Apakah harmonik dalam bekalan kuasa LED/pemandu LED?

Dalam sistem kuasa yang ideal, voltan dan arus harus sempurna, gelombang sinus licin (dikenali sebagai gelombang asas, dengan kekerapan 50Hz atau 60Hz). Walau bagaimanapun, pada hakikatnya, banyak peranti elektrik (seperti bekalan kuasa LED) "mencemarkan" bentuk gelombang sempurna ini, menyebabkan bentuk gelombang semasa menjadi diputarbelitkan dan tidak lagi gelombang sinus yang licin.

Secara matematik, bentuk gelombang yang terdistorsi ini boleh dipecah menjadi gelombang asas 50Hz/60Hz dan satu siri gelombang sinus yang frekuensi adalah gandaan integer frekuensi asas (mis., 100Hz, 150Hz, 200Hz ...). Gelombang sinus frekuensi tinggi ini dipanggil harmonik.

Harmonik ke -2: Kekerapan adalah 2 kali asas (100Hz/120Hz)

Harmonik ke -3: Kekerapan adalah 3 kali asas (150Hz/180Hz)

Harmonik ke -5: Kekerapan adalah 5 kali asas (250Hz/300Hz)

... dan sebagainya.

Penyebab khusus dalam bekalan kuasa LED:

Bekalan kuasa LED moden biasanya menggunakan teknologi bekalan kuasa mod (SMPS) yang beralih. Bahagian utama menukarkan arus berselang (AC) untuk mengarahkan arus (DC) untuk cip LED ialah pembetulan dan litar penapisan.

Pembetulan: Kuasa AC melewati penerus jambatan diod dan menjadi dc berdenyut.

Penapisan kapasitor: Kapasitor elektrolitik yang besar bertanggungjawab untuk "melicinkan" DC berdenyut ini ke DC yang stabil.

Masalahnya terletak di sini: Kapasitor penapis ini hanya menarik arus dari grid untuk masa yang sangat singkat berhampiran puncak voltan AC untuk mengenakannya dengan cepat. Bagi kebanyakan kitaran voltan yang lain, ia tidak menarik arus.

Ini mengakibatkan bekalan kuasa LED melukis semasa bukan sebagai gelombang sinus yang berterusan, tetapi sebagai denyutan tajam, sempit apabila dilihat dari sisi grid. Arus bukan sinusoidal ini mengandungi sejumlah besar komponen harmonik, terutamanya harmonik yang ke-3, ke-5, ke-7, dan lain-lain.

Pemahaman Visual:

Bayangkan bahagian kiri adalah arus sinusoidal yang ideal, dan sebelah kanan adalah bentuk gelombang semasa yang terdistorsi (seperti nadi) yang dihasilkan oleh bekalan kuasa LED. Yang terakhir ini boleh diuraikan ke dalam gelombang asas dan pelbagai harmonik yang ditumpangkan di atasnya.

2. "peranan" harmonik (sebenarnya, kesan negatif)

Dalam bidang elektronik kuasa, harmonik hampir selalu dianggap sebagai fenomena negatif. "Peranan" mereka adalah untuk menyebabkan satu siri masalah dan bahaya.

1. Peningkatan kerugian dan pemanasan dalam garis dan peralatan

Apabila arus harmonik mengalir melalui garis dan transformer, ia menyebabkan pemanasan tambahan disebabkan oleh kesan kulit, yang meningkatkan rintangan. Ini membawa kepada:

Kabel terlalu panas, mempercepatkan penuaan penebat dan bahkan menimbulkan risiko kebakaran.

Transformer yang terlalu panas, yang mesti diperkenalkan, mengurangkan kapasiti beban mereka.

2. menyebabkan arus garis neutral yang berlebihan

Dalam sistem empat wayar tiga fasa, harmonik ke-3 dan gandaannya (ke-3, ke-9, ke-15 ...) dipanggil "harmonik sifar-urutan." Mereka tidak membatalkan satu sama lain dalam garis neutral; Sebaliknya, mereka menambah. Ini boleh menyebabkan arus neutral menjadi lebih besar daripada arus fasa, yang membawa kepada terlalu panas garis neutral, yang sangat berbahaya.

3. Impak Kualiti Grid Kuasa dan Peralatan Lain

Penyimpangan voltan: Arus harmonik membuat voltan harmonik merentasi impedans grid, menyebabkan voltan grid itu sendiri menjadi terdistorsi. Ini memberi kesan kepada operasi biasa peralatan sensitif lain (seperti instrumen ketepatan, peranti komunikasi) yang disambungkan ke grid yang sama.

Pemutus Litar Pengecualian Tripping: Boleh menyebabkan pemutus litar atau gangguan gangguan tanah untuk perjalanan tanpa kesalahan sebenar.

Mengurangkan Faktor Kuasa: Walaupun "faktor kuasa anjakan" tradisional yang rendah dapat diperbetulkan, kehadiran harmonik membawa kepada penurunan faktor kuasa yang benar.

4. Kerosakan kapasitor

Kapasitor yang digunakan untuk pembetulan faktor kuasa dalam sistem elektrik sangat sensitif terhadap harmonik. Harmonik boleh menyebabkan mereka menjadi terlalu banyak dengan arus. Dalam kes -kes yang teruk, ini juga boleh menyebabkan resonans, menyebabkan kapasitor menjadi bonjol, gagal, atau meletup.

3. Bagaimana menangani harmonik? - Pembetulan Faktor Kuasa (PFC)

Untuk menyelesaikan masalah harmonik, bekalan kuasa LED berkualiti tinggi menggabungkan litar yang dipanggil pembetulan faktor kuasa (PFC).

Salah satu matlamat utama litar PFC adalah untuk menguruskan harmonik. Ia mengawal bentuk gelombang semasa untuk menjadikannya rapat dengan bentuk gelombang sinus voltan, dengan itu:

Menukar bentuk gelombang semasa dari denyutan tajam ke gelombang sinus yang licin.

Sangat menekan penjanaan arus harmonik.

Pada masa yang sama meningkatkan faktor kuasa (biasanya ke atas 0.9).

Bergantung pada pelaksanaannya, PFC dibahagikan kepada:

PFC pasif: Kos yang lebih rendah, prestasi purata, biasanya hanya menimbulkan faktor kuasa kepada 0.7-0.8, dengan keupayaan penindasan harmonik terhad.

PFC aktif: Menggunakan IC khusus dan litar pensuisan, sangat berkesan, boleh meningkatkan faktor kuasa ke atas 0.95, dan dengan ketara mengurangkan kandungan harmonik. Ini adalah konfigurasi arus perdana untuk bekalan kuasa LED pertengahan hingga tinggi.

Konsep: Harmonik dalam bekalan kuasa LED adalah gandaan integer frekuensi asas yang dihasilkan kerana ciri-ciri operasi bukan linear (cabutan semasa berdenyut) bekalan kuasa, yang memutarbelitkan bentuk gelombang semasa.

Peranan (Kesan): Harmonik terutamanya negatif, menyebabkan peningkatan kerugian sistem dan pemanasan, memunggah garis neutral, mencemarkan grid kuasa, dan mengganggu peralatan lain.

CounterMeasure: Dengan merancang litar pembetulan faktor kuasa (PFC) (terutamanya PFC aktif) ke dalam bekalan kuasa LED, harmonik dapat ditindas dengan berkesan, mengembalikan bentuk gelombang semasa ke gelombang sinus. Ini membolehkan bekalan kuasa memenuhi piawaian harmonik antarabangsa yang ketat (seperti standard EN 61000-3-2 EU).