Até que ponto as fontes de alimentação de "onda senoidal pura" geram rotação de marketing?

Recentemente, notei uma tendência nos fabricantes de fontes de energia divulgando suas PSUs (gerador ou inversor de bateria etc.) como tendo uma saída pura de onda senoidal.

Também vi pessoas dizendo que as garantias serão invalidadas se os dispositivos / casas motorizadas etc. estiverem conectados a qualquer outra coisa que não seja uma fonte de energia com uma saída pura de onda senoidal.

Eu me pergunto o que o mundo fez antes que essas fontes de energia existissem.

Existe ciência por trás disso? Certamente, um gerador de gasolina padrão com um bom regulador automático de tensão (AVR) ou um regulador de bobina antiquado será suficiente para estabilizar a saída para operar eletrônicos sensíveis como televisores LCD ou computadores?

Historicamente, os inversores (circuitos eletrônicos que tomam energia CC e a convertem em CA para simular a linha de energia) eram bastante terríveis nas formas de onda que produziam.

Os primeiros inversores produziam pouco melhor que as ondas quadradas. Isso significa que eles incluíram energia significativa em frequências que os dispositivos não foram projetados para suportar. A maioria dos dispositivos que se destinam a conectar à energia da parede tem como garantida a forma senoidal da tensão. Alguns podem contar com os picos do seno sendo uma voltagem específica, enquanto outros contam com o RMS. Para uma onda senoidal, os picos estão em vezes o RMS, enquanto que para uma onda quadrada o pico e o RMS são os mesmos. Isso representa um problema para decidir qual onda quadrada de tensão produzir. Se você corresponder à linha de energia no RMS, as lâmpadas, torradeiras e outros dispositivos "burros" funcionarão amplamente. No entanto, os dispositivos eletrônicos que retificam toda a linha da linha terão uma voltagem significativamente menor. Se você aumentar a tensão da onda quadrada, poderá sobrecarregar e danificar os dispositivos que usam o RMS.$\sqrt{2}$

Os harmônicos extras na onda quadrada também podem causar problemas por conta própria. Os transformadores projetados para a frequência da linha de energia, como 60 Hz, podem não lidar bem com as frequências mais altas. Ou essas frequências podem causar corrente extra e aquecimento sem que elas sejam aproveitadas para obter mais energia. As transições nítidas também podem sobrecarregar a eletrônica que espera uma inclinação máxima da tensão de alimentação. Por exemplo, apenas um capacitor simples do outro lado da linha CA conduziria, em teoria, corrente infinita se a tensão mudasse infinitamente rapidamente.

O próximo passo nos inversores foi "seno modificado", que possuía um "passo" extra de terra na onda quadrada. O ponto aqui é que isso reduz a potência dos harmônicos em relação a uma onda quadrada completa. No entanto, muitos dos problemas com ondas quadradas ainda estavam presentes, embora geralmente reduzidos.

A eletrônica moderna que pode alternar com eficiência muitas vezes a frequência da linha de energia pode produzir uma tensão de saída bastante próxima de um seno, o que significa que possui pouco conteúdo harmônico. Isso elimina os problemas com saídas de onda quadrada e de seno modificado, uma vez que a própria linha de energia é idealmente um seno. Ainda é um pouco mais caro produzir inversores com saídas de onda senoidal, mas o custo extra não é mais tanto e está ficando cada vez menor. Hoje, inversores de saída de onda senoidal são comuns.

Observe que os inversores destinados a conduzir a linha de energia para trás, chamados inversores de ligação à rede , são todos geradores de onda senoidal. Isso ocorre devido a muitas regulamentações que cobrem o que você tem permissão para fazer com a linha de energia, especialmente quando você alimenta a energia para trás.

Inversores com saída de "onda senoidal modificada" podem causar estresse adicional em alguns dispositivos.

$2\over 3$

Não acho que essa advertência se aplique a fontes de energia não eletrônicas, como geradores convencionais (do tipo não inversor).

A forma de onda azul no diagrama acima é o que é chamado (em linguagem de marketing) de "onda senoidal modificada" (conforme marcado) e é o que os inversores mais baratos produzem. Possui as características desejáveis ​​(ou mesmo essenciais) de que o valor RMS e os valores de pico são os mesmos de uma onda senoidal; portanto, um dispositivo sensível a pico como uma fonte de alimentação comutada para uma CFL vê a mesma voltagem como se fosse um seno. onda, e um dispositivo sensível ao RMS, como uma lâmpada incandescente ou um aquecedor, vê a mesma voltagem como se fosse uma onda senoidal.

O lado negativo é que coisas sensíveis à taxa de variação de tensão (capacitores, com certeza, e talvez outras) veem um dv / dt muito mais alto do que com uma onda senoidal. Isso pode causar estresse adicional.

Na minha experiência (limitada), é mais provável que se manifeste como um requisito para reduzir o inversor (agora, talvez você precise usar um inversor classificado com muito mais potência do que os requisitos de carga ou que seria desligado) do que causar danos reais ao inversor. A carga.

Os geradores de gasolina geralmente produzem formas de onda senoidais muito boas, é apenas a frequência e a amplitude que podem ser desativadas.

O que é mais preocupante são os projetos de UPS de onda quadrada e passo senoidal. Alguns front-ends de corretores de fator de potência mais antigos (e até novos) não conseguiam rastrear essas formas de onda e não funcionavam corretamente. Eles contêm muito conteúdo harmônico que pode causar o fluxo de correntes que não foram projetadas no design original, portanto, isso pode ser um problema até para projetos que não sejam PFC.

Atualmente, a maioria dos fabricantes de qualidade testa com esses tipos de formas de onda, mas alguns ainda podem especificar apenas seno.

Veja a imagem em anexo do meu medidor WattsUP Pro ES quando conectado à saída de uma antiga unidade APC BackUPS Pro 650 por aproximadamente 30 segundos.

Eu havia trocado a bateria e estava tentando descobrir se o tempo de execução da bateria relatado pelo software era consistente com o que eu obteria. A carga era de cerca de 20 a 25 watts. O medidor estava lendo 179 Volts RMS (a tensão nominal é de 230V aqui) e eu queria saber o porquê. Então saiu fumaça e eu imediatamente desconectei tudo.

O medidor ainda está funcional e os resistores SMD de 10 Ohm ainda leem 10 Ohms, mas o plástico em quatro resistores derreteu, junto com alguns dos orifícios fechados (provavelmente estes foram incluídos porque as peças do orifício foram usadas em uma revisão do produto).

Cometi dois erros e aprendi duas coisas no processo:

1. Lembrei-me incorretamente de que os modelos da APC com "Pro" no nome eram unidades com saída senoidal verdadeira. Aparentemente, esse não foi o caso (e eu verifiquei isso encontrando o manual posteriormente).
2. O medidor não é verdadeiro RMS. Leia esta nota da APC sobre detalhes. Se eu tivesse lido isso antes, provavelmente desconectaria o medidor quando vi a leitura de 179V RMS. Isso não seria porque eu esperaria um colapso, mas porque eu entenderia que o medidor não estaria medindo corretamente a tensão e a corrente (isto é, seria inútil para o que eu estava tentando fazer).

Eu escrevi esta resposta em resposta a comentários pedindo exemplos de "falha catastrófica". BTW, a unidade ainda alimenta um switch Ethernet, um media player e uma TV LED de 32 polegadas.

Historicamente e geralmente, é uma má idéia usar um grupo gerador barato para equipamentos eletrônicos caros. Isso ocorre porque grupos geradores baratos têm pouca regulação de tensão. Além de fagulhas, isso não era exatamente sobre a forma da forma de onda.

As altas voltagens podem destruir o seu caro equipamento eletrônico, as baixas voltagens destroem a geladeira e as rápidas mudanças de voltagem podem fornecer resultados aleatórios no seu caro equipamento eletrônico.

Porém, os equipamentos eletrônicos modernos costumam ser muito menos sensíveis a esse problema do que os equipamentos eletrônicos antigos: se o seu plugue puder receber entrada de 70 a 250V CA, isso não será incomodado pela tensão de alimentação que vai de 110 para 135.

A alternativa ao uso de um grupo gerador barato é usar uma fonte de alimentação CA adequadamente regulada. Em termos modernos, qualquer PSU adequadamente regulamentada terá saída senoidal pura e qualquer PSU que não tenha saída senoidal pura será tão antiga, ou tão barata e desagradável, que não será regulada adequadamente.

Antigamente, você começava com a expectativa de que, a médio prazo, destruiria seu equipamento elétrico ou eletrônico pendurando-o em um gerador tipicamente mal regulado. Além disso, suas lâmpadas não durariam muito tempo. Mas pelo menos eles eram baratos para substituir.

E, a propósito, essas grandes usinas de carvão ou nucleares produzem ondas senoidais puras porque são cuidadosamente enroladas para fazer isso. Se não fossem tão cuidadosos, também teriam formas de onda distorcidas. As formas de onda distorcidas não o incomodariam, mas as empresas de fornecimento de energia perderiam subestações.

Também ouvi pessoas dizendo que qualquer coisa que não seja uma "onda senoidal pura" supostamente causará "ruído" ou "harmônicos indesejados" ou "estresse" ou "danos" não especificados. Como você, sou cético em relação aos supostos benefícios das ondas senoidais puras .

Com apenas uma exceção até agora (os problemas com a técnica "conta-gotas CR" ), todos os dispositivos que eu vi até agora funcionam tão bem quanto, em alguns casos, melhor com um simples inversor de onda quadrada do que com um inversor puro de onda senoidal .

Quando olho para a rede elétrica local com um O'scope, a forma de onda real está longe de ser um seno perfeito. E, portanto, esses dispositivos hipotéticos que supostamente não funcionarão em nada além de um seno quase perfeito não funcionarão quando conectados a qualquer tomada de parede que eu já vi.