Powerfactor, harmonischen, vermogen

Op zondag 24 november 2024 21:20:05 schreef InHogereSferen:
[...]
nog steeds een beetje boven mijn pet maar ik ben al blij dat dit nu helder is

Waarom gaat dat boven je pet? Gebruik gemakshalve een condensator als reactieve belasting(situatie voor spoel is gelijkaardig) Als de sinus zijn top bereikt en begint te dalen is de spanning van de opgeladen condensator hoger dan de netspanning. Wat gebeurt er dan? Die condensator begint te ontladen en stuurt zijn energie terug. Dat kan alleen maar door een stroom te laten vloeien uiteraard, wat toch per definitie op een ander moment is. Begint immers bij de top van de sinus.

Ik heb hier bv een voeding
Vero Mono PK120
24V DC 5A
230Vac en 1,1A

24 x 5 = 120W
230 x 1.1 = 253VA
rendement 50%?

Grappig dat je dit zegt. Dit was mij ook al opgevallen bij laptop voedingen. Kon me niet voorstellen dat het remdement zou slecht zou zijn. Dus ik dacht dat deze waardes pieken moesten zijn?

Als de sinus zijn top bereikt en begint te dalen is de spanning van de opgeladen condensator hoger dan de netspanning. Wat gebeurt er dan? Die condensator begint te ontladen en stuurt zijn energie terug

Zo klinkt het inderdaad heel simpel ineens haha.
Ik ging ervan uit dat de condensator alleen ontlaadde richting de belasting, door de dioden die ervoor zitten, maar dat is dus niet zo?

Dus ik dacht dat deze waardes pieken moesten zijn?

Nee dat zijn zeker geen pieken maar gewoon de maximum stroom onder de meest ongunstige omstandigheden van de voeding. En dat kan zijn als die op stand-by staat, op 50% draait of op 100%. Maar meestal hebben dit soort voeding tussen de 70% en 100% load het beste rendement.

Een trafo heeft onbelast de meeste slechte powerfactor en als je hem secundair maximaal belast de beste powerfactor.

Ik heb bv gemeten aan een 2,5VA trafo die onbelast al 2,2VA opnam met een powerfactor van ik dacht 0,2. Mijn meter zal hierin niet heel nauwkeurig geweest zijn maar het geeft je een beetje een idee.
Na de belasting aangesloten te hebben was het totaal schijnbaar vermogen iets van 2,7VA. Maar de powerfactor een heel stuk beter maar de waarder weet ik niet meer.

[Bericht gewijzigd door benleentje op zondag 24 november 2024 21:53:08 (42%)

zijn zeker geen pieken maar gewoon de maximum stroom onder de meest ongunstige omstandigheden van de voeding. En dat kan zijn als die op stand-by staat, op 50% draait of op 100%.

Duidelijk.
Maar het is toch wel aannemelijk dat dit dan op 100% is?
Of hoeft dit niet zo te zijn omdat de powerfactor bij 80% bijvoorbeeld beter kan zijn dan bij 100%?

Dus stel (hypothetisch) een voeding levert 230W.
Bij 80% is de powerfactor 0,5 en bij 100% 1,0.
Dan verbruikt hij bij 100% 1A bij 230V en bij 80% dus 1,6A.
Want: 230W × 0,8 = 184W.
184W ÷ 0,5 = 368VA.
368VA ÷ 230V = 1,6A

Het begrijpen van dit soort dingen begint bij hoe nauwkeurig je het opschrijft. Je berekening heb ik verder niet gecontroleerd.

Hij verbruikt nooit Amperes. Amperes lopen alleen maar, iets anders kunnen ze niet, het zijn heel erg ééndimensionale wezentjes. VA is de effectieve spanning die op het apparaat staat (die blijft hetzelfde) maal de (piek)stroom die er loopt. Misschien mag je VA wel beschrijven als totaalverbruik (werkelijk verbruik + blindverbruik) maar ik noem het liever aansluitvermogen omdat verbruik suggereert dat er iets met die energie gebeurt en dat doet het niet - je aansluiting moet het aankunnen maar je electriciteitssmeter gaat er niet van draaien. Het enige dat er gebeurt is dat er iets meer kabelverliezen zijn, maar voor een consument mag je dat verwaarlozen.

(bijbehorende basis die waarschijnlijk wel duidelijk is:)

Bij een power factor kleiner dan 1, loopt die maximale stroom niet op hetzelfde moment dat de spanning (sinus) maximaal is.

Het verbruik in Watts (W) is in zo'n geval altijd kleiner dan het aansluitvermogen in Voltamperes (VA), met een vermenigvuldigingsfactor die gelijk is aan de powerfactor.

P.S. Ik heb het expres niet over rendement. Dit heeft in principe niets te maken met power factor. Behalve dan dat een laag rendement toevallig vaak samenloopt met een slechte powerfactor door de manier waarop trafo's en schakelende voedingen opgebouwd zijn. Ik ga er gemakshalve van uit dat die altijd hun maximale stroom trekken maar dat bij een belasting van 0 de power factor ook 0 is. In de praktijk is dat meestal een stuk gunstiger. Voor toepassingen waar dat belangrijk is moet je het meten of in de datasheet nazoeken, ik zou er in elk geval niet zomaar een vuistregel voor weten omdat de precieze bouw daar erg veel invloed op heeft.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op zondag 24 november 2024 22:40:33 (22%)

En als ik alle informatie laat bezinken komen er toch weer allerlei vragen in me op.
Dus blindvermogen is het vermogen wat eigenlijk heen en weer wordt gestuurd. Het wordt dus niet opgenomen maar zorgt er wel voor dat het net zwaarder belast wordt, er loopt meer stroom. Dus in die zin nemem de verliezen over het net wel toe?

Helaas kan ik het niet meer vinden, maar ik las ergens ooit een stukje over kilometers lange hoogspanningskabels in de grond van punt A maar B. De capacitieve koppeling tussen deze kabels was over deze afstand zo groot dat het over een niet te verwaarlozen hoeveelheid stroom ging. Best veel eigenijk wat ik me kon herinneren. Dus zelfs als er geen belasting is loopt er een flinke stroom?
Maar hoe moet ik dit zien, dit is pure blindvermogen toch? Maar is dit blindervermogen dan gelijk aan het werkelijk vermogen? Want de kabels dissiperen dit vermogen toch? Dus dan móet er toch wel energie afgenomen worden?

De kabels hebben weerstand. Tussen de aders zit capaciteit.
De wisselstroom loopt door de capaciteit¹ en door de weerstand.
In de weerstand wordt vermogen gedissipeerd; in de capaciteit niet.

--
¹ 'De elektronen niet, de stroom wel'. Die discussie is al gevoerd.

Je leest overal dat de power factor nooit groter dan 1 kan worden. Dat klopt ook wel voor sinusvormige stromen en spanningen waar je alleen rekening hoeft te houden met fase verschuiving. Maar met onregelmatige stromen kan de power factor ook groter dan 1 worden.

Ik heb het even doorgerekend voor een sinusvormige spanning van 230V Waarbij er alleen stroom loopt (0.9A) op de toppen van de sinus. Dus ongeveer wat je krijgt met een brugcel met buffer-elco.

- Blauw : Spanning
- Groen : Stroom
- Rood : Vermogen

Hier geldt:
- RMS Spanning : 230.5 V
- RMS Stroom : 0.638 A
- RMS Vermogen : 187.9 W 132 W
- Schijnbaar vermogen : 147.0 VA
- Power factor : 1.28 0.90

Correctie : Rekenfoutje.

[Bericht gewijzigd door deKees op maandag 25 november 2024 00:48:04 (13%)

@De Kees:
Ik heb zo'n vermoeden dat je met stroom 1A hebt gerekend i.p.v. met 0.9A .
Dan is rms &(1/2)√(1+2/π) A = 0.640A.
Bij 0.9A kom ik op rms 0.576A.

Edit: Zie verderop. ik heb toch ergens met de sinus boven 0.9A gerekend i.p.v. met constant 0.9A

[Bericht gewijzigd door aobp11 op dinsdag 26 november 2024 10:57:03 (23%)

Op maandag 25 november 2024 17:21:45 schreef aobp11:
@De Kees:
Ik heb zo'n vermoeden dat je met stroom 1A hebt gerekend i.p.v. met 0.9A .
Dan is rms (1/2) √(1+2/π) A = 0.640A.
Bij 0.9A kom ik op rms 0.576A.

Op zondag 24 november 2024 23:59:46 schreef deKees:
Correctie : Rekenfoutje.

Oef. Daar komt het universum weer goed mee weg!

Op maandag 25 november 2024 17:21:45 schreef aobp11:
@De Kees:
Ik heb zo'n vermoeden dat je met stroom 1A hebt gerekend i.p.v. met 0.9A .
Dan is rms &(1/2)√(1+2/π) A = 0.640A.
Bij 0.9A kom ik op rms 0.576A.

Nee, ik heb gerekend met stroom is 0.9A zolang de spanning hoger is dan 230V, -0.9A als de spanning lager is dan -230V, en stroom = 0A daar tussenin. Zie grafiek. Dus alleen stroom tijdens de piek van de spanning.

Op maandag 25 november 2024 19:36:01 schreef deKees:
[...]

Nee, ik heb gerekend met stroom is 0.9A zolang de spanning hoger is dan 230V, -0.9A als de spanning lager is dan -230V, en stroom = 0A daar tussenin. Zie grafiek. Dus alleen stroom tijdens de piek van de spanning.

ik heb toch ergens met de sinus boven 0.9A gerekend i.p.v. met constant 0.9A.
Met constant 0.9A wordt rms van stroom 0.9/√2 A = 0.636 A., vrijwel jouw 0.638 A.

De effectieve waarde van de getekende blokvormige stroom (0.9 A / -0.9 A) is 0.636396 A.

[Bericht gewijzigd door Bobosje op dinsdag 26 november 2024 12:41:15 (25%)

Naast het werkelijke vermogen van 132W wordt er ook nog blindvermogen opgenomen en weer teruggegeven van 48W.

Op donderdag 28 november 2024 01:14:59 schreef Bobosje:
Naast het werkelijke vermogen van 132W wordt er ook nog blindvermogen opgenomen en weer teruggegeven van 48W.

Ik vraag me af hoe het vermogen teruggeven wordt naar het net, aangezien de diodes een "one way ticket to the blues" vormen.

Uiteraard is de vormfactor slecht, daaruit volgt een ongustige belasting en een power factor kleiner dan 1, maar een klassieke blindstroom (dus eentje die 90° later teruggezonden wordt) lijkt me onmogelijk.

Het blindvermogen zit in alle hogere harmonische, inderdaad geen klassiek blindvermogen t.g.v. 90° fase verschuiving zoals bij een capacitieve of inductieve last.

Ik doorzie niet hoe je aan dat blindvermogen van 48W komt.

Blindvermogen zit niet in harmonischen. Het zit in faseverschuiving. Dan zijn er momenten in de periode dat stroom en spanning een tegengesteld teken hebben. En dan loopt het vermogen de andere kant op.

Maar betekent dit dus ook dat je bij harmonischen dus niet te maken hebt met schijnbaar vermogen en werkelijk vermogen? Of dat wel?

Op donderdag 28 november 2024 21:39:31 schreef aobp11:
Ik doorzie niet hoe je aan dat blindvermogen van 48W komt.

Transformeer de stroomvorm in een Fourier reeks. De fundamentele sinusstroom is in fase met de spanning en het product van beide levert het werkelijk vermogen van 132W op. De sinus componenten van alle hogere harmonischen bij elkaar (de resulterende stroomvorm is geen sinus) maal de spanning geeft 48W (zowel positief als negatief dus gemiddeld nul over een periode).

maal de spanning geeft 48W

Blindvermogen is toch in VAr? Niet omdat ik het beter wil weten maar ik probeer wat er gezegd word te snappen .

Op vrijdag 29 november 2024 00:02:24 schreef benleentje:
Blindvermogen is toch in VAr? Niet omdat ik het beter wil weten maar ik probeer wat er gezegd word te snappen .

VAr zoals men wil.

Neemt niet weg dat de eenheden gelijk zijn aan elkaar.

Op donderdag 28 november 2024 23:46:03 schreef Bobosje:
[...]

Transformeer de stroomvorm in een Fourier reeks. De fundamentele sinusstroom is in fase met de spanning en het product van beide levert het werkelijk vermogen van 132W op. De sinus componenten van alle hogere harmonischen bij elkaar (de resulterende stroomvorm is geen sinus) maal de spanning geeft 48W (zowel positief als negatief dus gemiddeld nul over een periode).

das een leuke theoretische oefining, maar ik zie daar toch wat problemen in.

De kabel doet nu eenmaal niet aan fourier, het is de som van de stromen die er doorgaat, en dat is nu eenmaal een blokgolf. er loopt 0,9 A of niets. (in het voorbeeld van dekees), en als die 0,9A loopt gaat dat niet op en neer door harmonischen.

Uiteraard wordt de leiding niet optimaal belast, er wordt slechts gedurende een korte tijd energie getransporteerd, wat leidt tot grotere verliezen dan nodig. tevens veroozaken de flanken = stroomsprongen extra verliezen in bvb transformatoren.

Je kan via berekenen van het vermogen in de harmonischen wel een getal bekomen wat je een goede indruk geeft van de kwaliteit van de overdracht en de extra verliezen door dit "blindvermogen", maar verwar het niet met het klassieke blindvermogen veroorzaakt door fazeverschuiving van reactive componenten.

daar zit een Gordiaanse knoop die hogere sferen nog moet ontwarren, en laat ons hopen dat dit wat helpt

Nog maar een keer rekenen dan maar:

Voorbeeld:
- Spanning : Sinusvormig. Piekspanning 1V.
- Stroom : Sinusvormig. Piekstroom 1A, Faseverschil 45 graden.

Dan krijg je dit resultaat.

RMS Spanning : 0.707 V (Blauw)
RMS Stroom : 0.707 A (Groen)
Schijnbaar vermogen : 0.500 W
Werkelijk vermogen : 0.355 W (Rood)
Blind vermogen : 0.145 W
Werkelijk vermogen boven de nul-lijn : 0.379 W (heen)
Werkelijk vermogen onder de nul-lijn : 0.024 W (en weer)

Dus er gaat inderdaad wel een deel van het vermogen heen en weer,
maar dat heeft niks te maken met het blind vermogen.

Ik heb het al eerder gezegd: dat 'blind vermogen' is niks meer dan een rekenfout. Want P=V*A houdt geen rekening met het faseverschil en geeft dus een fout resultaat.