非線形負荷（整流器）と力率

力率は、送電線と負荷の間を循環し、送電線とその中の変圧器を加熱するだけの皮相電力がどれだけあるかを示すことを読みました。彼らは、これは電流が電圧と位相がずれているためであると言います。特に、電圧は正で電流は負の場合、電力は負荷から流れます。

また、ダイオード整流器は、入力電圧が負荷電圧を超えると、ピーク電圧の短い瞬間にのみ導通することがわかります（整流器には出力コンデンサ=負荷電圧があります）。したがって、これらの短いバーストの間にすべての電力が消費されます。人々は何も理解しておらず、問題全体は力率ではありませんが、電力線の変圧器に過負荷をかけるこれらのバースト（磁化損失の危険性があるため、変圧器に大電流を流すことは許可されていません）とある記事を読んだことがあります。しかし、サインのごく一部ですべての電力を消費すると、大きな電流が発生します。明らかに、力率1のリファレンス（抵抗）負荷では、電流は電圧に比例しません。しかし、ここでは負の電力は表示されません。整流器は、正の入力電圧と負の電流を持つことを排除します。すべての電流は正のピーク電圧の下で正です。では、非線形負荷はどうやって皮相電力を生み出すのでしょうか？

言い換えると、ウィキペディアはhttp://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factorと言っています

シンプルなオフラインスイッチモード電源には、大きなエネルギー蓄積コンデンサに接続されたシンプルな全波整流器が組み込まれています。このようなSMPSは、主電源の瞬時電圧がこのコンデンサの両端の電圧を超えると、ACラインから短いパルスで電流を引き出します。ACサイクルの残りの部分で、コンデンサは電源にエネルギーを供給します。

その結果、そのような基本的なスイッチモード電源の入力電流は、高調波成分が高く、力率が比較的低くなります。

高調波成分が低い力率を生み出すと彼らはどのように結論付けますか？皮相電力はどこから来るのですか？

電流には高調波（周波数成分）があることを理解しています。つまり、電圧は単一極性のままで、前後に振動します。これらの電流の高周波振動が皮相電力を生み出しているのかもしれません。ただし、正味の流れは依然として正であり、電流は依然として電圧の極性に対応する一方向にのみ流れ、振動によって反対方向に流れて皮相電力が発生することはありません。

不足しているように見える点は、力率が1未満になるために、電源サイクルの一部の間にデバイスから電力線に電力を戻す必要がないことです。

力率は実際には何であるかを調べる方法はさまざまですが、それらはすべて数学的に同じです。1つの方法は、RMS電圧と電流に対する製品に供給される実際の電力の比率です。電流が正弦である場合（この場合、電源ラインのインピーダンスが非常に低いため、電圧は常に正弦であると考えましょう）、電圧と同相の場合は力率が1であり、90度の場合は0になります。段階。正弦波の場合、力率が1未満になるように、サイクルの一部で電力がラインに逆流する必要があります。

ただし、他の多くの波形が可能です。電圧が正の場合は常に0または正の電流を、電圧が負の場合は0または負の電流を設定できますが、これは正弦波ではありません。全波ブリッジによって引き起こされたスパイクは良い例です。電力が電力線に逆流することはありませんが、力率は1未満です。いくつかの例を実行し、全波ブリッジによって引き出されるRMS電流を計算してください。電力線から引き出される総実電力は、RMS電流と電力線電圧の積よりも小さいことがわかります（ここでも、電力線電圧は常に正弦波であると想定しています）。

これを考えるもう1つの方法は、伝送システムの損失は電流の2乗に比例するということです。全波ブリッジは、大きなマグニチュードの短いスパイクで電流を引き出します。損失の二乗の性質のために、これは、より多くの範囲に引き込まれた同じ平均電流よりも悪いです。あなたはその数学を理解しました。電流の平均二乗を最小化する方法は、電流を電圧と同相の正弦波にすることであることがわかります。それが単一の力の運命を達成する唯一の方法です。

あなたがほのめかしたこれを見るもう一つの方法は、現在のフーリエ展開を考えることです。電力線のサイクルごとに繰り返す電流波形を想定しているため、フーリエ級数になります。このような繰り返し波形は、電力線周波数での一連の正弦波とその正の整数倍の和として表すことができます。たとえば、60 Hzの出力では、波形は60 Hz、120 Hz、180 Hz、240 Hzなどの正弦波の合計です。唯一の問題は、これらの各高調波の振幅と位相シフトが何であるかです。基本波（この例では60 Hzの成分）のみが電力線から正味電力を引き出すことができ、電圧と同相である範囲に限られることは明らかです。すべてのコンポーネントはサインなので、基本波の同相成分を除いて、それぞれがサイクルの一部の間に電力を引き込み、サイクルの別の部分で同じ電力を返します。したがって、電流波形を正弦波成分に分解する場合、サイクルの一部の間に電力を戻す必要があると力率を見る方法は有効です。ただし、すべてのコンポーネントからのネットが常にゼロまたは正になるように、さまざまな時間に電力線に電力を取り込んで戻す一連の正弦波コンポーネントを持つことが可能です。全波ブリッジ電流は、このような波形の一例です。ある時点でのすべてのコンポーネントからのネットがゼロまたは正になるように、さまざまな時間に電力線に電力を取り込んで戻す一連の正弦波コンポーネントを持つことが可能です。全波ブリッジ電流は、このような波形の一例です。ある時点でのすべてのコンポーネントからのネットがゼロまたは正になるように、さまざまな時間に電力線に電力を取り込んで戻す一連の正弦波コンポーネントを持つことが可能です。全波ブリッジ電流は、このような波形の一例です。