Jak otestovat PC zdroj aneb úvodem trocha teorie | Kapitola 3

Na konci 19. století jsou vydávány první knihy o přenosu elektrické energie. Ve vydání
příručky „Electric Transmission of Energy“ z roku 1894 je uvedena známá rovnice pro výkon
jednofázového střídavého proudu, a pojem „faktor výkonu“. Vliv fázového posunu mezi proudem a napětím na snížení užitečného elektrického výkonu byl znám od r. 1888, kdy byl v americkém časopise „The Electrical World“ uveřejněn průběh kmitajícího okamžitého výkonu s kladnými i zápornými
hodnotami. V roce 1891 poprvé používá v Německu Dolivo-Dobrovodský pro část proudu, nepodílející se na výkonu, pojem „bezwattový proud“. Ve stejné době vzniká myšlenka kompenzace fázového posunu napětí a proud pomocí kondenzátoru a od roku 1893 byl za jednotku elektrického výkonu přijat Watt. Později se newattovému výkonu začalo říkat německy Blindleistung, v anglické literatuře se používalo celkového označení Power Factor. Mezinárodní dohody o definicích elektrického výkonu bylo dosaženo v roce 1930 při zasedání IEC v Norsku, kdy za jednotku jalového výkonu byl zvolen VAr (Volt-Ampere-Reactiv). Zatímco u čistě sinusových proudů a napětí nebyly problémy s výpočty výkonů, brzy se ukázalo, že u nesinusových průběhů je situace značně složitější. Na nesinusové proudy narazil Heubach a Steinmetz poprvé v roce1892 při pokusech s elektrickým obloukem a v roce 1905 při měření na dvojpulzním usměrňovači. Steinmetz zjistil, že i při shodném průchodu proudu a napětí nulou je faktor výkonu menší než 1. V této době byl položen základ matematického popisu, který se dodnes používá.

Definice výkonu v soustavě s neharmonickým signálem je nesmírně složitá a vyžaduje vyšší úroveň matematiky a byla by natolik obsáhlá, že by zabrala mnoho stran textu. Proto Vás, které to bude zajímat odkážu na velice zajímavé materiály z technické univerzity v Liberci, který můžete stáhnout zde.

Konec konců bych shrnul, že účiník, který vyplývá z trojúhelníku výkonu je bezrozměrná veličina, která vyjadřuje poměr mezi činným a zdánlivým výkonem - za předpokladu zcela sinusového průběhu. Každý výrobce se snaží, podle nových a stále přísnějších norem, dosáhnout hodnoty účiníku, která se blíží k 1 a to proto, aby se zdroj choval, jako odporová zátěž a zároveň nerušil rozvodnou elektrickou síť >> hodnota deformačního výkonu byla co nejnižší.

PFC (Power factor correction)

Lokální korekce účiníku ve spínaném zdroji se snaží eliminovat rušení a výskyt vyšších harmonických složek, které deformují sinusový průběh v elektrické síti, a tím upravit sinusový průběh, aby se podobal co nejvíce skutečnému sinusu. Tím se snižuje hodnota deformačního výkonu. Tomu odpovídá i menší zdánlivý výkon a vyšší hodnota účiníku. Je daleko jednodušší a levnější, když má každé zařízení ve vaší domácnosti svůj vlastní PFC než, aby velké trafostanice kompenzovali a odrušovali megaWatty energie.

Pasivní PFC

Mnoho z Vás, už určitě slyšelo pojem pasivní PFC. Název pasivní je odvozen z toho, že jsou pro korekci použity pouze pasivní součástky (např. rezistor, kondenzátor, cívka). Za pasivní elektrické součástky se považují takové, které nepotřebují ke své činnosti zdroj elektrického energie - signál, proud jimi pouze prochází. Aktivní jsou ty, které potřebují zdroj energie, např. tranzistory, tyristory apod.

Pasivní PFC se většinou u počítačových zdrojů realizuje pomocí cívky (tlumivky), která je na vstupu zdroje. Tahle tlumivka se snaží omezit špičky, které zdroj odebírá a tím upravuje sinusový průběh - respektive dochází k menší deformaci. Ve dnešní době, už všechny kvalitnější PC zdroje pasivní PFC nemají, protože by nesplňovali stálé a přísnější normy EMC, ale disponují aktivním PFC.

Aktivní PFC

Realizuje se většinou pomocí FET, MOSFET tranzistorů spolu s kondenzátory a jinými součástkami. Jedná se už o komplexnější zapojení, kde je použita aspoň jedna aktivní součástka. Aktivní PFC je účinnější než pasivní a u většiny zdrojů by mělo korigovat účiník nad hodnotu 0,9. Nevýhodou aktivního PFC může být rušení od použitých tranzistorů - ovšem tohle může být ošetřeno odrušovacím kondenzátorem.

Výsledkem provedené kompenzace je finální snížení odebíraného zdánlivého výkonu (omezení deformačního výkonu) a snížení proudu procházejícího napájecím vedením. Účinek kompenzace se projeví vždy jen v napájecí části elektrické sítě, za místem připojení směrem ke spotřebiči se na napájecích poměrech nic nemění. To je v podstatě hlavní význam kompenzace. Napájecí část směrem ke zdroji se proudově "odlehčí" (sníží se hodnota zdánlivého výkonu) a tím se získá možnost dalšího zatížení vedení. Také se zlepší napěťové poměry a sníží se ztráty ve vedení.

Malý závěr k hodnotě účiníku

Závěrem bych podotkl, že pro 99% obyčejných lidí je hodnota účiníku naprosto nepodstatná, protože k opravdovému pochopení problematiky je potřeba ne malých znalostí v oboru elektrotechniky a hlavně vyšší MATEMATIKY. Pro Vás samotné, to nebude mít na nic žádný vliv, protože kvalitu výstupního napětí to nijak neovlivňuje, hodnotu účinnosti to také nijak nesnižuje a vlastně a abych pravdu řekl, jediný kdo z vysoké hodnoty účiníku "těží", jsou dodavatele elektrické energie a provozovatelé  kancelářských komplexů, kde se běžně může provozovat 100 počítačů a více.

Z toho všeho vyplývá, že je úplně jedno, jestli si koupíte zdroj, který bude dosahovat účiníku 0.8 nebo 0.95 - pokud tedy doma nevlastníte deset počítačů, které jsou připojeny na jeden 10A jistič a nebo nejste provozovatelem kanceláří. Platit za elektřinu více nebudete, protože všechny elektroměry počítají spotřebu na základě činného výkonu (tj. výkon, který se reálně proměnuje v teplo nebo mechanickou energii).

Pokud jste pochopili kapitolu o střídavém výkonu a účiníku, tak Vám musí být jasné, že přesné měření hodnoty účiníku je nesmírně složitá věc, právě kvůli výskytu vyšších harmonických složek a hodnoty deformačního výkonu, která se dá měřit např. spektrálními analyzátory. Zároveň je úplně nesmyslné tuhle hodnotu měřit, zvlášť, když je pro nás obyčejné uživatele naprosto nepodstatná a nedůležitá.

Nakonec bych připomenul, že spousta lidí si pod pojmem účiník představí pouhý fázový posuv napětí a proudu. Nikdo nezohledňuje opravdový význam a to je deformace sinusového proudu, která má daleko vyšší význam, než pouhý fázový posuv, který je u počítačových zdrojů naprosto zanedbatelný.