Hvad er Power Factor?

PC strømforsyninger belaster lysnettet på en helt anden måde end glødelamper, varmeovne o. lign., for hvilke der gælder, at den nytteeffekt, man opnår, kan beregnes som et produkt af spænding og strømstyrke. Man siger derfor, at de har en ”Power Factor” på 1 i modsætning til ”reaktive belastninger” (f. eks. spoler og kondensatorer), der har en power factor på 0 i det ideelle tilfælde, hvor de er tabsfrie. En ”ideel” kondensator eller spole vil belaste lysnettet med en strøm, hvis fase er forskudt 90° før eller efter spændingens fase.

 

 

spaending_stroem

 

 

Denne såkaldt ”reaktive” strøm vedligeholder det elek­triske felt i kondensatoren eller det mag­ne­ti­ske felt i spolen. Der omsættes ingen effekt her, men strømmen giver alligevel anledning til tab i forsy­nings­nettet og dermed stør­re krav til dimen­sio­nering af led­nings­net­tet. For en prak­tisk belast­ning (der belaster forsy­nings­­nettet med både aktiv og reaktiv strøm) kan strøm og spænd­ing f. eks. forløbe som vist her. Generelt gælder for denne type lineære belast­ninger reglen:

W = V ´ A ´ cos(q),

hvor W er den afsatte effekt, V og A er rms-værdierne for spænding og strøm og q er fase­vinklen mellem spænding og strøm.

 

 

 

Størrelsen cos(q) kaldes ”Power Factor” eller ”PF”. D.v.s. reglen er: W = V ´ A ´ PF eller PF = W / (V ´ A) der viser, at PF kan defineres som forholdet mel­lem den virkelige effekt(W) og V ´ A . Denne definition af PF er mere anvendelig i tilfælde, hvor det ikke giver megen mening at tale om fase­vink­len (q), som det f.eks. gælder for PC-forsyninger.

 

 

Typisk er indgangs­kreds­løbet på 220V - siden i en PC-for­sy­ning koblet som vist nedenfor:

 

 

pc_forsyning_tegning

 

 

Her er der jo ikke tale om en lineær be­last­ning, idet der kun træk­kes strøm fra nettet i det ret korte tidsrum, hvor peak-værdien(VPK) for AC-spænd­ing­en er højere end spænd­ing­en(VL) på ladekondensatoren.

 

 

 

Disse kortvarige strømimpulser er langt fra sinus formede og indeholder derfor ganske kraftige harmoniske signaler – især på de ulige overtoner til 50Hz (Dvs. 150Hz, 250 Hz, 350 Hz osv.) og det er bl.a. for­styr­relserne fra disse u­øn­ske­de strømme, der skal begrænses ifølge de europæiske EMC-krav, der er specificeret i normen: EN61000-3-2. . Meto­der­ne hertil er bl.a.”PFC”, som står for ”Power Factor Correction”, der betegner en meto­de til at reducere ”Power Factor”.

 

 

PFC_tegning

 

 

 

 

Man skelner mellem passiv og aktiv PFC. Passiv PFC udføres typisk ved at lede strømmen til forsyningsnettet gennem en spole, så der opnås en simpel filtrering, for at begrænse de uønskede overtoner. På den måde opnås typisk en PFC på ca 0,7, men for at opnå en PFC på 0,95-0,99 bruges gerne et aktivt elektronisk kreds­løb, der fungerer efter princippet, som er vist herunder:

 

Ensretterbroaktivt_elektronisk_kredsloeb_tegning

 

 

 

Netspændingen passerer gen­nem en ensret­ter­bro, der dan­ner en ensrettet AC- spænd­ing(V), som vist på ovenstående billede.

 

 

Her anvendes en spændings-"booster", der tving­er spænd­ingen(VL), på ladekonden­sa­to­ren op, så den er højere end spids­værdien af AC-spændingen.

 

 

 

Det betyder, at boosteren skal kunne kontrollere spændingen VL - V, for at sikre, at indgangs­strømmen er sinus­formet. Dette op­nås ved, at boosteren ud fra den ensrettede spænding(V) danner en spændings­for­skel, der er styret af et kontrolkredsløb, som måler ind­gangs­­strøm­­men og sam­menligner den med indgangs­spændingens form og automatisk justerer boo­ster­spændingen, så indgangsstrømmen (I) får samme kurveform.

 

 

Samtidig måler kontrolkredsløbet spændingen(VL) på ladekondensatoren og justerer booster spændingen, så der opnås en groft reguleret DC-spænding(VL), for hvilken der tillades moderate variationer, idet kredsløbets primære formål jo er at sikre at strømforbruget fra forsyningsnettet har et sinusformet forløb, så harmoniske overtoner begrænses effektivt.

 

 

EMC Standard: EN61000-3-2

EMC-standarden EN61000-3-2 er en af de standarder, der skal overholdes, for at et produkt kan CE-mærkes. Denne standard sætter præcise grænser for størrelsen af de harmoniske overtoner af strømforbruget på forsyningsnettet. Der er desuden 1/1-2000 vedtaget en tilføjelse (”Amend­ment A14”) til EN61000-3-2, der definerer den kritiske klasse D (der netop gælder for bl.a. pc’er og pc-monitorer) mere snævert end den oprinde­li­ge standard. Der har været en 3-års periode, hvor det har været tilladt at benytte både den oprinde­lige standard eller tillæg A14. Denne periode er altså udløbet 1/1-2004, og derfor er aktiv PFC nu mere aktuelt end nogensinde, fordi det har vist sig at være overraskende vanskeligt at begrænse over­toner tilstrækkeligt med traditionel passiv PFC.