Układy zasilające
Ekologiczne zasilacze
i współczynnik mocy
W Skrzynce Porad pojawiło się
przez wspomnia-
pytanie: co to jest power factor?
ne przesunięcie
Power factor to nic innego jak współczyn- fazy.
nik mocy, czyli stosunek mocy czynnej do To właśnie
mocy pozornej, inaczej mocy zespolonej. dlatego dławik
W zagranicznych z
ródłach można znalez
ć do świetlówki
wzór na współczynnik mocy (Power Factor) ma zadziwiająco
PF = P / S, duży prąd nomi-
gdzie P  moc czynna, S  moc pozorna. nalny, a moc
Cały problem i podany wzór dotyczą sieci (czynna) współ-
energetycznej i urządzeń z niej zasilanych. pracującej świetlówki jest nieporównanie Rys. 2
Ideałem byłoby, gdyby współczynnik mocy mniejsza niż iloczyn prądu dławika i napięcia
był równy jedności, ale praktycznie nigdy tak sieci. Czy jednak tak jest naprawdę? Przed laty
nie jest. Niewtajemniczonych trzeba poinfor- Sytuacja wygląda w przybliżeniu tak: 40- nie wnikano w szczegóły i nie rozważano in-
mować, czym to jest spowodowane. watowa świetlówka pobiera z sieci 220V wła- nych przypadków. Z czasem okazało się, iż do
Moc zespolona w przypadku sieci prądu śnie 40 watów mocy czynnej. Przez świetlów- sieci jest podłączonych coraz więcej urządzeń,
zmiennego to po prostu iloczyn (wartości kę i szeregowy dławik nie płynie jednak prąd które powodują odkształcenie przebiegu prą-
skutecznych) napięcia i prądu. o wartości 0,182A (0,18A*220V=40W), tylko du. Przykładem jest choćby obwód wejściowy
S = Usk * Isk powiedzmy 0,7A czy 0,8A. Podobnie jest prostej sieciowej przetwornicy impulsowej,
Określenie  moc pozorna może sugero- w przypadku silników prądu zmiennego pokazany w uproszczeniu na rysunku 2a. Ry-
wać jakiś haczyk. Nie, żadnego haczyka nie i transformatorów. Dla odbiorcy nie jest to sunek 2b udowadnia, że przebieg prądu zupeł-
ma  Usk to napięcie występujące w sieci, problem, bo jego licznik energii zlicza moc nie nie przypomina sinusoidy, inaczej mówiąc,
a Isk to płynący tam prąd. czynną. Z punktu widzenia dostawców energii zawiera dodatkowe harmoniczne. Jeśli tak, to
Podany wzór nie określa jednak mocy sytuacja jest zdecydowanie niekorzystna, po- we wzorze na moc czynną należy uwzględnić
czynnej (a więc naprawdę użytecznej dla nieważ w przewodach płynie duży prąd, który obecność tych harmonicznych i ich przesunię-
odbiorcy). Owszem, jeśli obciążenie ma czy- niejako nie jest wykorzystywany. A jeśli pły- cia fazowe. Graficznie sytuację pokazuje rysu-
sto rezystancyjny charakter, moc czynna jest nie, to wywołuje niepotrzebne straty na rezy- nek 3. Rozważania matematyczne są tu dość
równa mocy pozornej i współczynnik mocy stancji przewodów. Właśnie dlatego kiedyś złożone, w każdym razie współczynnik mocy
jest równy jedności. Gdy jednak obciążenie duże zakłady przemysłowe płaciły kary, gdy obejmuje nie tylko kosinus �, ale także wszy-
nie jest czystą rezystancją, miedzy (zmien- kąt przesunięcia miedzy prądem a napięciem stkie inne czynniki, które powodują, że moc
nym) napięciem a prądem występuje przesu- był zbyt duży, czyli kosinus � zbyt mały. czynna P jest mniejsza od mocy zespolonej S.
nięcie. Miarą tego przesunięcia jest kąt zwa-
ny fazą, oznaczany małą grecką literą fi (�).
Jak wiadomo ze szkoły, moc czynna prądu
zmiennego to iloczyn (wartości skutecznych)
napięcia, mocy oraz kosinusa �.
P = Usk * Isk * cos �
Dla osób, które nie mają kłopotów z mate-
matyką, rysunek 1 pokazuje te zależności
graficznie. Czym większe przesunięcie fazo-
we (kąt �), tym mniejsza wartość kosinusa �.
Czyli czym większe przesuniecie fazowe, tym Rys. 3
mniejszy stosunek mocy czynnej do pozornej. Rys. 1
Dotyczy to na przykład transformatorów, sil- Omawiany problem nabiera coraz więk-
ników i zespołów świetlówek. Występuje na Z podanych informacji mogłoby wyni- szego znaczenia, ponieważ do sieci dołączo-
nich pełne napięcie sieci Usk, płynie przez nie kać, że wartość kosinusa � to właśnie oma- nych jest coraz więcej urządzeń elektronicz-
jakiś prąd Isk. Wskutek przesunięcia fazy wiany współczynnik mocy. Taki wniosek nych, wyposażonych w przetwornice impul-
efekt jest taki że, mówiąc obrazowo, nie cały jest prawidłowy pod jednym warunkiem: sowe i inne układy, odkształcające przebieg
prąd jest wykorzystywany. Prąd płynie przez przebiegi napięcia i prądu są przebiegami prądu. Konstruktorów układów zasilających
urządzenie, a jakby nie działa  wszystko sinusoidalnymi. zachęca się do stosowania nowocześniejszych
Elektronika dla Wszystkich
92
Układy zasilające
rozwiązań, ograniczających lub eliminują- tywnych sposobów, o ty-
cych ten problem. Stopniowo wprowadzane le zawodowi konstrukto-
są coraz ostrzejsze normy, a docelowo we rzy będą musieli stoso-
wszystkich urządzeniach trafiających na ry- wać się do coraz bar-
nek mają być stosowane układy, które będą dziej restrykcyjnych
pobierać z sieci prąd, który jest w fazie norm w tym zakresie.
z napięciem i jest bardzo zbliżony do sinu- Polega to na stosowaniu
soidy. Właśnie na takie zagadnienia zwrócił przetwornic impulsowych o innej konfigu-
uwagę nasz Czytelnik Leon Charkiewicz, racji układowej oraz innych sterowników. Rys. 5
który odniósł się do jednego z pomysłów O ile klasyczne przetwornice impulsowe,
z rubryki  Genialne schematy , polegajace- od dawna oznaczane skrótem SMPS (Swit- wprowadzili do swej oferty kontrolery PFC.
go na redukcji mocy czynnej przez zastoso- ched Mode Power Supply), mają współ- Rysunek 4 pokazuje bardzo uproszczony
wanie diody: Ta sama dioda, widziana 40 czynnik mocy rzędu 0,6, o tyle nowe prze- schemat blokowy klasycznego zasilacza
lat temu jako  cudowny, połówkowy regu- twornice i scalone przetworniki do nich SMPS (przetwornicy impulsowej), a rysu-
lator mocy obecnie może być postrzegana oznacza się skrótem PFC, który można roz- nek 5 - zasilacza typu PFC. Jak widać, nadal
trochę inaczej. Autora  Regulatora za- szyfrować jako Power Factor Controller lub jest to zasilacz impulsowy, a na uwagę za-
mieszczonego w dziale  Genialne schema- Power Factor Corrector, zapewniają one, sługuje przede wszystkim brak dużego
ty w EdW 4/2000 na str. 82 zachęcam do wartość PF bliską 1.  elektrolita za mostkiem prostowniczym.
przeanalizowania przykładu ze str. 26, 27 Właśnie to jest pierwszy, niezbędny czyn-
książki  Energoelektronika Stanisława Pi- nik. Dopiero wtedy inteligentne sterowanie
róga z 1998r. artykułu  Zasilanie w auto- przetwornicy, niejako w takt przebiegu na-
matyce z EP 3/2000 str. 31, 32 i nowej pięcia, umożliwia  równomierny pobór
normy Unii Europejskiej EN61000-3-2. Są- prądu, proporcjonalny do chwilowej warto-
dzę, że warto popatrzeć na problem  Regu- ści napięcia sieci. I właśnie to, przy zastoso-
latora nie tylko w perspektywie mocy waniu skutecznego filtru przeciwzakłóce-
czynnej. Rys. 4 niowego, pozwala uzyskać sinusoidalny
O ile amator długo jeszcze będzie mógł kształt prądu pobieranego z sieci i zerowe
sobie pozwolić na stosowanie w swych jed- Praktycznie wszyscy czołowi producenci przesuniecie fazowe, czyli współczynnik
nostkowych konstrukcjach takich prymi- scalonych sterowników do przetwornic PF bliski jedności.
 Kiedy będą horoskopy??! Bo póki co, tak słodko, że mdli
 Mirosław Kopera, Dębica
Najciekawsze Uwagi do Redakcji nadsy! ane w ramach Miniankiety czR
1
Stacja kosmiczna MIR, wysyłamy wam EdW, uruchomicie ją na Poczta była COOL szczególnie dlatego, że wylosowałem nagrodę
nowo. Z EdW można zrobić wszystko  A
ukasz Podgórnik, Dąbrowa Tarnowska
 Wojciech Paz
dzior, Lublin Oby wasz rozwój następował tak szybko, jak wzrost częstotliwości
EdW albo... JAKIE ALBO!!!  tylko EdW - Marcin Gołosz, Tychy taktowania procesorów  Krzysztof Nowak, Preczów
To skandal! Jesteście zboczeni!!!  ale zawodowo. Witajcie w klubie Wyrazy współczucia w związku z listami o pomoc w przygotowa-
 Marcin Biernat, Strachówka niu prac dyplomowych  Paweł Cabała, Gronowo Elbląskie
Każdy numer EdW poraża napięciem profesjonalizmu Co tu dużo ściemniać  dzięki za folię świecącą! Ale mnie oświe-
 Radosław Szycko z Goleniowa ciło...  a to dlatego, że EdW jest tak błyskotliwa!
Może niedługo zapanuję nad mym domem waszym wspaniałym  Marcin Biernat, Strachówka
Bascomem Nie martwcie się, i tak jesteście najlepsi
 Wojtek Wojciechowski, Nowy Dwór Maz.  Tomasz Drożdżał, Gliwice
Dzięki EdW nareszcie kupiłem odpowiedni model kabla bezprze- Jesteście dobrzy, ale możecie być lepsi
wodowego i naprawiłem swoją baterię na baterie słoneczne  A
ukasz Szymański, Orzechowo
 Bogusław Dzielski, Siemianowice Śl. Projektem BASCOM College rzuciliście mnie na kolana. Aż mi się
Wzbijmy się w przestworza  BASCOM doda nam skrzydeł chce programować  Jarosław Kempa, Doruchów
 Piotr Michalski, Zgierz Jesteście w  dechę , a raczej w płytkę drukowaną na laminacie
Z uwagi na brak uwag, uważam, że jest OK dwustronnym z metalizacją!  Andrzej Herok, Połomia
 Wojciech Ukraiński, A
omża Nie będę się produkował, bo i tak tego nie wydrukujecie
Szkoła albo EdW? Oto jest pytanie  Marcin Grzegorzek, Rybnik  Marcin Mól, Olkusz
Niektórzy wolą kupować EdW w kiosku, spotykając się tym samym Oczień haraszo!!!  Adrian Helwik, Bogatynia
z miłą sprzedawczynią  Sławomir A
oński Ostrzegam! EdW w rękach moich dzieci grozi nowym Noblem!
Elektronika jest cudowna  służy człowiekowi, choć jest martwa  Paweł Namsolleck, Iława
 Mariusz Ciszewski, Polanica Zdrój Macie co chcecie  z EdW nie zginiecie
A tak, to jest QL  Bartosz Tomeczko, Wrocław  Jarosław Kempa, Doruchów
Elektronika dla Wszystkich
93