¿En qué medida las fuentes de alimentación de "onda sinusoidal pura" giran en el marketing?

Recientemente, he notado una tendencia en los fabricantes de fuentes de alimentación que promocionan sus PSU (generador o inversor de batería, etc.) por tener una salida de onda sinusoidal pura.

También he visto personas que dicen que las garantías serán invalidadas si los dispositivos / autocaravanas, etc. están conectados a cualquier otra cosa que no sea una fuente de energía con una salida de onda sinusoidal pura.

Me pregunto qué hizo el mundo antes de que existieran tales fuentes de energía.

¿Hay ciencia detrás de esto? ¿Seguramente un generador de gasolina estándar con un buen regulador de voltaje automático (AVR) o un regulador de bobina anticuado será suficiente para estabilizar la salida para ejecutar dispositivos electrónicos sensibles como televisores LCD o computadoras?

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

Los primeros inversores producían poco mejor que las ondas cuadradas. Esto significa que incluyeron una potencia significativa en frecuencias que los dispositivos no fueron diseñados para manejar. La mayoría de los dispositivos que están destinados a enchufarse a la toma de corriente dan por sentado la forma senoidal de la tensión. Algunos pueden contar con los picos del seno como un voltaje particular, mientras que otros cuentan con el RMS. Para una onda sinusoidal, los picos están en $\sqrt{2}$ veces el RMS, mientras que para una onda cuadrada el pico y el RMS son iguales. Esto presenta un problema al decidir qué onda cuadrada de voltaje producir. Si coincide con la línea de alimentación en RMS, las bombillas, 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 más bajo. Si eleva el voltaje de la onda cuadrada, podría sobrecargarse y dañar los dispositivos que usan el RMS.

Los armónicos adicionales en la onda cuadrada también pueden causar problemas por sí solos. Los transformadores diseñados para la frecuencia de la línea de alimentación, como 60 Hz, podrían no funcionar bien con las frecuencias más altas. O estas frecuencias pueden causar corriente adicional y calentamiento sin que se aprovechen para obtener más potencia. Las transiciones bruscas también pueden sobrecargar los componentes electrónicos que esperan 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 el voltaje cambiara infinitamente rápido.

El siguiente paso en los inversores fue "seno modificado", que tenía un "paso" de tierra adicional en la onda cuadrada. El punto aquí es que esto reduce la potencia en los armónicos en relación con una onda cuadrada completa. Sin embargo, muchos de los problemas con las ondas cuadradas todavía estaban presentes, aunque en general se redujeron.

La electrónica moderna que puede cambiar de manera eficiente muchas veces la frecuencia de la línea de alimentación puede producir un voltaje de salida que está bastante cerca de un seno, lo que significa que tiene poco contenido armónico. Esto elimina los problemas con la onda cuadrada y las salidas sinusoidales modificadas, ya que la línea de alimentación en sí es idealmente sinusoidal. Todavía es un poco más caro producir inversores con salidas de onda sinusoidal, pero el costo adicional ya no es tanto y cada vez es más bajo. Hoy en día, los inversores de salida de onda sinusoidal son comunes.

Tenga en cuenta que los inversores destinados a conducir la línea de alimentación hacia atrás, llamados inversores de conexión a la red , son todos de salida de onda sinusoidal. Esto se debe a una gran cantidad de regulaciones que cubren lo que puede hacer con la línea de alimentación, especialmente cuando alimenta la alimentación hacia atrás.

Los inversores que tienen una salida de "onda sinusoidal modificada" pueden generar tensión adicional en algunos dispositivos.

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

La forma de onda azul en el diagrama anterior es lo que se llama (en términos de marketing) una "onda sinusoidal modificada" (como se marca) y es lo que producen los inversores más económicos. Tiene las características deseables (o incluso esenciales) de que el valor RMS y los valores pico son los mismos que una onda sinusoidal, por lo que un dispositivo sensible al pico como una fuente de alimentación conmutada para un CFL ve el mismo voltaje como si fuera un seno onda, y un dispositivo sensible a RMS como una bombilla incandescente o un calentador ve el mismo voltaje como si fuera una onda sinusoidal.

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

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

Los generadores de gasolina generalmente producen formas de onda sinusoidal bastante buenas, solo la frecuencia y la amplitud pueden estar apagadas.

Lo que más preocupa son los diseños de UPS de onda cuadrada y senoidal escalonada. Algunas partes frontales antiguas (e incluso algunas nuevas) del corrector de factor de potencia no podían rastrear estas formas de onda y no funcionarían correctamente. Contienen mucho contenido armónico que puede hacer que fluyan corrientes que no fueron diseñadas para el diseño original, por lo que puede ser un problema incluso para diseños que no son PFC.

La mayoría de los fabricantes de calidad hoy prueban con este tipo de formas de onda, pero algunos aún pueden especificar solo seno.

Vea la imagen adjunta de mi medidor WattsUP Pro ES cuando esté conectado a la salida de una antigua unidad APC BackUPS Pro 650 durante aproximadamente 30 segundos.

Había cambiado la batería y estaba tratando de averiguar si el tiempo de ejecución de la batería informado por el software era consistente con lo que obtendría. La carga era de unos 20-25 vatios. El medidor estaba leyendo 179 Voltios RMS (el voltaje nominal es 230V aquí) y me preguntaba por qué. Entonces salió humo e inmediatamente desconecté todo.

El medidor sigue funcionando y las resistencias SMD de 10 ohmios aún leen 10 ohmios, pero el plástico de cuatro de las resistencias se ha derretido, junto con algunos de los orificios cerrados (probablemente se incluyeron porque se usaron piezas pasantes en el orificio). Una revisión del producto).

Cometí dos errores y aprendí dos cosas en el proceso:

1. Recordé incorrectamente que los modelos APC con "Pro" en el nombre eran unidades con salida de onda sinusoidal verdadera. Aparentemente ese no fue el caso (y verifiqué esto al encontrar el manual después).
2. El medidor no es verdadero RMS. Lea esta nota de APC con respecto a los detalles. Si hubiera leído esto antes, probablemente desconectaría el medidor cuando vi una lectura de 179V RMS. Esto no sería porque esperaría una fusión sino porque entendería que el medidor no mediría correctamente el voltaje y la corriente (es decir, sería inútil para lo que estaba tratando de hacer).

Escribí esta respuesta en respuesta a comentarios que pedían ejemplos de "falla catastrófica". Por cierto, la unidad todavía alimenta un conmutador Ethernet, un reproductor multimedia y un televisor LED de 32 pulgadas.

Histórica y generalmente, es una mala idea utilizar un grupo electrógeno barato para equipos electrónicos caros. Esto se debe a que los grupos electrógenos baratos tienen una regulación de voltaje deficiente. Además de provocar chispas, no se trataba realmente de la forma de la forma de onda.

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

Pero los equipos electrónicos modernos a menudo son mucho menos sensibles a este problema que los equipos electrónicos antiguos: si su paquete de enchufes puede recibir una entrada de CA de 70 a 250 V, no se verá afectado por el voltaje de suministro que aumenta de 110 a 135.

La alternativa al uso de un grupo electrógeno barato es usar una fuente de alimentación de CA regulada adecuadamente. En términos modernos, cualquier PSU regulada adecuadamente tendrá una salida de onda sinusoidal pura, y cualquier PSU que no tenga salida de onda sinusoidal pura será tan antigua, o tan barata y desagradable, que no estará regulada adecuadamente.

En los viejos tiempos, comenzaste con la expectativa de que a mediano plazo destruirías tu equipo eléctrico o electrónico colgándolo de un generador típico mal regulado. Además, sus bombillas no durarían mucho. Pero al menos eran baratos de reemplazar.

Y, por cierto, esas grandes centrales de carbón o centrales nucleares producen ondas sinusoidales puras porque están cuidadosamente enrolladas para hacerlo. Si no fueran tan cuidadosos, también tendrían formas de onda distorsionadas. Las formas de onda distorsionadas no le molestarían, pero las compañías de suministro de energía perderían las subestaciones.

También he escuchado a personas decir que cualquier otra cosa que no sea una "onda sinusoidal pura" supuestamente causará "ruido" o "armónicos no deseados" o "estrés" o "daño" no especificado. Como usted, soy escéptico sobre los supuestos beneficios de las ondas sinusoidales puras .

Con solo una excepción hasta ahora (los problemas con la técnica de "cuentagotas CR" ), todos los dispositivos que he visto hasta ahora funcionarán 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 a la red eléctrica local con un osciloscopio, la forma de onda real está bastante lejos de ser un seno perfecto. Y así, estos dispositivos hipotéticos que supuestamente no funcionarán en otra cosa que no sea un seno casi perfecto no funcionarán cuando se enchufen a cualquier toma de pared real que haya visto.