Ich habe vor kurzem gelesen, dass ab 1.1.2001 (in Europa?) nur noch Geräte zugelassen werden, die einen relativ grossen „power factor“ besitzen (nahe an 1). Das würde für Schaltnetzteile bedeuten, dass man spezielle „power factor correction“-Schaltungen einbauen müsste, damit man diese Anforderung erfüllen kann. Diese Schaltung soll angeblich die „Strom-Peaks“ des Schaltnetzteils irgendwie wieder auf die gesamte Sinusschwingung verteilen.
Dazu habe ich verschiedene Fragen:
Was ist genau der Unterschied zwischen „power factor“ und dem „Kosinus Phi“? Bisher habe ich immer gedacht, dass wäre das gleiche. Wie berechnet man den „power factor“ wenn man eine „nichtlineare“ Last wie ein Schaltnetzteil hat?
In welcher Norm (VDE, IEC) steht etwas dazu?
Wie sieht eine „power factor correction“ Schaltung für ein Schaltnetzteil aus?
es geht dabei in erster Linie um sogenannte Phasenanschnittssteuerungen, wie z. B. Dimmer. Bisher arbeiteten diese Schaltungen so, daß sie den Verbraucher im Verlaufe der sinusförmigen Halbwelle, die eine Länge von
10 Millisekunden hat, zu einem bestimmten Zeitpunkt dazuschalteten, so daß man die von diesem Verbraucher aufgenommene effektive Leistung stufenlos regeln konnte. Z. B. brennt eine Lampe dunkler, wenn sie erst 7 Millisekunden nach Beginn der Halbwelle an die Netzspannung gelegt wird. Verlegt man den Einschaltzeitpunkt nach vorne, so wird die Lampe immer heller. Das hat zur Folge, daß das Netz plötzlich stoßartig während der Sinushalbwelle belastet wird und es dabei zu Einbrüchen der Spannung kommen kann, außerdem wird der Strom sehr oberwellenreich. Das täuscht dem Netz eine „Phasenverschiebung“ zwischen der Spannung und dem Strom zeitlich nach hinten vor.
Die neuen Vorschriften fordern nun, daß die Halbwellen über ihren gesamten zeitlichen Verlauf gleichmäßig belastet werden, das heißt: sie dürfen nicht mehr einfach angeschnitten werden sondern man erzeugt möglichst viele kurze Impulse, die sich gleichmäßig über die gesamte Zeit der Halbwelle verteilen. Die Leistungsregelung erfolgt dann über die Variation der Länge dieser Impulse. Dadurch wird die stoßartige Belastung auf einem kleinen Teil der Sinushalbwelle vermieden. Wenn die Anzahl der Pulse (Frequenz) pro Halbwelle groß genug ist, nähert sich der Verbraucherstrom immer mehr der reinen Sinusform an, bis man bei völligem Auffüllen der Pausen zwischen den einzelnen Pulsen den Faktor 1 erreicht.
Solche Schaltungen können nicht mehr mit Thyristoren und Triacs aufgebaut werden, da sich diese Bauelemente - einmal getriggert - nicht mehr abschalten lassen, solange der Verbraucherstrom fließt. Sie löschen immer erst beim nächsten Nulldurchgang. Pulslängensteuerungen werden mit sogenannten GTOs ("Gate Turn Off", abschaltbare Thyristoren) oder mit modernen Leistungs-MOSFETs realisiert.
Der „Kosinus Phi“ gibt die zeitliche Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Strom in einem Wechselstromkreis an, wobei aber beide Kurven sinusförmig bleiben. Das wird durch nichtohmsche Belastungen hervorgerufen und hat mit der elektronischen Anschnittsteuerung nichts zu tun.
Bei kapazitiver Last (Kondensatoren) eilt der Strom der Spannung voraus, bei induktiver Last (Trafos, Drosseln usw.) eilt der Strom der Spannung nach. Bei rein ohmscher Belastung (Glühlampe, Heizwiderstand usw.) liegen Spannung und Strom in Phase.
im Prinzip hat der Ferdi recht, aber ich sehe die Hauptanwendung für PFC nicht bei Phasenanschnittsteuerungen, sondern bei AC/DC-Netzteilen, insbesondere bei primärgetakteten Schaltnetzteilen:
Der Pufferelko wird nur in der Spannungsspitze mit einer kurzen, starken Stromspitze nachgeladen. Das erzeugt enorme Oberwellen auf dem Netz, und auch die Verluste im Netz (die das EVU tragen muß), wachsen überproportional.
Auch hier sorgt eine vorgeschaltete Elektronik dafür, daß der Elko mit sinusförmigem Strom aus dem Netz nachgeladen wird.
Meines Wissens nach wird PFC nur ab einer bestimmten Leistungsklasse gefordert. Wo genau, weiß ich nicht, ich glaube bei wenigen 100W.
Uwe
Hallo Journey,
es geht dabei in erster Linie um
sogenannte Phasenanschnittssteuerungen,
wie z. B. Dimmer.