使用功率因数计算PCBA可靠性
关键的外卖
什么是功率因数(pf) ?
如何执行功率因数计算电路板。
如何使用功率因数计算来提高加工的可靠性。
测量功率因数
我想你可能会说,我是幸运的,我有机会学习电气工程不仅在理论上,而且在实验室工作,包含了最先进的设备,以及经典的工具。例如,没有短缺数字米;然而,还有各种磁性的测量从伏特斯拉和电流。除了示波器,最有用的是提供信息的米电路利用或供电的能力。
可以说,一个电路的最重要方面,董事会或系统的功率功率因数(pf)。pf提供可用的电力的比率,称为真正的权力,用瓦(W),总或视在功率用伏安(VA)。视在功率是由矢量地添加实权和无功功率,用伏安活性(var)——这是吸收或发出无功功率电路元件。这种关系并提出一个挑战直接测量pf。让我们看看如何使功率因数的计算和利用可靠性优化设计。
电路的功率因数计算吗?
功率因数的定义之前,它是信息定义各种类型的权力电路及其相互关系。所有电力由真正的力量(消散在电阻元素)和无功功率(存储和释放活性元素)。在一起,这两个部分的总功率复数形式,我们称之为“视在功率。“因为视在功率包含电阻和反应性的部分,我们需要把它矢量地,就像我们与阻抗。我们可以想象它的每个部分图形(如下权力三角图所示)。
功率三角形领先和滞后功率因数
如图,我们定义三个电源数量:P =真正的力量;Q =无功功率;S =视在功率。真正的力量是力量,确实工作,并提供从或吸收电阻元素。在后一种情况下,这意味着真正的力量和热量消散。提供的无功功率或吸收元素与电抗和只适用于交流电路。视在功率代表提供的总功率的电路或可转让和是真正的和反应性的和权力,矢量地。
电路的功率因数定义为P / | |,或真正的权力比总功率的大小。如果你还记得欧拉公式从线性代数课,那么你可能记得,视在功率年代可以定义的相位角。简单地说,这个阶段角是角显示在上面的三角形。利用欧拉公式,我们可以定义功率因素如下:
在设计用于功率输出电路,设计目标是最大化PF在电阻负载最小化计算电感和电容对功率因数的贡献。这可以通过多种方式,稍后我们将探索。
多数情况下,系统将采用Q≠0 S≠P,意味着能量存储和释放一些无功功率。组件在一些系统中,例如,一个变压器在电力转换系统,我们宁愿是这样的情况,我们希望电路通过散热不失去任何真正的力量。功率角,矢量地,说明无功功率的大小之间的位移向量和真实和视在功率向量。
最大功率传输
还指的是图,无功功率向量,问l和问c实权向量正交,p .电路或系统的无功功率计算的代数加法+问l和- - - - - -问c并表示如下:
如果问l>问c电路,然后归纳。
如果问l<问c,那么电路电容。
一个有趣的情况发生问l=问c或者如果Q = 0。对于这种情况,S = P,和所有的力量是真实的或有用的工作。这就是所谓的最大功率传输和之间的信号传输电路是最理想的条件。
这个公式表明,如果一个电力系统功率因数低,真正的权力转移到负载可以通过添加一些电抗增加(电容、电感或两者)。这是一种能量转化和交付是补偿和控制谐振开关转换器。具体电路设计提供这个函数调用功率因数校正(PFC)电路,这些可能需要在某些系统取决于位置。
功率因数计算三角函数
如前所述,功率因数通常使用功率角的余弦值计算。然而,我们可以用其他的数量构成明显的定义,真的,或无功功率来计算阶段角θ,因此功率因数cos(θ)。使用基本的三角函数的定义及其逆三角形上面,我们可以利用以下关系。
所有这些方程可以很容易地推导出方程的勾股定理,如下所示的三角形。
年代2= P2+问2- - > S = P2+问2(2)
注意的是,视在功率电压和电流的乘积,收益率以下方程:
S =六(3)
P =维科(θ)(4)
Q = VIsin(θ)(5)
上面的方程,包括派生,可以用来确定功率因数(s)在你的董事会。
功率因数计算例子
考虑电力系统与60 Hz电压V = 5.12 V的输出@ + 16°相位角和当前的输出I = 1.3 @ -32°相位角。这个系统的功率因数是什么?你可以按照下面的步骤:
- 计算电压和电流之间的相位角:+ 16°- -32°= 48°
- 计算出真正的力量:P = (5.12 V)(1.3)因为(48°)= 4.454 W
- 视在功率计算:S = (5.12 V) (1.3) = 6.656
- # 2除以# 3 PF = 0.6691,约67%。
精明的读者应该注意,功率因数等于的余弦值电压和电流之间的相位差。请注意,这仅适用于当电压和电流和频率相同的正弦的行为。更普遍的是,这不是任意波形的情况(例如,真正的开关转换器)。然而,对于谐波交流电源系统中,相位角度给出了另一种计算功率因数:只是看看输出电压和电流之间的相位差为给定的加载组件,然后把cos。
其他系统,你知道权力交付给负载和视在功率,可以使用如下所示的例子中功率因数计算器来确定功率因数。
功率因数计算重要的加工吗?
这个问题的答案是肯定的!为了使用电子设备、产品、系统、电器、或乘坐汽车,pcba必须连接到其他董事会或设备,通常与交付能力的目的。此外,今天的电路板通常包含一个或多个高速电信号信号的完整性,其中包括优化权力交接和减少损失,主要的设计考虑。
是否转移从组件到组件在个人PCBA,连接器之间不同的董事会,或负载设备,力量的水平,因此,功率因数,是很重要的PCB布局设计的因素。功率因数的计算可以被纳入设计过程中,我们将在下面进行讨论。
如何使用功率因数计算更可靠的板设计
的目标最大化PF对电力系统是确保权力交付给一个电阻加载组件,组件不像热量消散。通过这种方式,设计将更有效。事实上,功率因数的测量功率转换效率。不到95%的功率因数是有时被称为电力系统是不可接受的。
优化权力交接和最大化负载的功率因数测量组件应该有你的董事会建立之前,在做设计更改之后会导致增加了PCBA开发时间和成本。为了避免这些,你应该在设计进行模拟和分析。然而,这要求你有工具(如PSpice软件,如下所示),可以为您提供必要的功率流计算的数据。
功率因数决定从仿真结果通过比较输出端口电压和电流测量的电力系统。考虑下面的结果。这里,电流和电压不同步,所以一些无功功率的力量就消失了。这是你的第一个线索,设计一个低功率因数和有活性或电感对输出功率的贡献需要补偿。
利用PSpice仿真优化电路功率因数
如图,PSpice软件可以提供图形和数值结果可用于功率因数计算。此功能集成到节奏的PCB设计方案并提供所有的混合信号仿真和分析功能需要设计你的董事会根据需要可靠地执行一次。
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