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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Netzteil PFC PowerFaktor Blindleisung Scheinleistung


Autor: Profi (Gast)
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das ist eine Abzweigung des Threads
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-7-383971.html


Mooooment mal,
hier besteht dringender Aufklärungsbedarf:

PFC hat nur indirekt mit Blindleistung zu tun.

Von Blindstrom spricht man, wenn ein Strom ins Netz zurückfließt, z.B.
beim Anschluß einer Kapazität oder einer Induktivität.
Das besagt der CosPhi, Phi ist der Winkel, mit welchem sich Strom und
Spannung unterscheiden.
http://de.wikipedia.org/wiki/Wirkleistung
http://de.wikipedia.org/wiki/Blindleistung
http://de.wikipedia.org/wiki/Scheinleistung

Power Factor bezieht sich auf den Oberwellengehalt des Stroms, welcher
durch Nichtsinusförmigkeit entsteht.

Früher dachte ich: in einem Netzteil gehört ein möglichst dicker C nach
dem Gleichrichter rein. Das hat aber massive Nachteile auf den Netztrafo
und auf das Netz: Da die Spannung am C nahezu die Scheitelspannung des
Sinus ist, kann der C nur während des kurzen Augenblicks der
Maximalspannung geladen werden. Dennoch muss in dieser kurzen Zeit
(=Stromflusswinkel) die gesamte Leistung geliefert werden, was einen
hohen Strom zur Folge hat. Da die Verlustleistung der Trafo-Wicklung
quadratisch zum Strom (P=R*I*I) ist, steigen die Verluste mit sinkendem
Stromflußwinkel immens an.

Zwar wirken andere Faktoren (Restluftspalt...) dem etwas entgegen,
haben aber einen schlechteren Trafo-Wirkungsgrad zur Folge.

Übrigens: Sicherungen und Leitungen spüren diesen quadratischen
Zusammenhang ebenfalls, sie fliegen eher bzw. erhitzen sich stark.

z.B. Durchschnitts-Strom: 10A  Stromflusswinkel 36° (=10%)
Impulsstrom 10A * 360° / 36° = 100A
Gesucht: Trafo  Sicherung  Leitung , die dem Impulsstrom standhält

Thermische Belastung: P=R*I*I= R  100A  100A * 36° / 360°
Lösung: man muss alles auf 32A auslegen, trotz 10A Durchschnitt!

Genau das ist es, was die EVU nicht wollen.


Da Schaltnetzteile keinen solchen (50Hz-)Netztrafo haben, fließt ohne
PFC dieser kurzdauernde Ladestrom gnadenlos. Deshalb baut man entweder
Drosseln, um den Stromflußwinkel etwas zu erhöhen und die Stromspitze
etwas abzudämpfen, oder direkt eine PFC-Schaltung ein.
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-105692.html


Dennoch gibt es aktive Kompensationsgeräte, welche PFC und Blindstrom
kompensieren können, indem sie einen Strom erzeugen, der zusammen mit
dem Laststrom einen Netzstrom mit CosPhi=1,0 und PowerFactor=1,0
ergibt.

Aus 3-phasigem Drehstrom kann man mit 12/18/24-Puls-Gleichrichtung auch
ohne Lade-C Gleichspannung mit geringem Ripple und gutem PF (=geringem
Oberwellengehalt) erzeugen:
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-7-366976.html

Autor: johnny.m (Gast)
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@Profi:

> Von Blindstrom spricht man, wenn ein Strom ins Netz zurückfließt...

Ach, und sonst fließt nur ein Strom aus dem Netz und bleibt in meinem
Gerät? Schon mal was von Kirchhoff gehört? Geschlossener Stromkreis und
so...

Blindstrom ist ein Strom, der um 90° phasenverschoben zur Spannung ist,
und zwar bei induktiver Last um +90° und bei kapazitiver Last um -90°.
Wenn mans komplex rechnet ist der Blindanteil (und das gilt nicht nur
für Ströme, sondern auch für Leistungen) der Imaginärteil des
Gesamtstromes bzw. der Gesamt-(Schein-)Leistung.

PFC heißt übrigens Power Factor Correction (Leistungsfaktorkorrektur,
man spricht auch, oft fälschlicherweise, von Leistungsfaktorregelung),
und die sollte man nicht kompensieren. Den Leistungsfaktor an sich kann
man mit einer PFC korrigieren.

Autor: johnny.m (Gast)
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Und weiter:
> Power Factor bezieht sich auf den Oberwellengehalt des Stroms,
> welcher durch Nichtsinusförmigkeit entsteht.

Auch das ist nicht ganz korrekt! Der Leistungsfaktor ist per Definition
das Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung (lambda = P/S), und das
entspricht bei rein sinusförmigen Strömen und Spannungen exakt der
Phasenverschiebung cos(phi) zwischen Spannung und Strom! Nur bei
nicht-sinusförmigen Verläufen gilt dieser einfache Zusammenhang nicht
mehr! Deshalb kann man hier nicht unter dem 'Deckmantel' des
Aufklärungsbedarfs verallgemeinern und Fakten durcheinanderschmeißen.
Der Oberwellengehalt spielt für den Leistungsfaktor allein deshalb eine
Rolle, weil man davon ausgeht, dass höherfrequente Ströme nicht zur
Wirkleistung beitragen. Der Oberwellengehalt an sich ist der sog.
Klirrfaktor. Auch hier bitte nix verwechseln!

Vielleicht hättest Du auch mal darauf verweisen können:
http://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsfaktor

Autor: Profi (Gast)
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Ja, zugegeben habe ich nicht alle Faktoren korrekt widergegeben.
Mir ging es in erster Linie darum, eine wissenzusammentragende
Diskussion zu beginnen und folgende falsche Aussagen zu korrigieren:

"Schaltnetzteile erzeugen in der Tat eine heftige Blindleistung, da
der Elko faktisch über dem Gleichrichter wechselspannungsmässig
angeschlossen ist. Der Punkt hier: die Brummspannung. Wir haben es hier
mit ständigen Lade/Entladevorgängen zu tun, die sich immer stärker auf
das Stromnetz auswirken, je höher die Last ist. Würde man beides,
aufgenommenen Strom und anliegende Spannung auf einem
2-Kanal-Oszilloskop ansehen, so wäre sofort ersichtlich, dass bei einem
primär getaktetem Schaltnetzteil der Strom immer der Spannung voreilt.
Die fette Drossel kompensiert das, in dem der Stromfluss um den
gleichen Betrag verzögert wird."

Das stimmt einfach nicht. Der Kondensator wird doch nicht über das Netz
entladen.
Wenn man das mit einem 2-kanal-Oszi anschaut, sieht man deutlich, dass
nur im Zeitpunkt des Spannungs(betrags)maximums Strom fließt.

Da dieser Strom absolut phasengleich zur Spannung ist, also phi=0,
dachte ich, dass CosPhi = 1,0 sei. Betrachtet man jedoch den Strom als
Summe seines Spektrums, kann man eigentlich keinen Phi angeben.
Entscheidend ist folgender Absatz aus
http://de.wikipedia.org/wiki/Blindleistungskompensation
Blindleistung bei Oberschwingungen

Ich habe von CrestFactor gehört, kann sein, dass ich PF und CF
verwechselt habe.
Muss gleich mal danach recherchieren...

Autor: johnny.m (Gast)
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Crest Factor ist noch was anderes. Es handelt sich dabei um einen
Formfaktor (CF = U_peak / U_rms, also Spitzenwert/Effektivwert, ist bei
einem Sinus 1,414... [Wurzel aus 2]). Im Prinzip waren die Angaben ja
auch nicht 'falsch', sondern unvollständig, verallgemeinernd bzw.
ungenau. Es stimmt schon, dass man bei Schaltnetzteilen eben nicht nur
die Phasenveschiebung zwischen Strom- und Spannungs-Grundschwingung
berücksichtigen darf (sofern dort überhaupt eine vorhanden ist!),
sondern dass die Oberwellen ebenfalls einbeziehen muss. Deshalb meine
Kritik an der Aussage, dass Leistungsfaktor und cos(phi) nichts
miteinander zu tun haben. In Anwendungen, in denen praktisch keine
Oberwellen auftreten (z.B. bei direkt am Netz betriebenen Maschinen)
ist der Leistungsfaktor nämlich gleich dem cos(phi). Jemand, der sich
'Profi' nennt, sollte etwas besser recherchieren, bevor er so etwas
schreibt....

Das was Du oben schreibst ist völlig korrekt. Ich habe mir jetzt die
Postings in dem anderen Thread nicht komplett durchgelesen, deshalb
dürfte mir das, was Du zitierst, entgangen sein. Aber es ist richtig,
dass bei Schaltnetzteilen der 'böse' Glättungs-Kondensator hinter
dem Gleichrichter sitzt (alles andere macht auch keinen Sinn) und
deshalb gar nicht wechselspannungsmäßig beansprucht wird. Deshalb gibts
auch kaum eine Phasenverschiebung (eine geringfügige existiert zwar
durch die gleichspannungsseitige Entladung, die aber gegenüber den
anderen Effekten bei geringer Belastung keine Rolle spielt).

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Nunja, der Strom ist beim SNT nicht sinusförmig sondern impulsförmig
(Stromflusswinkel).
Beim Kondensator direkt am Netz ist der Strom zwar phasenverschoben
(voreilend), aber sinusförmig.

...

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