ha
- a leadott áram nagyobb a betáplált áramnál
- megszűnik a tápellátás.
tehát 27fokot tölt, 27fokot nem tölt, de nem is esik, majd utána fog esni a fesz.
ezután jön az, hogy a szekunder oldalakon is meg van pufferelve, így ott sem esik oly gyorsan a fesz, csak ott félhullámonként 54 fokon keresztül lesz 10khz-es tüskesor a töltőáram.
a többi szerintem teljesen korrekt.
Telekom-adó mentesen keress Skype-on vagy Viber-en! --- www.e-szakuzlet.hu | www.gerisoft.hu | www.szeged-klima.hu

hehe. az meg jo. az enyemek 2db 500-as 1 ev 3 honap illetve 4 honap utan adtak meg magukat. javitattni is probaltam de az csak 1 hettel hosszabbitotta meg az eletuket 
''Én nem süllyedek a hülyék szintjére, mert ott legyőznének a rutinjukkal''