Sampai sejauh mana putaran pemasaran pasokan "gelombang sinus murni"?

14

Baru-baru ini, saya telah memperhatikan tren produsen catu daya menggembar-gemborkan PSU mereka (generator atau baterai inverter dll) sebagai memiliki output gelombang sinus murni.

Saya juga melihat orang-orang mengatakan bahwa jaminan akan dibatalkan jika perangkat / rumah motor dll terhubung ke sumber daya lainnya dengan output gelombang sinus murni.

Saya bertanya-tanya apa yang dilakukan dunia sebelum sumber daya seperti itu ada.

Apakah ada ilmu di balik ini? Tentunya generator bensin standar dengan regulator tegangan otomatis (AVR) yang baik atau regulator kumparan kuno akan cukup untuk menstabilkan output untuk menjalankan elektronik sensitif seperti televisi LCD atau komputer?

Luke Puplett
sumber
Karena semua item listrik memiliki lonjakan start up, bukankah ini menunjukkan bahwa peralatan ini mampu menangani lonjakan tegangan, kemungkinan besar dengan regulator built-in yang cocok dengan peralatan tersebut?
1
Ada jawaban yang bagus pada SU dengan osilogram dari beberapa UPS, diskusi terperinci dan contoh-contoh perangkat yang berkinerja buruk ketika terhubung ke UPS yang murah.
Dmitry Grigoryev

Jawaban:

23

Secara historis, inverter (sirkuit elektronik yang mengambil daya DC dan mengubahnya menjadi AC untuk mensimulasikan kabel listrik) cukup mengerikan dalam bentuk gelombang yang mereka hasilkan.

Inverter awal menghasilkan sedikit lebih baik daripada gelombang persegi. Ini berarti mereka menyertakan daya signifikan pada frekuensi yang tidak dirancang untuk ditangani oleh perangkat. Sebagian besar perangkat yang dimaksudkan untuk menyambungkan daya dinding mengambil bentuk sinus dari tegangan begitu saja. Beberapa mungkin mengandalkan puncak sinus menjadi tegangan tertentu, sementara yang lain mengandalkan RMS. Untuk gelombang sinus, puncak berada di 2 kali RMS, sedangkan untuk gelombang persegi, puncak dan RMS adalah sama. Ini menyajikan masalah dalam memutuskan apa gelombang tegangan persegi untuk menghasilkan. Jika Anda cocok dengan saluran listrik di RMS, maka bola lampu, pemanggang roti, dan perangkat "bodoh" lainnya sebagian besar akan berfungsi. Namun, perangkat elektronik yang gelombang penuh meluruskan saluran akan melihat tegangan yang jauh lebih rendah. Jika Anda menaikkan tegangan gelombang persegi, maka Anda mungkin overdrive dan merusak perangkat yang menggunakan RMS.

Harmoni ekstra dalam gelombang persegi juga dapat menyebabkan masalah sendiri. Transformer yang dirancang untuk frekuensi saluran listrik, seperti 60 Hz, mungkin tidak cocok dengan frekuensi yang lebih tinggi. Atau frekuensi ini dapat menyebabkan arus dan pemanasan ekstra tanpa dimanfaatkan untuk daya yang lebih besar. Transisi yang tajam juga dapat membebani elektronik yang mengharapkan kemiringan maksimum dari tegangan daya. Sebagai contoh, hanya sebuah kapasitor sederhana yang melintasi garis AC secara teori akan melakukan arus tak terbatas jika tegangan berubah sangat cepat.

Langkah selanjutnya dalam inverter adalah "modifikasi sinus", yang memiliki "langkah" tanah ekstra dalam gelombang persegi. Intinya di sini adalah bahwa ini mengurangi daya dalam harmonisa relatif terhadap gelombang persegi penuh. Namun, banyak masalah dengan gelombang persegi masih ada, meskipun umumnya berkurang.

Elektronik modern yang secara efisien dapat berganti frekuensi frekuensi saluran listrik dapat menghasilkan tegangan keluaran yang cukup dekat dengan sinus, artinya memiliki sedikit konten harmonik. Ini menghilangkan masalah dengan gelombang persegi dan output sinus yang dimodifikasi, karena saluran listrik itu sendiri idealnya adalah sinus. Masih sedikit lebih mahal untuk menghasilkan inverter dengan output gelombang sinus, tetapi biaya tambahan tidak lagi banyak dan semakin rendah terus. Hari ini, inverter output gelombang sinus adalah umum.

Perhatikan bahwa inverter yang dimaksudkan untuk menggerakkan kabel listrik ke belakang, yang disebut inverter grid-tie , semuanya merupakan output gelombang sinus. Hal ini disebabkan banyak peraturan yang mengatur apa yang diperbolehkan untuk dilakukan dengan saluran listrik, terutama ketika Anda memasukkan daya ke belakang.

Olin Lathrop
sumber
Perhatikan bahwa konten harmonik inverter yang beralih lebih cepat tidak selalu lebih kecil dari offset, melainkan bergeser ke frekuensi yang lebih tinggi sesuai dengan indeks modulasi. Filter analog tipikal Anda sangat baik dalam melemahkan frekuensi ini, tidak begitu baik pada karakteristik frekuensi rendah inverter PWM gelombang sinus persegi dan lambat.
RYS
11

Inverter yang memiliki output "gelombang sinus yang dimodifikasi" dapat memberikan tekanan tambahan pada beberapa perangkat.

masukkan deskripsi gambar di sini

23

Saya tidak berpikir bahwa peringatan dimaksudkan untuk diterapkan pada sumber daya non-elektronik seperti generator konvensional (tipe non-inverter).

Bentuk gelombang biru pada diagram di atas adalah apa yang disebut (dalam bahasa pemasaran) "gelombang sinus yang dimodifikasi" (sebagaimana ditandai) dan merupakan apa yang dihasilkan oleh inverter paling murah. Ini memiliki karakteristik yang diinginkan (atau bahkan penting) bahwa nilai RMS dan nilai puncak adalah sama dengan gelombang sinus, sehingga perangkat yang peka terhadap puncak seperti catu daya switching untuk CFL melihat tegangan yang sama seolah-olah itu adalah sinus gelombang, dan perangkat sensitif RMS seperti bola lampu pijar atau pemanas melihat tegangan yang sama seolah-olah itu adalah gelombang sinus.

Sisi buruknya adalah bahwa hal-hal yang sensitif terhadap laju perubahan tegangan (kapasitor, pasti, dan mungkin orang lain) melihat dv / dt yang jauh lebih tinggi daripada dengan gelombang sinus. Itu bisa menyebabkan stres tambahan.

Dalam pengalaman saya (terbatas), itu lebih cenderung untuk memanifestasikan dirinya sebagai persyaratan untuk menurunkan inverter (iow Anda mungkin harus menggunakan inverter dinilai lebih banyak watt daripada persyaratan beban atau itu akan ditutup) daripada menyebabkan kerusakan aktual pada muatan.

Spehro Pefhany
sumber
1
Apakah maksud Anda "gelombang persegi yang dimodifikasi" dalam kalimat pertama Anda (untuk mencocokkan angka)?
The Photon
1
Hei, Photon, saya tidak mengarang pembicaraan pemasaran.
Spehro Pefhany
OK, lalu apa perbedaan antara "gelombang sinus termodifikasi" yang Anda bicarakan dalam teks, dan "gelombang kuadrat termodifikasi" yang ditunjukkan pada gambar? Bisakah Anda menambahkan gambar yang menunjukkan apa yang dimaksud dengan "gelombang sinus yang dimodifikasi"?
The Photon
1
"Pemasaran berbicara" menyebut gelombang tiga langkah (biru pada gambar Spehro) "gelombang sinus yang dimodifikasi", tetapi lebih mirip gelombang persegi yang dimodifikasi bagi saya.
Peter Bennett
Apa yang dikatakan @PeterBennett. Saya akan mengedit untuk membuatnya jelas.
Spehro Pefhany
4

Generator bensin biasanya menghasilkan bentuk gelombang sinus yang cukup bagus, hanya frekuensi dan amplitudo yang bisa dimatikan.

Yang lebih memprihatinkan adalah desain UPS gelombang persegi dan sinus bertahap. Beberapa ujung depan korektor faktor daya yang lebih lama (dan bahkan yang baru) tidak dapat melacak bentuk gelombang ini dan tidak akan beroperasi dengan benar. Mereka mengandung banyak konten harmonik yang dapat menyebabkan arus mengalir yang tidak dirancang dalam desain asli, sehingga dapat menjadi masalah bahkan untuk desain non-PFC.

Sebagian besar pabrikan berkualitas saat ini menguji dengan jenis gelombang ini, tetapi beberapa mungkin masih menentukan hanya sinus.

John D
sumber
2
Gelombang sinus yang layak dari generator gas berasal dari fakta bahwa ia sebenarnya memutar kumparan jangkar di medan magnet pada frekuensi (ish) yang sesuai, tidak seperti generator pemintalan di pembangkit listrik tenaga batubara, minyak, air atau nuklir di jalan, kan?
Craig
Bisakah Anda memberikan rincian lebih lanjut - mungkin tautan - ke PFC ini yang diduga tidak dapat menangani bentuk gelombang persegi atau langkah?
davidcary
@Craig Itu poin yang bagus, mekanisme analog mengarah ke gelombang sinus 'alami'. Pertanyaan tumpukan ini muncul karena seorang teman diberitahu untuk membeli generator inverter gelombang sinus murni yang sangat mahal karena gas / bensinnya akan merusak peralatan listrik (yang mengkonversi langsung ke DC bagaimanapun).
Luke Puplett
@davidcary Karena PFC adalah konverter boost, boost choke sering dilewati oleh dioda (dalam arah lonjakan) sehingga induktor tidak jenuh. Bergantung pada bagaimana mereka melakukan manajemen inrush, ini dapat menyebabkan kelebihan pada beberapa perangkat UPS: apc.com/site/support/index.cfm/faq/index.cfm Kondisi ini lebih disebabkan oleh transfer ke sinus yang dimodifikasi daripada selalu pada UPS. PFC juga mencoba melacak tegangan input dan memaksa arus input agar sesuai dan berada dalam fase dengan tegangan. Dengan gelombang sinus frekuensi rendah itu relatif mudah. Untuk tepi yang tajam bukan.
John D
PFC loop sangat lambat sehingga sebagian besar hanya akan rata-rata bentuk gelombang tegangan input untuk sesuatu quasi-sinusoidal, tapi saya telah melihat setidaknya satu instate dari loop kontrol tidak menangani sinus stepped dengan baik dan menyebabkan ketidakstabilan.
John D
1

Lihat gambar terlampir meter WattsUP Pro ES saya ketika terhubung ke output unit APC BackUPS Pro 650 lama selama sekitar 30 detik.

WattsUp Pro Es terbakar dengan menghubungkannya ke UPS dengan output gelombang sinus bertingkat

Saya telah mengganti baterai dan mencoba mencari tahu apakah runtime baterai yang dilaporkan oleh perangkat lunak konsisten dengan apa yang akan saya dapatkan. Bebannya sekitar 20-25 Watt. Meteran itu membaca 179 Volt RMS (tegangan nominal adalah 230V di sini) dan saya bertanya-tanya mengapa. Kemudian asap keluar dan saya segera mencabut semuanya.

Meteran masih berfungsi dan resistor SMD 10 Ohm masih membaca 10 Ohm tetapi plastik pada empat resistor telah meleleh, bersama dengan beberapa lubang tertutup (mungkin ini dimasukkan karena bagian melalui lubang digunakan dalam satu revisi produk).

Saya telah membuat dua kesalahan dan belajar dua hal dalam proses:

  1. Saya salah ingat model APC dengan "Pro" dalam nama adalah unit dengan output gelombang sinus sejati. Rupanya bukan itu masalahnya (dan saya memverifikasi ini dengan mencari manual setelahnya).
  2. Meteran bukan RMS yang benar. Baca catatan ini oleh APC tentang perincian. Jika saya telah membaca ini sebelumnya, saya mungkin akan memutuskan meter ketika saya melihat pembacaan 179V RMS. Ini bukan karena saya akan mengharapkan krisis tetapi karena saya akan mengerti bahwa meteran tidak akan dengan benar mengukur tegangan dan arus (yaitu akan sia-sia untuk apa yang saya coba lakukan).

Saya menulis jawaban ini sebagai tanggapan atas komentar yang menanyakan contoh "kegagalan katastropik". BTW, unit ini masih mendukung switch Ethernet, pemutar media dan denda TV LED 32 inci.

alokoko
sumber
0

Secara historis dan umum, itu adalah ide yang buruk untuk menggunakan genset murah untuk peralatan elektronik yang mahal. Ini karena genset murah memiliki regulasi voltase yang buruk. Selain percikan, itu tidak benar-benar tentang bentuk gelombang.

Tegangan tinggi dapat menghancurkan peralatan elektronik Anda yang mahal, tegangan rendah akan menghancurkan kulkas Anda, dan perubahan tegangan yang cepat dapat memberi Anda hasil acak pada peralatan elektronik Anda yang mahal.

Tetapi peralatan elektronik modern seringkali jauh kurang sensitif terhadap masalah ini daripada peralatan elektronik lama: jika paket colokan Anda dapat mengambil input AC 70 hingga 250V, itu tidak akan terganggu oleh tegangan suplai yang naik dari 110 menjadi 135.

Alternatif untuk menggunakan genset murah adalah dengan menggunakan catu daya AC yang diatur dengan benar. Dalam istilah modern, setiap PSU yang diatur dengan benar akan memiliki output gelombang sinus murni, dan PSU yang tidak memiliki output gelombang sinus murni akan sangat kuno, atau sangat murah dan jahat, sehingga tidak akan diatur dengan benar.

Di masa lalu, Anda mulai dengan harapan bahwa dalam jangka menengah Anda akan menghancurkan peralatan listrik atau elektronik Anda dengan menggantungnya dari generator yang biasanya tidak diatur dengan baik. Juga, bola lampu Anda tidak akan bertahan lama. Tapi setidaknya mereka murah untuk diganti.

Dan omong-omong, pembangkit listrik tenaga batu bara atau nuklir besar itu menghasilkan gelombang sinus murni karena mereka sangat berhati-hati untuk melakukan itu. Jika mereka tidak begitu berhati-hati, mereka akan mendapatkan bentuk gelombang yang terdistorsi juga. Bentuk gelombang terdistorsi tidak akan mengganggu Anda, tetapi perusahaan catu daya akan kehilangan gardu.

David
sumber
-2

Saya juga telah mendengar orang mengatakan bahwa selain dari "gelombang sinus murni" diduga akan menyebabkan "kebisingan" atau "harmonik yang tidak diinginkan" atau "stres" atau "kerusakan" yang tidak ditentukan. Seperti Anda, saya skeptis dengan dugaan manfaat gelombang sinus murni .

Dengan hanya satu pengecualian sejauh (yang masalah dengan para "CR dropper" teknik), setiap perangkat saya telah melihat begitu jauh akan berjalan sama dengan baik dan dalam beberapa kasus lebih baik dengan inverter gelombang persegi sederhana dibandingkan dengan gelombang inverter sinus murni .

Ketika saya melihat kekuatan listrik lokal dengan o'scope, bentuk gelombang sebenarnya cukup jauh dari sinus sempurna. Jadi perangkat hipotetis yang diduga tidak akan bekerja selain sinus sempurna ini tidak akan berfungsi ketika dicolokkan ke stopkontak nyata yang pernah saya lihat.

davidcary
sumber
4
Masalah dengan gelombang persegi tidak semuanya bersifat teoritis. Pertimbangkan motor pemintalan yang sinkron. Dari semua konten frekuensi yang Anda kendarai, hanya yang fundamental yang akan membuat motor berputar. Harmonik masih menyebabkan arus, dan karena itu panas karena resistansi kumparan, tetapi tidak melakukan apa pun untuk menggerakkan motor. Hanya 81% dari kekuatan gelombang persegi dalam fundamental. Untuk membuat gelombang persegi memutar motor dengan torsi yang sama, Anda harus memasukkan 23% lebih banyak daya, dengan semua itu akan panas. Itu bisa sangat signifikan.
Olin Lathrop
The tl; dr adalah bahwa peralatan digital yang sensitif, peralatan digital yang lama, atau analog apa pun akan mengalami apa pun yang bervariasi dari penurunan kecil dalam efisiensi hingga kegagalan katastropik dari gelombang yang bentuknya buruk - meskipun biasanya itu yang pertama; kerusakan yang sebenarnya tidak biasa terjadi pada barang-barang rumah tangga atau komoditas.
user39062
@ OlinLathrop: pemahaman saya adalah bahwa pada frekuensi tinggi, termasuk frekuensi harmonik tinggi, sebagian besar energi yang masuk ke koil seperti koil motor sinkron kemudian dikembalikan ke jaringan listrik AC - tidak semua dihamburkan sebagai panas. Saya setuju bahwa arus harmonik akan membuat motor lebih hangat daripada jika secara hipotesis telah diberi gelombang sinus sempurna. Tidak jelas bagi saya apakah harmonik jelek yang saya lihat pada bentuk gelombang aktual di outlet dinding saya secara signifikan lebih baik atau lebih buruk untuk motor, dll daripada gelombang persegi.
davidcary
@ user39062: Saya akan terpesona untuk mencari tahu lebih detail dari "peralatan" yang tidak jelas ini yang diduga mengalami "penurunan efisiensi" atau "kegagalan bencana". Karena saya mendesain perangkat elektronik, saya ingin mengetahui detail bagaimana kesalahan bisa terjadi, jadi saya dapat menghindari pengulangan biasa dari kegagalan tersebut dan sebaliknya mengalami jenis kegagalan baru dan lebih menarik :-). Tolong beri tahu kami (mungkin dalam jawaban terpisah untuk pertanyaan awal) setiap detail yang Anda miliki.
davidcary
Harmonik ke motor sinkron menyebabkan lebih sedikit arus pada frekuensi yang lebih tinggi karena induktansi, tetapi setiap arus yang disebabkan oleh harmonisa dikalikan dengan resistansi DC pada kumparan yang merupakan daya yang terbuang. Peralatan yang dimulai dengan jembatan gelombang penuh akan melihat tegangan yang jauh lebih kecil dari gelombang persegi karena gelombang persegi biasanya disesuaikan dengan RMS yang sama dengan sinus untuk menjaga agar tidak meniup bola lampu dan sejenisnya.
Olin Lathrop