A CA limpa é onipresente, portanto, alguns dispositivos elétricos são projetados com ela como uma premissa inicial.
Dispositivos que se preocupam com a qualidade da energia CA
Um exemplo clássico de um dispositivo que começa com essa suposição é um amplificador de potência de áudio analógico projetado antes ou no início da década de 1970, ou uma peça mais moderna projetada nas mesmas linhas. A regulação linear libera muito calor para ser prático em um dispositivo assim, a tecnologia de regulação de comutação de baixo ruído não estava realmente disponível na época e, portanto, os amplificadores desse tempo foram projetados com energia basicamente não regulamentada, direcionando diretamente os estágios de amplificação. A energia suja aparece como uma parte do sinal de saída, dependendo da quantidade de feedback que o amplificador possui.¹ Essa é uma das duas principais causas de zumbido na linha em amplificadores antigos.²
Outro exemplo de circuito em que a qualidade da energia pode afetar a operação do dispositivo é algo com um motor CA, como uma furadeira elétrica com fio , em que a velocidade do motor é uma função direta da tensão colocada nele. A tensão que não aumenta e diminui suavemente causará variações na velocidade. As etapas na saída de uma onda senoidal modificada estão na região de centenas de Hz; portanto, um no-break senoidal modificado provavelmente causará uma alteração na maneira como o motor funciona e que você pode realmente ouvir.
Embora eu não me preocupe muito com o que a má qualidade da energia faria com uma furadeira elétrica, existem dispositivos acionados por motor que eu não gostaria de usar com um no-break de baixa qualidade, como uma máquina de CPAP .
Quanto à questão de saber se algum equipamento no seu rack SOHO se importa com a qualidade da saída de energia do no-break, isso depende do design da fonte de alimentação de cada componente.
Tipos de fonte de alimentação
Dispositivos com forte filtragem e regulação da fonte de alimentação geralmente não se importam com as não idealidades de uma onda senoidal modificada. O que importa para esse dispositivo é que ele recebe energia RMS suficiente e que a energia está dentro dos limites de tensão de entrada do dispositivo.³
O tipo mais comum de fonte de alimentação usada para dispositivos eletrônicos modernos é a fonte de alimentação comutada . Os comutadores fazem coisas muito mais desagradáveis à energia do que colocar alguns solavancos na onda senoidal de entrada; portanto, eles já precisam ter muita filtragem se o circuito de carga exigir energia limpa.⁴
O outro tipo principal de regulação da fonte de alimentação é o regulador linear , que normalmente suprime o ruído de entrada de baixa frequência e oscila de 80 a 100 dB. Isso significa que um pouco de bumpiness de entrada sairá dos estágios de filtragem e regulação como apenas um pouco de confusão. Eu tentei criar um exemplo de dispositivo que funcionaria mal por causa dessa confusão, mas nada me vem à mente. Quando você pressiona o ruído para baixo, isso se torna irrelevante para a maioria dos circuitos, e é por isso que os reguladores lineares ainda são usados, apesar da ineficiência.
Isso deixa fontes de energia não regulamentadas. Isso é muito parecido com os casos do motor CA acima, exceto que um transformador diminui a tensão CA, que é normalmente retificada e filtrada para produzir tensão CC esburacada. Esse processo de três estágios reduz consideravelmente o ruído do lado da AC; portanto, é possível que existam dispositivos construídos com a suposição de que o ruído resultante e a ondulação na saída de um suprimento desse tipo sejam razoavelmente limpos e ficariam irritados com a hash de centenas de Hz saindo de um no-break seno modificado.
Oscilogramas
Depois que fixer1234 adicionou imagens à sua resposta , pensei, o seno modificado não poderia ser tão ruim assim, certo? Quero dizer, eles vão usar mais de quatro etapas por ciclo, certo? Direito?
Decidi capturar oscilogramas de todos os no-breaks que tenho aqui para a Science! Todos eles são fabricados pela mesma empresa, mas são de diferentes pontos da linha de produtos dessa empresa.
Para referência, é assim que a tensão da linha CA não filtrada se parece no local do teste, com tensão versus tempo à esquerda e um gráfico de espectro da mesma forma de onda à direita:
O grande pico na borda esquerda do gráfico de espectro é o fundamental de 60 Hz . Os grandes picos harmônicos que você vê mostram que meu poder de parede aqui não é super limpo. O maior é o segundo harmônico a 120 Hz no meio do gráfico, 30 dB abaixo do fundamental, seguido pelo terceiro harmônico a 180 Hz na margem direita do gráfico. Depois, há aquele pico misterioso a 85 Hz, para o qual não tenho explicação.
Isso é distorção suficiente para aparecer no oscilograma à esquerda: observe os picos um tanto achatados.
Testei dois no-breaks senoidais verdadeiros diferentes, ambos bastante caros. Sua saída é assim:
Seus olhos não estão enganando você: a saída CA da bateria deste no-break em particular é mais limpa que a energia da minha parede! Este no-break funcionará com qualquer dispositivo eletrônico dentro de seus limites de carga, porque sua saída na bateria é tão próxima da energia da parede ideal quanto não faz diferença prática.
Se um no-break durar o suficiente, o custo da substituição da bateria excederá o custo inicial. Se você estiver comprando no-breaks de qualidade, considere mais o custo de operação do que o preço de compra inicial.⁶
Um no-break de gama média do mesmo fabricante custa cerca de ⅓ de um no-break de verdade com as mesmas especificações. Provavelmente será menor e mais leve também. A pegada? Este:
Embora isso seja muito melhor do que o resultado esperado pelo post de fixer1234, não é bonito. Além de haver muito ruído e distorção de banda larga na saída deste no-break, os dois back-hitches que você vê em cada ciclo podem irritar os circuitos que assumem que a tensão de entrada CA sempre aumenta ou diminui constantemente.
No entanto, uma fonte de alimentação bem filtrada e regulamentada eliminará tudo isso, para que esses dispositivos funcionem a partir desse no-break. Nunca tive problemas com os dispositivos conectados a este no-break. Como é o no-break que mantém os principais componentes da minha rede doméstica, acho que notaria se eles fossem reiniciados a cada interrupção de energia.
Uma das razões pelas quais não estou dando nomes de marcas e modelos aqui é que não é um guia muito bom para a qualidade da saída na bateria. Testei um parente próximo do no-break anterior e obtive um resultado muito diferente:
Esta é basicamente a versão do mundo real da forma de onda idealizada mostrada na resposta do fixer1234. A resposta para minha pergunta acima, então, é "Sim, eles realmente fazem UPSs com qualidade de saída tão ruim".
E sim, isso pode realmente importar na prática. De fato, eu escolhi testar a saída desse UPS em particular para obter esta resposta especificamente porque ela nos causou problemas no passado.
Tínhamos um PC de marca de ponta conectado a este no-break e, a cada pico de energia, o PC - e somente o PC - reiniciava espontaneamente. Todo o resto conectado às tomadas da "bateria" continuaria funcionando. Foi tão estranho que, na verdade, eu escrevi um programa Arduino em um ponto para registrar o "live-ness" por várias semanas para tentar detectar quedas de energia. Essa pranchinha ficou em funcionamento o tempo todo, mesmo quando o PC foi reiniciado. Eventualmente, transferimos o no-break para um servidor grande e antigo, esperando que a carga mais pesada também causasse o mesmo sintoma, mas não: o no-break manteve esse servidor executando vários blips de energia agora.
A qualidade da saída do no-break não está no fundo do barril. Você está sentado? Aqui está um no-break low-end da mesma empresa que criou todos os três no-breaks acima:
Ow!
Agora você vê por que essa linha de no-breaks de baixo custo custa cerca de metade da dos no-breaks de gama média.
Dito isto, nunca vi um dos dispositivos conectados ao no-break falhar durante uma queda de energia.
Conclusões
Muitos dispositivos simplesmente não se importam muito com a qualidade da energia CA. Um exemplo extremo é uma lâmpada de mesa incandescente, mas qualquer dispositivo com uma fonte de alimentação bem regulada e bem filtrada deve lidar com a entrada CA feia.
Como vimos acima e em outras respostas, no entanto, existem dispositivos que não lidam com energia de entrada ruim. Para esses casos, você precisa de um no-break seno verdadeiro.
Digressões:
Alguns projetos de amplificadores têm muito pouco feedback negativo . É uma questão religiosa nos círculos audiófilos, com os extremistas reacionários acreditando que os melhores amplificadores têm pouco ou nenhum feedback.
A outra causa principal do zumbido do amplificador é o loop de aterramento .
É por isso que você vê frequentemente fontes de alimentação marcadas como aceitando 90-260 VCA ou semelhante. Se essa fonte de alimentação receber 200 VCA, ela simplesmente consumirá metade da corrente, como se tivesse 100 VCA, permitindo fornecer a mesma potência ao circuito energizado. P = VI
Mesmo dispositivos que não se importam muito com energia limpa geralmente precisam ter filtragem de entrada de energia para atender aos regulamentos da EMC .
Para comparação com o caso de regulação linear, uma fonte não regulamentada típica pode reduzir o ruído do lado da CA em cerca de 20 dB.
Os decibéis são uma escala logarítmica em que cada 6 dB de diferença entre duas tensões é uma duplicação ou metade. Assim, a redução de ruído de 80 dB de um regulador linear não é 4 × melhor do que os 20 ish que você obtém de uma fonte de alimentação não regulamentada típica, é cerca de 1.000 × melhor! A queda de 20 dB a 100 dB que você obtém de um regulador linear realmente bom significa que a saída é 10.000 vezes mais silenciosa que a entrada.
Digamos que você decida comprar um no-break de seno verdadeiro por US $ 500, apesar do fato de que você pode obter um no-break de seno modificado de boa qualidade com as mesmas especificações de título por US $ 150. Uma bateria típica do no-break precisa ser substituída a cada 3 anos ou mais, o que pode custar US $ 150-200 para o modelo senoidal verdadeiro. Isso chega a US $ 50-66 / ano × 12 anos - US $ 600-800, tornando a bateria o elemento dominante no cálculo de custos.
Os no-breaks mais avançados tendem a ter baterias fisicamente maiores para um determinado nível VA, portanto, o custo da bateria de reposição para uma bateria do no-break depende em parte do valor pago originalmente pelo no-break. Portanto, você pode optar por comprar um no-break de gama baixa do que gostaria de fornecer nos gráficos acima, porque o custo operacional de longo prazo seria muito alto com um no-break de gama alta.
