В какой степени продвигаются источники питания «чистой синусоидальной» энергии?

Недавно я заметил тенденцию к тому, что производители блоков питания рекламируют свои блоки питания (генератор или инвертор аккумулятора и т. Д.) Как имеющие чистый синусоидальный выход.

Я также видел людей, которые говорили, что гарантии будут аннулированы, если устройства / дома на колесах и т. Д. Подключены к чему-либо другому, кроме источника питания с чистым синусоидальным выходом.

Интересно, что делал мир до появления таких источников энергии?

Есть ли наука за этим? Конечно, стандартного бензинового генератора с хорошим автоматическим регулятором напряжения (AVR) или устаревшим катушечным регулятором будет достаточно, чтобы стабилизировать выход для работы чувствительной электроники, такой как ЖК-телевизоры или компьютеры?

Исторически инверторы (электронные схемы, которые получают энергию постоянного тока и преобразуют ее в переменный ток для имитации линии электропередачи) были довольно ужасными в тех формах волн, которые они создавали.

Ранние инверторы производили немного лучше, чем прямоугольные волны. Это означает, что они включали значительную мощность на частотах, которые устройства не были предназначены для обработки. Большинство устройств, предназначенных для подключения к сети, принимают синусоидальную форму напряжения как должное. Некоторые могут рассчитывать на пики синуса, являющегося определенным напряжением, в то время как другие рассчитывают на RMS. Для синусоиды, пики в раза RMS, тогда как для прямоугольной волны пик и RMS одинаковы. Это создает проблему при определении того, какое напряжение прямоугольной формы создавать. Если вы соответствуете линии электропередачи в RMS, то лампочки, тостеры и другие «тупые» устройства будут в основном работать. Тем не менее, электронные устройства, которые двухполупериодные выпрямить линию увидят значительно более низкое напряжение. Если вы повысите напряжение прямоугольной формы, вы можете перегружать и повредить устройства, использующие RMS.$\sqrt{2}$

Дополнительные гармоники в прямоугольной волне также могут вызвать проблемы самостоятельно. Трансформаторы, рассчитанные на частоту линии электропередачи, например, 60 Гц, могут плохо работать с более высокими частотами. Или эти частоты могут вызвать дополнительный ток и нагрев без использования их для большей мощности. Резкие переходы могут также перегрузить электронику, которая ожидает максимального наклона от напряжения питания. Например, простой конденсатор через линию переменного тока теоретически может проводить бесконечный ток, если напряжение изменяется бесконечно быстро.

Следующим шагом в инверторах был «модифицированный синус», который имел дополнительный наземный «шаг» в прямоугольной волне. Дело в том, что это уменьшает мощность в гармониках относительно полной прямоугольной волны. Тем не менее, многие проблемы с прямоугольными волнами все еще присутствовали, хотя в целом уменьшились.

Современная электроника, которая может многократно эффективно переключать частоту линии электропередачи, может генерировать выходное напряжение, очень близкое к синусоидальному, что означает, что в ней мало гармонического содержания. Это устраняет проблемы с прямоугольной волной и модифицированными синусоидами, поскольку сама линия электропередач в идеале является синусоидальной. Все еще немного дороже производить инверторы с синусоидальными выходами, но дополнительные затраты уже не так велики и неуклонно снижаются. Сегодня синусоидальные выходные преобразователи являются распространенными.

Обратите внимание, что инверторы, предназначенные для привода линии электропередачи назад, называемые инверторами с сеточной связью , являются синусоидальными выходными сигналами. Это связано с множеством правил, касающихся того, что вам разрешено делать с линией электропередачи, особенно когда вы подаете питание назад.

Инверторы с выходом «модифицированной синусоидальной волны» могут создавать дополнительную нагрузку на некоторые устройства.

$2\over 3$

Я не думаю, что предостережение предназначено для применения к неэлектронным источникам энергии, таким как обычные (неинверторные) генераторы.

Синяя форма волны на приведенной выше диаграмме - это то, что называется (в маркетинговой речи) «модифицированной синусоидой» (как отмечено) и является тем, что производят большинство недорогих инверторов. Он обладает желаемыми (или даже существенными) характеристиками того, что среднеквадратичное значение и пиковые значения совпадают с синусоидальной волной, поэтому чувствительное к пику устройство, такое как импульсный источник питания для КЛЛ, видит такое же напряжение, как если бы оно было синусоидальным волна, и RMS-чувствительное устройство, такое как лампа накаливания или нагреватель, видит такое же напряжение, как если бы это была синусоида.

Обратной стороной является то, что вещи, которые чувствительны к скорости изменения напряжения (конденсаторы, наверняка, и, возможно, другие), видят намного более высокое значение dv / dt, чем с синусоидальной волной. Это может вызвать дополнительный стресс.

По моему (ограниченному) опыту, более вероятно, что он проявит себя как требование снизить номинальные характеристики инвертора (то есть, возможно, вам придется использовать инвертор, рассчитанный на гораздо большую мощность, чем требования к нагрузке, или он отключится), чем вызвать фактическое повреждение Загрузка.

Бензиновые генераторы обычно генерируют довольно хорошие синусоидальные сигналы, это может быть только частота и амплитуда, которые могут быть отключены.

Больше всего беспокоит конструкция ИБП с прямоугольными волнами и ступенчатой ​​синусоидой. Некоторые старые (и даже некоторые новые) входные интерфейсы корректора коэффициента мощности не могли отслеживать эти сигналы и не могли работать должным образом. Они содержат много гармонического содержания, которое может вызвать токи, которые не были рассчитаны в оригинальном дизайне, поэтому это может быть проблемой даже для конструкций без PFC.

Большинство качественных производителей сегодня проводят испытания с этими типами сигналов, но некоторые все же могут указывать только синусоиды.

См. Прилагаемое изображение моего измерителя WattsUP Pro ES при подключении к выходу старого устройства APC BackUPS Pro 650 в течение примерно 30 секунд.

Я сменил батарею и пытался выяснить, соответствует ли время автономной работы, о котором сообщает программа, тому, что я получу. Нагрузка составляла около 20-25 Вт. Метр показывал среднеквадратичное значение 179 Вольт (здесь номинальное напряжение 230 В), и мне было интересно, почему. Потом вышел дым, и я сразу все отключил.

Измеритель все еще работает, а резисторы 10 Ом SMD по-прежнему показывают 10 Ом, но пластик на четырех резисторах расплавился вместе с некоторыми из закрытых отверстий (вероятно, они были включены, потому что сквозные отверстия использовались в одна ревизия продукта).

Я сделал две ошибки и узнал две вещи в процессе:

1. Я неправильно помнил, что модели APC с «Pro» в названии были единицами с истинным синусоидальным выходом. Видимо, это было не так (и я убедился в этом, найдя руководство позже).
2. Метр не является истинным среднеквадратичным значением. Прочитайте эту заметку APC относительно деталей. Если бы я прочитал это ранее, я бы, вероятно, отключил счетчик, когда увидел показания RMS 179V. Это было бы не потому, что я ожидал бы распада, а потому, что понял бы, что измеритель не будет правильно измерять напряжение и ток (то есть он будет бесполезен для того, что я пытался сделать).

Я написал этот ответ в ответ на комментарии с просьбой привести примеры «катастрофического отказа». Кстати, устройство все еще питает Ethernet-коммутатор, медиаплеер и 32-дюймовый светодиодный телевизор.

Исторически и вообще, это плохая идея использовать дешевый генератор для дорогого электронного оборудования. Это потому, что дешевые генераторные установки имеют плохое регулирование напряжения. Помимо искрения, это не было действительно о форме волны.

Высокое напряжение может разрушить ваше дорогое электронное оборудование, низкое напряжение разрушит ваш холодильник, а быстрые изменения напряжения могут дать вам случайные результаты на дорогом электронном оборудовании.

Но современное электронное оборудование часто гораздо менее чувствительно к этой проблеме, чем старое электронное оборудование: если ваш штекер может потреблять от 70 до 250 В переменного тока, его не будет беспокоить повышение напряжения питания со 110 до 135.

Альтернативой использованию дешевого генератора является использование правильно отрегулированного источника питания переменного тока. В современных условиях любой правильно отрегулированный БП будет иметь чисто синусоидальный выходной сигнал, а любой БП, не имеющий чистого синусоидального сигнала, будет настолько древним или настолько дешевым и неприятным, что не будет должным образом регулироваться.

В старые времена вы начинали с ожидания, что в среднесрочной перспективе вы уничтожите свое электрическое или электронное оборудование, повесив его на типичный плохо регулируемый генератор. Кроме того, ваши лампочки не будут длиться очень долго. Но по крайней мере они были дешевы, чтобы заменить.

И, между прочим, эти большие угольные или атомные электростанции выдают чистые синусоидальные волны, потому что они тщательно подготовлены для этого. Если бы они не были так осторожны, они бы тоже получали искаженные сигналы. Искаженные формы волны не будут вас беспокоить, но энергоснабжающие компании потеряют подстанции.

Я также слышал, как люди говорили, что что-либо кроме «чистой синусоидальной волны» якобы вызовет «шум», «нежелательные гармоники», «стресс» или неуказанный «ущерб». Как и вы, я скептически отношусь к предполагаемым преимуществам чистых синусоидальных волн .

С одним лишь исключением до сих пор (в проблемы с на «CR капельницы» техники), каждое устройство я видел до сих пор будет работать так же хорошо и в некоторых случаях лучше с помощью простого инвертора меандра , чем с волновым инвертором чистого синуса ,

Когда я смотрю на локальную сеть с помощью оптического прицела, фактическая форма волны довольно далека от идеального синуса. И поэтому эти гипотетические устройства, которые якобы не будут работать ни на чем, кроме почти идеального синуса, не будут работать, когда они подключены к любой реальной розетке, которую я когда-либо видел.