złapać Moc
Poprzednio we wpisie Mocy przybywaj starałem się rzucić nieco światła na problem oszczędzania energii elektrycznej z praktycznego punktu widzenia. Komentarze pojawiły się dwa pod wpisem, ale na e-mail dostałem jeszcze 6 wiadomości z pytaniami i prośbami o więcej.
Więc gdzie są te straty?
Okazuje się, że nie tak łatwo to stwierdzić, na straty łączne ma wpływ bowiem wiele bardzo drobnych elementów które w sumie dają końcowy efekt w kilkudziesięciu procentach.
Jeśli zbudowaliśmy dom i mamy nową instalację robioną przez fachowca z zastosowaniem chociaż podstawowego kompensatora mocy biernej i porządne źródła światła oraz nowoczesny sprzęt elektroniczny, to zasadniczo niczego już nie wymyślimy. Chyba, że chcemy się bawić w promile, to co nie co da się jeszcze poprawić.
Inna sprawa ma się ze starymi instalacjami lub instalacjami robionymi przez amatorów.
Czy kompensacja mocy biernej jest konieczna? Nie, w domkach o normalnym zużyciu energii nie będzie to miało wielkiego znaczenia, aczkolwiek ja bym i tak zastosował.
Zacznijmy jednak od początku. Gdzie się tworzą te straty?
Weźmy kawałek kabla, podłączmy do gniazdka, na przykład przedłużacz 50 metrów bieżących i czy coś się stanie? W zasadzie nie, ale podłączmy pod instalację analizator lub przynajmniej oscyloskop. Sam przedłużacz wszak nie pobiera prądu.
Czy oby jednak na pewno? Każdy przewodnik sam z siebie pobiera prąd, zwłaszcza w tym przypadku długi gdyż działa na trzy sposoby.
Po pierwsze, jest kondensatorem między żyłami przewodu oraz ziemią i to o dość sporej pojemności, po drugie tworzy indukcję a po trzecie antenę.
Już mamy rozproszoną energię w powietrzu. Fakt, minimalną, ale jednak.
Weźmy teraz wszystkie przewody w ścianach i mamy kilometry kabli promieniujących we wszystkich kierunkach, do tego im większe obciążenie na końcu takiego kabla tym więcej energii zostaje rozproszone w postaci promieniowania elektro magnetycznego oraz w postaci ciepła a do tego następuje przesunięcie fazy U/I czyli cos fi.
Po woli już dojrzewa we mnie wpis na temat tego coś fi które nie tak łatwo wytłumaczyć nawet ludziom z branży, aczkolwiek mniej więcej już wiem jak to zrobić i niebawem o tym napiszę.
Kolejnymi elementami rozpraszającymi energię są żarówki, wiadomo, ich sprawność jest nie wielka, nawet te najnowsze produkowane przez czołowych producentów a oparte nadal na włóknach żarowych rozpraszają sporo energii w postaci ciepła.
Co jednak z żarówkami energo oszczędnymi? Po pierwsze, tam też jest włókno żarowe, po drugie, niczym się taka żarówka nie różni od zwykłej świetlówki, główną różnicę stanowi częstotliwość pracy w granicach MegaHerców nie zaś jak to ma miejsce w jarzeniówkach przy częstotliwości sieci. Dochodzi tu jeszcze rozpraszanie energii w postaci fal elektro magnetycznych wysokiej częstotliwości oraz zakłócanie sieci energetycznej wszelkiego rodzaju harmonicznymi które to jeszcze raz dodatkowo rozpraszają energię elektryczną, w żarówkach są filtry, są, ale i tak te żarówki sieją po sieci ponieważ, tym filtrem jest mniej więcej policzony kawałek ferrytu, choć nie wiem, czy ktoś to liczył.
Podobnie sprawa się ma z jarzeniówkami które na dodatek mają w sobie ogromny element indukcyjny który cały czas pracuje a do tego same są sporym kondensatorem i źródłem EMW.
Co dalej?
Oprawki. Najprostszy element, styki które stykają, albo nie i działają trochę jak rezystor, do tego jeszcze iskrzą a przy tym się grzeją i jeszcze raz straty, do tego spadek sprawności źródła światła. Ten problem właściwie dotyczy każdego elementu stykowego, w tym bezpieczników które powinny być bardzo mocno dokręcone by kontakt był pewny. Podobnym problemem i to znacznym są tak zwane czajniki bezprzewodowe, a dokładniej ich podstawka, która też ma styki i tu pojawia się spory problem, gdyż te styki są tylko łączone kontaktowo co powoduje często iskrzenie, a przy mocy kilo Watów z czasem powoduje diametralne zmniejszenie skuteczności ich działania a więc dodatkowe straty w tym, rezystancyjne.
No i jeszcze najnowszy element oświetleniowy LEDy. Idealne, czyste światło, pobiera mało prądu… bla bla bla.
No nie do końca. Nie rozbierałem jeszcze tych drogich markowych po 80 zł i więcej, ale rozbierałem te po 40zł, mają pobór mocy na poziomie 4.7W według tego co napisano na pudełku. Składają się z 15 pkt świetlnych rozmieszczonych na powierzchni kilkunastu cm2.
Dioda, obojętnie jaka, działa na stosunkowo niewielkie napięcie, w takiej oprawce jest ich kilka/kilkanaście. Weźmy przykład mojej. 15 źródeł światła dzieli między siebie – tak, połączone są w szereg – napięcie sieci o potencjale 240VAC.
240/15=16V. Dioda na 16V? Nie, diody są nominalne, na 3v3VDC, co więc dzieje się z pozostałą energią? Nic prostszego, jest tracona w banalnym układzie kondensator rezystor. Mając na uwadze, że diody przewodzą w jedną stronę, więc migają z częstotliwością 50Hz przy czym, PWM jest na poziomie mniejszym niż 50% ponieważ?…
Ponieważ diody przewodzą w jedną stronę więc pozostałe 50% znika, a że dioda przewodzi powyżej 3V to znika jeszcze ten kawałek sinusoidy.
240/2=120-49.5=70.5V traconego na rezystorze wewnątrz obudowy, czyli drugie tyle co diody zamieniają na światło jest tracone wewnątrz obudowy na ciepło.
Dlaczego? Bladego pojęcia nie mam.
Da się coś z tym zrobić? Oczywiście, pracuję nad tym problemem.
Co jeszcze? Oj… jest tego trochę.
Wszystkie urządzenia różnego typu zawierające silniki, a więc pralka, wiertarka, lodówka itp.
Komutator występujący w takim urządzeniu strasznie iskrzy, w pralce jest chyba jeszcze gorzej, gdyż znajduje się w niej urządzenie elektroniczne zwane regulatorem PWM (Pulse Width Modulation) w zasadzie bardzo dobre rozwiązanie, o dużej efektywności ale! Powoduje iskrzenie styków oraz zmniejszenie sprawności silnika a służy do regulacji obrotów. Lepszym rozwiązaniem było by zastosowanie silnika bezszczotkowego i sterowanie go falownikiem ale to generuje koszta i cena pralki wzrasta. To rozwiązanie stosuje Bosh o ile dobrze kojarzę ale i cena zastosowania tego rozwiązania to odzwierciedla.
Czy coś jeszcze? Na pewno bardzo wiele w tym, komputery a zwłaszcza monitory CRT, choć monitory LED i LCD również w tym również pozostałe elementy sprzętu komputerowego. Zasilacz jest tu problemem, jest to zasilacz o bardzo dużej wydajności i stratach ograniczonych do absolutnego minimum. Ale…
Tak. Tu nie ma się za bardzo do czego przyczepić, lecz, skoro już analizujemy wszystko, to coraz częściej słyszy się o zastąpieniu zasilaczy tego typu w różnych urządzeniach domowych jednym zasilaczem ogólnym. Skąd ten pomysł?
Telewizor, komputer, laptop, drugi telewizor a czasem i trzeci do tego monitory komputerowe, DVD czy tuner satelitarny. Wszystkie te urządzenia zawierają przetwornicę impulsową robiącą z napięcia sieci, napięcie stałe przeważnie o wartości 5V i/lub 12V. Więc, skoro we wszystkich tych urządzeniach mamy te same wartości napięć to po co zwielokrotniać przetwornicę? Wystarczyła by jedna na cały dom podająca napięcie stałe na gniazdko w ścianie i po krzyku.
Takie rozwiązanie eliminuje straty, wszak przetwornice mają małe straty ale jednak mają więc po co je powielać? Ogranicza to generowanie EMW gdyż prąd stały nie powoduje takiego zjawiska. Ograniczamy również tym samym problem harmonicznych oraz przesunięcia cos fi. Czemu więc nikt tego jeszcze nie zrobił? Prace trwają, jest kilka problemów koniecznych w takim układzie do rozwiązania oraz przystosowanie gniazdek i sprzętu do współpracy z takim systemem. Dojdzie tu jeszcze jedna zaleta. Możliwość łatwej transmisji danych o dużej przepustowości za pomocą szyny zasilania i to na wiele sposobów za jednym zamachem w tym LiFi.
6 Responsesto “złapać Moc”
Trackbacks/Pingbacks
- Znajomi piszą: grudzień 2011 | Jakub Milczarek - [...] Michała budzi się wreszcie po włamaniu i utraceniu całego bloga w zeszłym miesiącu… Postanowiłem zachęcić Was do zerknięcia na dwa wpisy, które tworzą moim ...
Powiem, choć z wykształcenia jestem elektronikiem (choć ostatni kontakt z nią miałem 4 lata temu), to strasznie chaotycznie piszesz. Brak temu jakieś wspólnego mianownika, czyli opisanie najpierw strat emisyjnych (np żarówka), potem potem przesunięcia fazy itp.
Fajna sprawa z tą domową instalacją 5/12V. Choć to tylko 3 dodatkowe kable, to jednak dość sporo roboty. A i tak jeszcze nie ma wszystkich spraw rozwiązanych np jakieś zestandaryzowane gniazdka. Chyba najlepszy wyjściem były by gniazdka jak do zasilania laptopa (2 pinowe) tylko z 3 pinami o standardowym ustawieniu 0/5/12V.
Inna sprawa jest taka, iż niektóre urządzenia na 12/5V mają transformatory w sobie, i raczej nie da się ich obejść. Ale przynajmniej będzie można zaoszczędzić na zasilaniu dekoracji – listy led, halogeny itp.
@Spex Tak, wiem, piszę czasem tak jakoś nie po kolei, ale raczej tak zostanie, nie są to wszak artykuły lecz po prostu to, co mam ochotę napisać.
Gniazda 0/5/12 na pewno muszą zostać jakoś zestandaryzowane ale to już sprawa specjalistów z różnorakich komisji standaryzacyjnych.
Jeśli urządzenie na 5/12V ma w sobie dodatkowy transformator, to na prawie na pewno służy on do podnoszenia napięcia w jakimś dodatkowym celu, jak na przykład lampy podświetlania matrycy monitora które potrzebują do pracy dużo wyższego napięcia i to będzie występowało we wszystkich tego typu aplikacjach, choć, już co raz rzadziej. Napięcie zasilania jest coraz niższe, mikro procesory mają zasilanie już na poziomie zaledwie 1.2V a jeśli dojdzie, na co mam nadzieję, na rozpowszechnienie komputerów z CPU w technologii opartej o fotony i fullereny to napięcia spadną jeszcze niżej.
Jeśli zaś w urządzeniu pracującym na zasilaniu 5 czy 12 V występuje coś, co wygląda na trafo to przypuszczalnie jest to filtr.
Bardziej chodzi mi o przykład mojej drukarki Brother 150C, którą zasilam kablem jak PC. A wcześniejsze moje drukarki Canon i HP były zasilane przez transformator. Więc zapewne i taki tu jest w środku.
W większości urządzeń tak będzie jak w przykładzie twojej drukarki. Telewizory, monitory, pralki, DVD, drukarki i wiele, wiele innych. Wiąże się to z tym, niestety, że większość producentów będzie musiała się przestawić na takie zasilanie bądź, dać wybór w zasilaczu zewnętrznym, jak to mam miejsce w Laptopach na przykład gdzie wystarczy zamiast przetwornicy podpiąć kablem prosto do ściany i po krzyku. Tak również mają co nowsze tunery satelitarne i naziemne DVBT.
Szkoda iż się nie da zrobić inteligentnej sekcji zasilania. Tak by sama rozpoznała pod jakim zasilaniem działa.
@SpeX oczywiście, że się da, wszak wszystko przecież się da.