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功率因數(shù)校正在計(jì)算機(jī)節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用論文
1引言
計(jì)算機(jī)的總電能消耗由各部件的電能消耗構(gòu)成，計(jì)算機(jī)所使用的硬件不同所消耗的電能也不相同。比如我們常用臺式機(jī)的處理器功率在幾十瓦到一百多瓦不等，常用圖形加速卡的功率變化更是達(dá)到了幾十瓦到幾百瓦不等之多。而且電腦得總功耗幷不能簡單由所有配件的功耗相加而得出，因?yàn)槊恳粋�(gè)配件的工作狀態(tài)的不同其耗電量大小也一個(gè)變化的量。如DVD刻錄機(jī)在刻錄光盤和播放光盤內(nèi)容時(shí)的功耗是不同的，而在不工作的時(shí)候功耗很小�？啼洐C(jī)中馬達(dá)轉(zhuǎn)速的不同功耗自然不同，光頭在寫入和讀取數(shù)據(jù)是發(fā)射激光的功率也不同。測出的數(shù)字只是某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)未必有多大意義。所以計(jì)算功耗不能簡單的用萬用表從交流供電端測出電壓U和電流I，然后根據(jù)P＝UI這個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算。
2計(jì)算機(jī)耗電量的估算
通常我們用電度表測量出計(jì)算機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)的耗電量，比如在十個(gè)小時(shí)內(nèi)耗電量是多少度，然后再除以時(shí)間十小時(shí)就可以計(jì)算出計(jì)算機(jī)的平均功率。但實(shí)際上并不是把所使用的計(jì)算機(jī)的功率消耗降低就可以減少電能消耗，還要根據(jù)供電網(wǎng)絡(luò)里電能消耗是來決定。在計(jì)算機(jī)的供電網(wǎng)絡(luò)中電流是主要耗電參數(shù)，事實(shí)上，只要有電流通過即使沒有充分使用電能電度表都會把這些轉(zhuǎn)換成數(shù)字記錄下來。這樣，我們在使用計(jì)算機(jī)時(shí)無意間花了很多冤枉錢。之所以我們沒有注意到，因?yàn)槿藗兌加X得計(jì)算機(jī)的耗電量都不是很大，比起家里的空調(diào)冰箱電磁爐等上千瓦的電器產(chǎn)品計(jì)算機(jī)只有上百瓦甚至幾十瓦而已。然而隨著近幾年多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，所使用計(jì)算機(jī)的配置也在快速的提升。單核心處理器的計(jì)算機(jī)很難滿足人們的使用需求，處理器從雙核心、四核心到八核心等。還有專門為處理三維圖形的3D加速卡，其核心比處理器還要復(fù)雜的多功耗也要大的多。大屏幕顯示器的普及，這些都大大的增加了計(jì)算機(jī)的功率消耗。比如IntelI74790K正常使用時(shí)功率在165瓦左右，NvidiaGTX295顯卡芯片正常使用功率在300瓦左右，還有顯示器硬盤光驅(qū)主板內(nèi)存等配件正常使用都要消耗功率，這樣一臺功率消耗在五六百瓦的計(jì)算機(jī)也是很普遍的。
3功率因數(shù)與電能利用率
在電網(wǎng)中電流都是交流的。功率因數(shù)代表著計(jì)算機(jī)電源能夠輸出有功功率的大小。而很大一部分計(jì)算機(jī)在使用電能過程中電壓和電流的變化是不同步的，這樣就浪費(fèi)了很多電流與電壓之間的空隙能量。關(guān)于電能利用率的問題也是我們要討論的功率因數(shù)的問題。所有使用直流電運(yùn)行的電氣線路包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)要想正常運(yùn)轉(zhuǎn)必須消耗無功功率。人們覺得對于計(jì)算機(jī)這樣的電氣線路不消耗無功功率，只消耗有功功率不就行了。想要計(jì)算機(jī)能夠正常運(yùn)行一定要輸入平整的直流電壓而不能是脈沖電壓。所以就要在計(jì)算機(jī)電源的整流電路后面加入濾波電路，其核心元件通常是用一個(gè)大的濾波電容來實(shí)現(xiàn)的。濾波電容是一個(gè)大的儲能元器件，可以讓整流電路整出的脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)榻咏谕耆秸闹绷麟妷�。因�(yàn)殡娙萜骺梢赃M(jìn)行充電，存儲一定量的電荷，即使在兩個(gè)脈沖中間電壓變化的時(shí)候，電容器的兩端電壓仍然保持平整沒有明顯的突變。在這里對電容器充電消耗的功率就是無功功率，而有些電路還有其它儲能原件也消耗無功功率。因?yàn)榫�路中有這些儲能原件在工作，保證計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，因此在計(jì)算機(jī)使用過程中一定消耗無功功率。由于濾波電容的存在降低了負(fù)載的功率因數(shù)，也就降低了電源的效率，很多電能做了無用功而被白白地浪費(fèi)了。我們可以看到，當(dāng)電源的額定功率一定時(shí)，電源的轉(zhuǎn)換效率越高，則輸入有功功率就越接近于電源的輸出額定功率，不但降低了用戶的電費(fèi)開支，同時(shí)更有效的減少系統(tǒng)的發(fā)熱量。
4如何提高功率因數(shù)
要怎樣才能在人們使用計(jì)算機(jī)時(shí)很好的利用電能呢？利用儀器來計(jì)算出電壓和電流之間的夾角也就是功率因數(shù)角θ，此時(shí)很明顯的看出人們對功率因數(shù)的了解與消費(fèi)用電時(shí)有很大偏差。實(shí)際測量結(jié)果使人驚訝，通常人們只考慮了計(jì)算機(jī)電源本身的功率并沒把無用功率計(jì)算在內(nèi)。雖然計(jì)算機(jī)消耗的有功功率只有200瓦左右，但電表計(jì)算的總功率會達(dá)到330瓦左右。我們消費(fèi)的時(shí)候是按照總的實(shí)際功率計(jì)算的。在日常應(yīng)用過程中也會遇到這樣的情況，使用計(jì)算機(jī)前將電源插頭插入排插的瞬間都能看見插座里面有火花閃耀或聽到電源打火的聲音，這就是因?yàn)橛?jì)算機(jī)電源輸入端電路中有大量的儲能元器件在接通的瞬間要對這些儲能原件進(jìn)行充電，此時(shí)的充電電流很大發(fā)生“打火”現(xiàn)象，由于電容器的容量很大此時(shí)的充電電流是非常大的，這樣不但無形中增加了功率的損耗而且也會對電網(wǎng)上的其他設(shè)備產(chǎn)生影響。如果把電源的輸入端加入功率因數(shù)矯正裝置將可以大大的減少輸入端的電容不但提高了功率因數(shù)使電能得到充分的利用也會使電網(wǎng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。
5結(jié)束語
目前高校有大量的機(jī)房，成百上千臺計(jì)算機(jī)，通過矯正功率因數(shù)可以大大降低電能的消耗�，F(xiàn)在能源如此緊張，如果在全國范圍內(nèi)都進(jìn)行這樣的改進(jìn)，既可以節(jié)能，又可以省下一筆電費(fèi)。
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