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.
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:
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”.
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:
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.