¿Hasta qué punto las fuentes de alimentación de "onda sinusoidal pura" son un giro comercial?

Question

Recientemente, he observado una tendencia en los fabricantes de fuentes de alimentación que promocionan sus fuentes de alimentación (generador o inversor de batería, etc.) como si tuvieran una salida de onda sinusoidal pura.

También he visto gente que dice que las garantías se invalidan si los dispositivos/las casas rodantes, etc., se conectan a cualquier cosa que no sea una fuente de energía con una salida de onda sinusoidal pura.

Me pregunto qué hacía el mundo antes de que existieran estas fuentes de energía.

¿Hay ciencia detrás de esto? ¿Seguro que un generador de gasolina estándar con un buen regulador automático de tensión (AVR) o un regulador de bobina anticuado será suficiente para estabilizar la salida para hacer funcionar aparatos electrónicos sensibles como televisores LCD u ordenadores?

Answer 1

Históricamente, los inversores (circuitos electrónicos que toman la corriente continua y la convierten en corriente alterna para simular la línea eléctrica) eran bastante horribles en las formas de onda que producían.

Los primeros inversores producían poco más que ondas cuadradas. Esto significa que incluían una potencia significativa en frecuencias para las que los dispositivos no estaban diseñados. La mayoría de los aparatos destinados a conectarse a la red eléctrica dan por sentada la forma sinusoidal de la tensión. Algunos cuentan con que los picos del seno son una tensión determinada, mientras que otros cuentan con el valor eficaz. Para una onda sinusoidal, los picos están en \$\sqrt{2}\$ veces la RMS, mientras que para una onda cuadrada el pico y la RMS son iguales. Esto supone un problema a la hora de decidir qué onda cuadrada de tensión producir. Si se iguala la línea de alimentación en RMS, las bombillas, las tostadoras y otros dispositivos "tontos" funcionarán en gran medida. Sin embargo, los dispositivos electrónicos que rectifican la onda completa de la línea verán un voltaje significativamente menor. Si aumentas el voltaje de onda cuadrada, entonces podrías sobrecargar y dañar los dispositivos que utilizan el RMS.

Los armónicos adicionales de la onda cuadrada también pueden causar problemas por sí mismos. Los transformadores diseñados para la frecuencia de la línea eléctrica, como los 60 Hz, pueden no manejar bien las frecuencias más altas. O estas frecuencias pueden provocar una corriente extra y un calentamiento sin que se aprovechen para obtener más potencia. Las transiciones bruscas también pueden sobrecargar la electrónica que espera una pendiente máxima de la tensión de alimentación. Por ejemplo, un simple condensador a través de la línea de CA conduciría en teoría una corriente infinita si la tensión cambiara infinitamente rápido.

El siguiente paso en los inversores fue el "seno modificado", que tenía un "escalón" de tierra adicional en la onda cuadrada. El objetivo es reducir la potencia de los armónicos con respecto a una onda cuadrada completa. Sin embargo, muchos de los problemas de las ondas cuadradas seguían estando presentes, aunque en general se reducían.

La electrónica moderna, que puede conmutar eficazmente a muchas veces la frecuencia de la línea eléctrica, puede producir una tensión de salida bastante cercana a un seno, lo que significa que tiene poco contenido armónico. Esto elimina los problemas de las salidas de onda cuadrada y sinusoidal modificada, ya que la propia línea eléctrica es idealmente sinusoidal. Sigue siendo un poco más caro producir inversores con salidas de onda sinusoidal, pero el coste adicional ya no es tan grande y se está reduciendo constantemente. Hoy en día, los inversores de salida sinusoidal son habituales.

Tenga en cuenta que los inversores destinados a conducir la línea eléctrica hacia atrás, llamados red de suministro inversores, son todos de salida sinusoidal. Esto se debe a la gran cantidad de regulaciones que cubren lo que se permite hacer con la línea eléctrica, especialmente cuando se alimenta la energía hacia atrás.

Answer 2

Inversores que tienen una salida de "onda sinusoidal modificada" pueden suponer un esfuerzo adicional para algunos dispositivos.

(el diagrama muestra formas de onda de 50Hz, para 60Hz, el ciclo sería de 16 \$ 2\over 3\$ ms en lugar de 20ms.

No creo que esa advertencia se aplique a las fuentes de energía no electrónicas, como los generadores convencionales (no tipo inversor).

La forma de onda azul del diagrama anterior es lo que se denomina (en el lenguaje de marketing) una "onda sinusoidal modificada" (como se indica) y es lo que producen la mayoría de los inversores económicos. Tiene la característica deseable (o incluso esencial) de que el valor RMS y los valores de pico son los mismos que los de una onda sinusoidal, por lo que un dispositivo sensible a los picos, como una fuente de alimentación conmutada para una CFL, ve la misma tensión que si fuera una onda sinusoidal, y un dispositivo sensible al RMS, como una bombilla incandescente o un calentador, ve la misma tensión que si fuera una onda sinusoidal.

El lado negativo es que las cosas que son sensibles a la tasa de cambio de voltaje (condensadores, sin duda, y tal vez otros) ven un dv/dt mucho mayor que con una onda sinusoidal. Eso puede causar un estrés adicional.

En mi experiencia (limitada), es más probable que se manifieste como un requisito para reducir la potencia del inversor (es decir, puede que tenga que utilizar un inversor con una potencia nominal mucho mayor que los requisitos de la carga o se apagará) que para causar un daño real a la carga.

Answer 3

Los generadores de gasolina suelen producir formas de onda sinusoidales bastante buenas, sólo la frecuencia y la amplitud pueden estar fuera de lugar.

Lo que más preocupa son los diseños de SAI de onda cuadrada y sinusoidal. Algunos frontales correctores del factor de potencia más antiguos (e incluso algunos nuevos) no podían seguir estas formas de onda y no funcionaban correctamente. Contienen mucho contenido armónico que puede hacer que fluyan corrientes que no estaban previstas en el diseño original, por lo que puede ser un problema incluso para los diseños sin PFC.

Hoy en día, la mayoría de los fabricantes de calidad realizan pruebas con estos tipos de formas de onda, pero algunos pueden seguir especificando sólo la sinusoidal.

Answer 4

Históricamente y en general, es una mala idea utilizar un grupo electrógeno barato para equipos electrónicos caros. Esto se debe a que los grupos electrógenos baratos tienen una mala regulación de la tensión. Aparte de las chispas, no se trata realmente de la forma de la onda.

Los altos voltajes pueden destruir su costoso equipo electrónico, los bajos voltajes destruirán su refrigerador, y los cambios rápidos de voltaje pueden dar resultados aleatorios en su costoso equipo electrónico.

Pero los equipos electrónicos modernos suelen ser mucho menos sensibles a este problema que los antiguos: si su paquete de enchufes puede admitir una entrada de 70 a 250 V de CA, no le va a molestar que la tensión de alimentación suba de 110 a 135.

La alternativa a utilizar un grupo electrógeno barato es utilizar una fuente de alimentación de CA debidamente regulada. En términos modernos, cualquier fuente de alimentación correctamente regulada tendrá una salida de onda sinusoidal pura, y cualquier fuente de alimentación que no tenga una salida de onda sinusoidal pura será tan antigua, o tan barata y desagradable, que no estará correctamente regulada.

Antiguamente, se partía de la base de que a medio plazo se destruiría el equipo eléctrico o electrónico al colgarlo de un típico generador mal regulado. Además, tus bombillas no durarían mucho. Pero al menos eran baratas de sustituir.

Y, por cierto, esas grandes centrales de carbón o nucleares emiten ondas sinusoidales puras porque están cuidadosamente bobinadas para ello. Si no fueran tan cuidadosas, también obtendrían formas de onda distorsionadas. Las formas de onda distorsionadas no te molestarían, pero las compañías eléctricas perderían subestaciones.

Answer 5

También he oído decir a la gente que cualquier cosa que no sea una "onda sinusoidal pura" causará supuestamente "ruido" o "armónicos no deseados" o "estrés" o "daños" no especificados. Como tú, Soy escéptico sobre los supuestos beneficios de las ondas sinusoidales puras .

Con una sola excepción hasta ahora (el problemas con el "Gotero CR" técnica), todos los aparatos que he visto hasta ahora funcionan igual de bien y en algunos casos mejor con un simple inversor de onda cuadrada que con un inversor de onda sinusoidal pura.

Cuando miro la potencia de la red local con un o'scope, la forma de onda real está bastante lejos de un seno perfecto. Así que estos dispositivos hipotéticos que supuestamente no funcionan con nada que no sea un seno casi perfecto, no funcionan cuando se conectan a cualquier toma de corriente real que haya visto.