“纯正弦波”电源营销旋转到什么程度?

电器工程 电源 电压调节器
2022-01-05 09:43:31

最近,我注意到电源制造商吹捧他们的 PSU(发电机或电池逆变器等)具有纯正弦波输出的趋势。

我还看到有人说,如果设备/房车等连接到具有纯正弦波输出的电源以外的任何其他设备,则保修将失效。

我想知道在这种能源存在之前世界做了什么。

这背后有科学依据吗?当然,具有良好自动电压调节器 (AVR) 或老式线圈调节器的标准汽油发电机足以稳定输出以运行液晶电视或计算机等敏感电子设备?

4个回答

从历史上看,逆变器(采用直流电并将其转换为交流电以模拟电源线的电子电路)在它们产生的波形中非常糟糕。

早期的逆变器产生的效果比方波好不了多少。这意味着它们在设备无法处理的频率下包含大量功率。大多数旨在插入墙上电源的设备都认为电压的正弦波形是理所当然的。有些人可能会认为正弦波的峰值是特定的电压,而另一些人则认为是 RMS。对于正弦波,峰值是 RMS 的 \$\sqrt{2}\$ 倍,而对于方波,峰值和 RMS 是相同的。这在决定产生什么电压方波时出现了问题。如果您匹配 RMS 中的电源线,那么灯泡、烤面包机和其他“哑”设备将在很大程度上工作。但是,对线路进行全波整流的电子设备的电压会显着降低。如果提高方波电压,

方波中的额外谐波本身也会引起问题。为电力线频率(如 60 Hz)设计的变压器可能无法很好地处理更高的频率。或者,这些频率可能会导致额外的电流和热量,而不会利用它们来获得更多功率。急剧的转变也会使期望电源电压具有最大斜率的电子设备过载。例如,如果电压无限快速变化,理论上只要一个简单的电容器跨过交流线路就可以传导无限电流。

逆变器的下一步是“修正正弦波”,它在方波中有一个额外的接地“阶跃”。这里的要点是,相对于完整的方波,这会降低谐波中的功率。然而,方波的许多问题仍然存在,尽管普遍减少了。

现代电子设备可以在多次电源线频率下有效切换,可以产生非常接近正弦波的输出电压,这意味着它几乎没有谐波含量。这消除了方波和修正正弦输出的问题,因为电源线本身是理想的正弦波。生产具有正弦波输出的逆变器仍然有点贵,但额外成本不再那么高,而且正在稳步降低。今天,正弦波输出逆变器很常见。

请注意,旨在向后驱动电力线的逆变器,称为并网逆变器,都是正弦波输出。这是由于许多法规都涵盖了您可以使用电源线做什么,尤其是当您向后供电时。

具有“修正正弦波”输出的逆变器会给某些设备带来额外的压力。

在此处输入图像描述

(该图显示了 50Hz 的波形,对于 60Hz,周期将是 16\$ 2\over 3\$ms 而不是 20ms。

我不认为该警告适用于非电子电源,例如传统(非逆变器类型)发电机。

上图中的蓝色波形是所谓的(在营销方面)“修正正弦波”(如标记),是最便宜的逆变器产生的。它具有 RMS 值和峰值与正弦波相同的理想(甚至必要)特性,因此像 CFL 的开关电源这样的峰值敏感设备看到的电压就好像它是正弦波一样RMS 敏感设备(如白炽灯泡或加热器)看到的电压与正弦波相同。

不利的一面是,对电压变化率敏感的东西(电容器,当然,也许还有其他)比正弦波看到的 dv/dt 高得多。这可能会导致额外的压力。

根据我的(有限)经验,它更有可能表现为降低逆变器功率的要求(例如,您可能必须使用额定功率比负载要求高得多的逆变器,否则它会关闭)而不是造成实际损坏负载。

汽油发电机通常会产生非常好的正弦波形,只是频率和幅度可以关闭。

更值得关注的是方波和步进正弦 UPS 设计。一些较旧的(甚至一些新的)功率因数校正器前端无法跟踪这些波形并且无法正常运行。它们包含大量谐波成分,会导致原始设计中未设计的电流流动,因此即使是非 PFC 设计也可能成为问题。

当今大多数质量制造商都使用这些类型的波形进行测试,但有些制造商可能仍只指定正弦波。

当连接到旧 APC BackUPS Pro 650 装置的输出约 30 秒时,请参阅我的 WattsUP Pro ES 仪表的附图。

将 WattsUp Pro Es 连接到具有阶梯式正弦波输出的 UPS 会烧毁

我已经更换了电池,并试图弄清楚软件报告的电池运行时间是否与我得到的一致。负载约为 20-25 瓦。仪表读数为 179 伏 RMS(这里的标称电压为 230V),我想知道为什么。然后冒烟了,我立即拔掉了所有东西。

仪表仍然正常工作,10 欧姆 SMD 电阻的读数仍然为 10 欧姆,但其中四个电阻上的塑料已经熔化,还有一些封闭的孔(可能包括这些是因为通孔部件用于产品的一个修订版)。

我犯了两个错误,在这个过程中学到了两件事:

  1. 我错误地记得名称中带有“Pro”的 APC 型号是具有真正正弦波输出的单元。显然情况并非如此(我后来通过查找手册验证了这一点)。
  2. 仪表不是真正的 RMS。阅读APC 的此说明以了解详细信息。如果我早些时候读过这篇文章,当我看到 179V RMS 读数时,我可能会断开仪表。这不是因为我预计会发生熔毁,而是因为我会理解仪表不会正确测量电压和电流(即它对我试图做的事情毫无用处)。

我写这个答案是为了回应要求“灾难性失败”例子的评论。顺便说一句,该装置仍为以太网交换机、媒体播放器和 32 英寸 LED 电视供电。