PFC para Fonte Chaveada

[Ivan (eletronic)]

Ola senhores, estou tentando projetar uma fonte chaveada com pic. Mas antes estou querendo fazer filtros e algumas melhorias q fontes comerciais ( fontes automotivas) não tem.

Pesquisando vi que o uso do PFC ( correção de fator de potencia) seria algo bem legal a se implementar, pois com ele consigo utilizar a fonte como se fosse bivolt automatico e tudo mais.

 

Enfim, o material q encontrei na internet não esta sendo o suficiente para que eu de inicio ao projeto do PFC por isso conto com a ajuda dos colegas aqui do forum para iniciar esse projeto..ate porque não sei nem por onde começar.

 

Grato.

Ivan H.

[albert_emule]

Dê uma olhada neste CI:

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/texasinstruments/uc3854.pdf

Você também deve encontrar circuitos prontos na internet com ele, adequado a potência que você precisa.

 

Não pense que um estágio PFC irá aumentar a eficiência da sua fonte pois não vai.

Na verdade irá diminuir um pouco a eficiência, pois o estágio PFC é um conversor e pelas leis da física, a cada conversão de energia há uma perda. O fato é que o estágio PFC também precisa de dissipador, então você já nota aí que está perdendo potência em calor, senão não precisaria de dissipador.

 

Mesmo assim o PFC é importante.

Sua fonte sem PFC vai ter fator de potência de aproximadamente 0,6.

Com estágio PFC, sobe para 0,96. Aqui no brasil é obrigatório fator de potência mínimo de 0,92. Instalações com fator abaixo, quando é empresas é cobrado uma multa.

Fator de potência baixo atrapalhar o fornecimento de energia pois demanda corrente maior nas linhas de transmissão. É o que eles chamam de energia reativa: Uma potência que faz circular corrente nos fios, comprometendo a capacidade destes fios mais sem gerar potência.

 

O estágio PFC é um simulador de resistor. Ele faz com que o consumo da sua fonte fique semelhante a um resistor na rede, fazendo com que a corrente de consumo seja senoidal em fase com a tensão da rede ou próximo a isso.

Se você quer o PFC apenas para funcionar como um seletor automático de tensão, não precisa de PFC para isto.

 

 

No link a seguir tem um tutorial do usuário Faller:

http://forum.clubedohardware.com.br/forums/topic/414474-corre%C3%A7%C3%A3o-do-fator-de-pot%C3%AAncia-pfc-%E2%80%93-uma-vis%C3%A3o-clara/

[faller]

Grande parte dos dispositivos que se alimentam no modo Full Range (ou tensão universal) que aceita alimentação na faixa de 90 a 265 Volts AC nem PFC ativo tem.

Adotar tipo de entrada Full Range não exige que se adote PFC ativo, mas ao se adotar PFC ativo fica tão fácil tornar a fonte Full Range que praticamente todas as fontes com PFC ativo são Full Range..  Exceção se faz às fontes aonde a economia de componentes seja primordial.. A linha CS da Corsair por exemplo, tem PFC ativo mas não é Full Range..

 

O controlador para PFC ativo estabelece, com modulação PWM sobre um comutador, em cima de um indutor, uma fonte do tipo Buck, na entrada, que age como fonte de corrente para alimentar a retificação normal da fonte.. Com fonte de corrente controlada é possível se "desenhar" a forma de onda da corrente e providenciar o "casamento" dessa forma de onda da corrente com a da tensão da rede. Ai a fonte, como carga, passa a ter comportamento resistivo com todas as vantagens desejadas..

 

Existem no mercado uma dezena ou mais de CI's controladores para PFC ativo. Procure literatura com a string "Active PFC controller"

[mroberto98]

Material brasileiro vai ser difícil você achar! Kkkkkk o Brasil ta atrasado nisso ai ainda heheh poucos equipamentos tem isso, sendo que isso ja existe a anos e anos em outros paises, sony e outras marcas...

O pfc em uma fonte chaveada so evita distorçoes na onda e não tendo picos muito altos que prejudica, aquele negocio de que não produz energia ativa, é so para carga inditiva ou capacitiva, uma fonte chaveada não é nem uma das duas, por mais que tem picos de altos em momentos pequenos, o calor provocado nos fios sera a mesmo coisa que se fosse com carga resistiva, ou seja nem mais nem menos desperdicio do que com carga resistiva.

Um retificar vai ter picos de correntes mas a energia armazenada no capacitor é ativa! Ela sera transformada pela fonte e assim vai...

O bom é so pra evitar picos altissimos de corrente que é fatal para o retificador dependendo da potencia da fonte e diminuir a distorção da onda.

[albert_emule]

Sendo ou não energia reativa, o medidores de energia elétrica do grupo denominado B3 (comércio), medem a potência destas fontes chaveadas sem estágio PFC como tendo fator de potência próximo a 0,6.

 

As concessionárias de energia aplicam multas quando o fator de potência do consumo fica abaixo de 0,92:

http://servicos.coelba.com.br/residencial/energia-reativa.

[mroberto98]

Exatamente, o pfc vai evitar distorção na senoide, eliminar picos de corrente e ainda te livrar de multas heheh

[albert_emule]

@faller Mas o Faller que é mais experiente no assunto poderia nos esclarecer quando a retificadores com filtros capacitivos ter ou não ter energia reativa e o porque de sem consideradas como tendo fator de potência próximo a 0,6. 

[faller]

 

As concessionárias de energia aplicam multas quando o fator de potência do consumo fica abaixo de 0,92:

http://servicos.coelba.com.br/residencial/energia-reativa.

 

 

Pois e, sei disso mas acho que se aplica somente pra o consumidor industrial..  Pelo menos na minha fatura tudo esta coerente e, veja, uso lâmpadas eletrônicas em toda a casa e isso dai já deveria mexer no FP, elas tem um FP de 0,5, são uma pragas..  Ou seja, por aqui não vejo multa nem acréscimo por causa der desvio de FP. Nada vem a respeito disso discriminado na fatura..

 

Esse tipo de desvio de fator de potência, com relação ao unitário, nada tem a ver com o desvio causado por cargas reativas (indutivas ou capacitivas) mas sim são relacionadas ao fator de forma, a diferença entre as formas de onda da corrente se comparada a forma de onda da tensão sobre a carga... Essa confusão existe na cabeça de muita gente boa, bem como a de que uma fonte, se agregada de PFC ativo, melhorará sua eficiência, que , como até já foi dito, reduz alguma coisa e não aumenta..

[albert_emule]

Pois e, sei disso mas acho que se aplica somente pra o consumidor industrial..  Pelo menos na minha fatura tudo esta coerente e, veja, uso lâmpadas eletrônicas em toda a casa e isso dai já deveria mexer no FP, elas tem um FP de 0,5, são uma pragas..  Ou seja, por aqui não vejo multa nem acréscimo por causa der desvio de FP. Nada vem a respeito disso discriminado na fatura..

 

Como eu disse, não é cobrado de consumidores domésticos, só de consumidores comerciais e industriais.

 

Eu queria me referir quanto ao PFC em fontes chaveadas:

Já que são na verdade retificadores com filtro a capacitor, por que de serem consideradas com fator de 0,5 como você mesmo disse?

Por que estes retificadores demandam energia reativa para a rede?

 

Bobinas como por exemplo: Motores AC demandam energia reativa para a rede. Eles absorvem potência num determinado ângulo da senoide e devolve no outro ângulo.

 

Capacitores é a mesma coisa. Só muda a ordem da ocorrência.

 

Já as fontes chaveadas sem PFC não devolvem potência para a rede, pois o próprio retificador impede da energia do capacitor retornar.

Elas apenas possuem pico elevados de corrente em um determinado ângulo da senoide.

 

Como explicar o fator de potência baixo nestas fonte sem PFC? Elas realmente demandam energia reativa para a rede? Como isso acontece? 

[faller]

O comportamento resistivo de uma carga providencia para que se tenha sempre a forma de onda da tensão aplicada casada em fase com a corrente demandada.

Numa fonte com retificação por diodos e capacitores para filtro ambas as formas de onda, tensão aplicada a fonte e corrente de entrada, serão bem descasadas, não por desvio de fase mas sim por desvio de forma.

Veja: http://2vz5q.tk

 

Como potência ativa é o produto de tensão x Corrente, no exato mesmo tempo, essa potência ativa, na maior parte do tempo, na retificação convencional é zero, não há transferência de energia a não ser quando o diodo conduz.. Isso é que gera o baixo FP..

[mroberto98]

O fator de potencia em retificador varia, pode ter 0,5... 0,7...

Isso é calculado conforme a relação das formas de onda.

Numa fonte flyback auto oscilante por exemplo se tirar o capacitor de filtro mas so deixar o diodo, da pra ter fator melhor do que o pfc passivo, chegando perto ate do pfc ativo!

[faller]

Numa fonte flyback auto oscilante por exemplo se tirar o capacitor de filtro mas so deixar o diodo, da pra ter fator melhor do que o pfc passivo, chegando perto ate do pfc ativo!

Estás falando do capacitor de filtro da retificação de entrada da fonte, certo?? Antes do(s) chaveador(es)...

Talvez melhore sim mas vai complicar a regulação da tensão de saída o fato de não teres ai na entrada uma componente CC estável e sim uma CC plusante, me parece..  Nunca fiz..

[mroberto98]

Hehe não complica, a fonte vai consumir corrente em toda a senoide, por isso o FP melhora e muito, chega perto do pfc ativo que na verdade é a mesmo coisa, um conversor flyback (BOOST)...

numa auto oscilante por exemplo a corrente sempre sera fixa para qualquer tensão na entrada, so mudaria os tempos de corte e saturação para conseguir a corrente estabelecida no projeto, por ser auto oscilante, tudo fica praticamente automático e simples e mais eficiente, ela propria vai alterar os tempos para que se tenha tal corrente, (um indutor não chega em 1A em 10V no mesmo tempo que ele chegaria em 1A só que com 100V) ela propria se ajusta..

só não vai garantir que a corrente esteja 100% igual a forma da tensão como no pfc ativo, mas pelo menos não vai existir mais o pico de corrente e a corrente existira em todo o percurso da senoide, melhora e muito o FP...

A fonte continuará sendo estabilizada, a diferença e que os cálculos mudam um pouco.

Agora olha isso:

O fator de potência (FP) de um sistema elétrico qualquer, que está operando em corrente alternada (CA), é definido pela razão da potência real ou potência ativa pela potência total ou potência aparente.

Wikipédia.

O fator é mesmo a relação da potência reativa e a ativa e não pelas formas da corrente e tensão.. Pelo menos é o que esta escrito ai!!

E agora? Kkkkk

[albert_emule]

Eu já alimentei dois computadores destes cuja fonte não possui PFC, com um no-break que mostrava potência ativa e aparente de saída. 

Mostrava a potência ativa como tendo 240W aparente como tendo 440Va

 

Eu gostaria de entender como o equipamento determinou a potência a aparente.

O curioso é que eu coloquei carga resistiva e a potência aparente ficou igual a potencia ativa.

[mroberto98]

Simples, so basta determinar a aparente, que é a soma da potrncia ativa e a reativa que retorna. A ativa é simples de determinar, a reativa também, é o mesmo metodo que a ativa so que para a energia que retarna.

[albert_emule]

Simples, so basta determinar a aparente, que é a soma da potrncia ativa e a reativa que retorna. A ativa é simples de determinar, a reativa também, é o mesmo metodo que a ativa so que para a energia que retarna.

Não foi você que disse que fontes chaveadas não possuem energia reativa?

 

O equipamento foi este:

http://www.logmaster.com.br/novo/Downloads/Manual_serie_lmx_v2_1625.pdf

 

Observe na página 10 o seu display. Possui informações de potência ativa e aparente.

Voltando ao assunto do tópico, este é um ótimo material:

http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/24299/000736236.pdf?...1

[mroberto98]

Eu disse o que acontece no circuito! Não escute só o que os outros falam, muito menos no que eu falo, pense você mesmo, um retificador e o capacitor de filtro, a energia retorna????? Heheh

Agora o resto e o que esta no Wikipédia, potencia aparente é a soma da ativa com a reativa, e o fator e a realaçao entre elas.

Eu confio no wikipedia em algumas coisas... Mas nem tudo que ta la aceitei na hora.. Vou pesquisar mais sobre isso..

[albert_emule]

Muitos PCs atuais apresentam uma carga não linear para a fonte CA. Isso é devido à fonte ter um projeto conhecido como "fonte chaveada". Um estudo feito pela revista “PC Magazine”, constatou que um PC típico possui um Fator de Potência de 0,65, isso significa que a potência aparente total (VA) era 50% maior que a potência real (Watts)!

Fonte http://www.apc.com/

[mroberto98]

Isso ja sabemos, mas e como isso é calculado? Hehejeh

[albert_emule]

Eu também quero saber.

[mroberto98]

Eu acho que o fator de potencia é medido através dos valores de de picos x tensão x tempo... Assim da pra medir tanto o fp de carga reativa que retorna energia quanto a fonte chaveada que não retorna mas tem espaços vazios de corrente.....

Eu acho..

[albert_emule]

UM SENSOR ELETRÔNICO PARA MEDIÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

http://www.aedb.br/seget/artigos04/107_SensorFP_AEDB_SEGET_04.pdf

 

1ª Citação:

Fator de potência é definido como a relação entre a potência ativa e a potência aparente 

consumidas por um dispositivo ou equipamento, independentemente das formas que as ondas 

de tensão e corrente apresentem. Os sinais variantes no tempo devem ser periódicos e de 

mesma frequência.

 

2º citação:

O princípio do funcionamento do sistema desenvolvido está na análise do atraso entre os sinais 

de tensão e corrente.

 

Aqui também tem uma boa explicação:

http://en.wikipedia.org/wiki/Power_factor

 

 

Mais materiais para agregar: 

FATOR DE POTÊNCIA E DISTORÇÃO HARMÔNICA DE 

LÂMPADAS FLUORESCENTES COMPACTAS

http://sistemas.ib.unicamp.br/be310/index.php/be310/article/viewFile/153/109

 

RESUMO: Usando medidas realizadas em laboratório com diversas lâmpadas fluorescentes compactas 

disponíveis no mercado, foram obtidos os sinais de corrente e tensão destes equipamentos. Com isso, foi 

possível determinar o fator de potência das lâmpadas usadas no ensaio, além de observar as componentes 

harmônicas que elas geram na linha. A seguir, estes dados foram usados para estimar o quanto se poderia 

economizar de energia caso as lâmpadas usadas tivessem seu fator de potência corrigido. Conclui-se que, 

caso o Brasil adotasse uma legislação que exigisse a correção do fator de potência pelos fabricantes, como 

já ocorre em outros países, poder-se-ia conseguir uma economia da ordem de 1,5% das perdas nas linhas.

 

[mroberto98]

Isso, cargas reativas tem perdas nas linhas e se economizaria isso, mas uma fonte chaveada sem pfc nao tem perdas na linha, não tem retorno, não tem atraso da corrente com a tensão(o consumo sempre é em fase com a polaridade da tensão, mesmo que seja só pequenos pulsos)

todas essas coisas ja sabemos, mas o caso ds fonte chaveada não foi resolvido ainda hehehe

[faller]

Veja se isso dai ajuda no entendimento do desvio do fator de potência na retificação tradicional, Diodo capacitor, na não linearidade da carga e na não necessidade obrigatória de devolução da energia a rede, para se ter desvio do fator de potência unitário:  http://electronics.stackexchange.com/questions/52347/non-linear-load-rectifier-and-power-factor

 

Ou esse dai: https://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electrical_engineering/Generators_and_nonlinear_loads.pdf

 

A geração de harmônicas provocada pelo transferência da energia aos picos de corrente, harmônicas essas que podem ser matematicamente analisadas como uma sucessão de senóides de diferentes frequências e quantidades de energia contidas me parece ser as responsáveis pelo desvio do FP unitário..

 

Não dá para raciocinar ai de um modo simples como se faz com um motor, que sim devolve energia a rede , fora de fase se o FP for diferente de 1..

Lembre-se que a literatura, principalmente Wikipediana muito se baseia nessa devolução de energia ao se referir ao FP por raciocínios em cima das cargas reativas. Nas cargas não lineares o mecanismo, me parece, deve ser entendido pela análise do comportamento das harmônicas geradas..

[albert_emule]

Veja se isso dai ajuda no entendimento do desvio do fator de potência na retificação tradicional, Diodo capacitor, na não linearidade da carga e na não necessidade obrigatória de devolução da energia a rede, para se ter desvio do fator de potência unitário:  http://electronics.stackexchange.com/questions/52347/non-linear-load-rectifier-and-power-factor

 

Ou esse dai: https://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electrical_engineering/Generators_and_nonlinear_loads.pdf

 

A geração de harmônicas provocada pelo transferência da energia aos picos de corrente, harmônicas essas que podem ser matematicamente analisadas como uma sucessão de senóides de diferentes frequências e quantidades de energia contidas me parece ser as responsáveis pelo desvio do FP unitário..

 

Não dá para raciocinar ai de um modo simples como se faz com um motor, que sim devolve energia a rede , fora de fase se o FP for diferente de 1..

Lembre-se que a literatura, principalmente Wikipediana muito se baseia nessa devolução de energia ao se referir ao FP por raciocínios em cima das cargas reativas. Nas cargas não lineares o mecanismo, me parece, deve ser entendido pela análise do comportamento das harmônicas geradas..

 

 

Eu percebi isso.

Na página 3-4 deste documento a seguir cita as diferenças:

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/it744/CAP3.pdf

 

Citação:

"I1 é o valor eficaz da componente fundamental e φ1 é a defasagem entre esta componente da 

corrente e a onda de tensão. 

 Neste caso, a potência ativa de entrada é dada pela média do produto da tensão (senoidal) 

por todas as componentes harmônicas da corrente (não-senoidal). Esta média é nula para todas as 

harmônicas exceto para a fundamental, devendo-se ponderar tal produto pelo cosseno da 

defasagem entre a tensão e a primeira harmônica da corrente. Desta forma, o fator de potência é 

expresso como a relação entre o valor eficaz da componente fundamental da corrente e a corrente 

eficaz de entrada, multiplicada pelo cosseno da defasagem entre a tensão e a primeira harmônica 

da corrente. 

 A relação entre as correntes é chamada de fator de forma e o termo em cosseno é 

chamado de fator de deslocamento".

Segue uns vídeos interessantes para agregar ao tópico:

 

Harmônicas 1 - Introdução às harmônicas

 

Harmônicas 2 - Classificações e efeitos das harmônicas

 

Harmônicas 3 - Definições de tensões e correntes harmônicas

 

Harmônicas 4 - Medição de harmônicas e considerações sobre as harmônicas

 

Harmônicas 5 - Efeitos sobre capacitores

 

Harmônicas 6 - Efeitos sobre motores elétricos

 

Harmônicas 7 - Efeitos sobre quadros de distribuição de iluminação

 

Harmônicas 8 - Efeitos sobre quadros de distribuição de tomadas

 

Harmônicas 9 - Efeitos sobre transformadores

 

Harmônicas 10 - Créditos