Корректор мощности принцип работы: Схемотехника однофазных корректоров коэффициента мощности — Публикации — Энергетические Технологии

Корректор коэффициента мощности для повышения эффективности

Чугунов Сергей – [email protected]

№ 6’2017

PDF версия

В статье дано определение коэффициента мощности нагрузки λ и перечислены проблемы в системе энергоснабжения объектов, связанные с его низким значением. Рассмотрен эффективный способ увеличения λ до значений, близких к 1, с кратким описанием и принципом работы АККМ на основе микросхемы UC2854 (Texas Instruments). Предложены два метода построения модулей питания с АККМ. Применение АККМ рассмотрено на примере конкретной реализации в модуле питания производства ООО «Александер Электрик источники электропитания», а также дана сравнительная оценка параметров двух аналогичных по мощности модулей — с АККМ и без него.

Как известно, коэффициент мощности l определяется соотношением активной мощности, потребляемой источником питания, и полной мощности:

где U и I — действующие значения соответственно напряжения и тока на входе источника питания, а в числителе формулы произведение действующих значений напряжения и тока первой гармоники и косинуса угла сдвига между ними [1].

Таким образом, λ потребителя электрической энергии определяется не только значением cos j₁, но и коэффициентом нелинейных искажений тока относительно его первой гармоники. Это значит, что при λ<1 (λ = 1 характерно для линейной активной нагрузки) увеличивается ток во всех цепях , от генератора до нагрузки, при одной и той же потребляемой активной мощности. А потери, как известно, имеют квадратичную зависимость от тока. Кроме того, высшие гармоники тока, создаваемые нелинейными потребителями, приводят к увеличенным потерям в линиях электропередачи, в магнитопроводах трансформаторов, генераторов и их обмотках. Сокращается срок службы изоляции, создаются дополнительные нагрузки на валу генераторов, увеличивается нагрев и расход топлива.

В быту это не имеет большого значения, поскольку указанные выше проблемы ложатся на плечи энергоснабжающих организаций, а потребитель платит лишь за активную мощность. Однако в случаях, когда речь идет о подвижных объектах, электроснабжение которых производится от генераторов переменного тока, с λ приходится считаться.

Так, например, при имеющемся на объекте генераторе в 125 кВА полной мощности при коэффициенте мощности нагрузки λ = 0,8 допустимая активная мощность нагрузки составляет только 100 кВт. При более низких значениях λ, например λ = 0,5, для получения тех же 100 кВт номинальной мощности потребуется генератор уже на 200 кВА, т. е. в 1,6 раза мощнее [1]. При этом на меньших нагрузках генератор будет недогружен. Это означает больший расход топлива, большие эксплуатационные расходы и большую стоимость самого генератора. Очевидно, что применение блоков и модулей питания с высоким λ в системах энергоснабжения на подвижных объектах снижает не только эксплуатационные расходы, но и массо-габаритные показатели, являющимеся важной характеристикой для мобильных систем электропитания (СЭП).

Для увеличения λ до значений, близких к 1, в модулях питания применяются активные корректоры коэффициента мощности (АККМ). Типовая функциональная схема АККМ показана на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема АККМ

АККМ состоит из входного фильтра, выпрямителя, повышающего преобразователя и выходного фильтра. Как видно, АККМ устроен достаточно просто. Однако к его элементам предъявляются свои требования. Так, например, выпрямительный диод D1 желательно применять с малым временем восстановления, поскольку одно только применение такого диода на основе карбида кремния (SiC) с малым временем обратного восстановления способно уменьшить потери в диоде D1 и транзисторе Q1 на 32% [2]. Дроссель L1 должен быть рассчитан на постоянное подмагничивание полным током на максимуме синусоиды питающей сети при минимальном входном напряжении на входе, поскольку именно в этом режиме ток дросселя максимальный. Все элементы корректора должны выдерживать долговременную работу, а элементы охлаждения — обеспечивать необходимый теплоотвод при пониженном входном напряжении сети. Внимание на этом акцентируется в связи с тем, что АККМ, в силу своей топологии, могут работать в большом диапазоне входных напряжений, что широко используется для построения источников питания для входной сети переменного тока 85–264 В. При этом статические потери, пропорциональные квадрату тока, на пониженном входном напряжении в 30 раз выше потерь при максимальном входном напряжении.

Если же диапазон питающих напряжений АККМ уже и организована корректная защита элементов от высоких токов при пониженном входном напряжении, требования по теплоотводу и максимальным токам через элементы корректора можно значительно снизить.

В рассмотренном на рис. 1 АККМ применена микросхема UC2854, позволяющая стабилизировать выходное напряжение корректора. Алгоритм ее работы позволяет следить за средним током дросселя, работающего в режиме неразрывных токов при нагрузках более 50% от P_ном. Это, в свою очередь, снижает требования к фильтрации, уменьшает помехи и увеличивает КПД преобразования.

В АККМ, построенном на основе микросхемы UC2854 [3], используется четыре сигнала обратной связи:

• сигнал с выхода диодного моста, используемый как опорный для формирования тока потребления, повторяющего форму входного напряжения;
• сигнал с датчика тока для формирования тока и функций защиты;
• сигнал с выхода АККМ для стабилизации выходного напряжения на уровне 400 В;
• среднеквадратичное значение напряжения сети.

Управляющим сигналом контроллера является ШИМ, подающаяся на коммутирующий элемент Q1. При этом коэффициент заполнения является функцией мгновенного значения выпрямленного напряжения, ошибки сигнала рассогласования обратной связи по выходному напряжению ККМ, действующего значения напряжения сети и текущего значения тока в дросселе:

Согласно этому уравнению, в дросселе корректора L1 формируется ток, огибающая которого повторяет форму напряжения на выходе выпрямителя (рис. 2), а форма тока потребления АККМ повторяет форму сетевого напряжения (рис. 3), что позволяет достичь λ, близкого к 1. На выходе же АККМ вырабатывается стабилизированное напряжение 400 В.

Рис. 2. Форма тока дросселя, напряжения после диодного моста и напряжения на выходе АККМ

Рис. 3. Напряжение и ток на входе АККМ до фильтрации

С учетом того, что на выходе АККМ напряжение стабилизировано, следующая ступень преобразователя может быть выполнена с максимальным коэффициентом заполнения — с тем, чтобы добиться максимального КПД преобразователя в целом.

На рис. 4 и 5 представлены функциональные схемы таких преобразователей [4].

Рис. 4. Функциональная схема ИВЭП с АККМ с двумя контурами обратной связи

Рис. 5. Функциональная схема ИВЭП с АККМ с одним общим контуром обратной связи

На входе модулей питания присутствует ограничитель пускового тока (ОПТ). В первом случае (рис. 4) понижающий преобразователь с гальванической развязкой запитывается с выхода АККМ стабилизированным напряжением 400 В. Низкочастотные пульсации и переходные процессы этого источника хорошо отфильтровываются глубокой и быстрой обратной связью выходного преобразователя. Выходной LС-фильтр демпфирован токовой обратной связью. Переходный процесс при сбросе и набросе нагрузки носит апериодический характер, амплитуда переходного процесса не превышает 10% от выходного напряжения. Выходной преобразователь с гальванической развязкой может быть построен по любой топологии, однако максимальную эффективность будет иметь преобразователь с фазовым управлением либо резонансный преобразователь.

Модуль питания, построенный по такой схеме, имеет высокий общий КПД.

В том случае, если модуль питания построен по функциональной схеме, изображенной на рис. 5, где АККМ питает выходной неуправляемый преобразователь, стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет коррекции выходного напряжения АККМ. К недостаткам такой схемы следует отнести низкую стабильность выходного напряжения, увеличенные пульсации выходного напряжения на частоте питающей сети и высоко­частотные колебания при сбросе и набросе нагрузки из-за не охваченного токовой обратной связью колебательного контура, состоящего из выходной емкости и индуктивности. Однако выходной преобразователь может быть реализован с помощью неуправляемого полного моста, в котором переключение транзисторов будет всегда происходить с максимальным коэффициентом заполнения и минимальными потерями за счет включения при нулевом напряжении даже без фазосдвигающего контроллера. Это упрощает конструкцию преобразователя и делает его КПД максимальным.

Примером реализации ИВЭП с АККМ может быть модуль питания МАА600-ПКМ, разработанный в ООО «Александер Электрик источники электропитания». Модуль построен по схеме, изображенной на рис. 4, и имеет низкопрофильную конструкцию. Высота корпуса составляет всего 22 мм. Габариты корпуса составляют 242×132×22 мм. Форма питающего напряжения и потребляемого модулем питания тока показана на рис. 6а. Для сравнения на рис. 6б представлена осциллограмма напряжения сети и тока потребления аналогичного модуля питания МАА600-1С27-СКН без АККМ [5].

Рис. 6. Форма потребляемого тока разными модулями питания

На рис. 7 показаны сравнительные измерения λ модулей питания МАА600-1С27-ПКМ с АККМ и МАА600-1С27-СКН без АККМ. Коэффициент мощности модуля питания МАА600-1С27-ПКМ практически не зависит от входного напряжения и укладывается в пределы λ = 0,98…0,99 во всем его диапазоне.

Рис. 7. Зависимости коэффициентов мощности l двух преобразователей

На рис. 8 и 9 показаны зависимости КПД модулей питания МАА600-1С27-ПКМ с АККМ и МАА600-1С27-СКН без АККМ соответственно.

Рис. 8. Зависимости КПД модуля питания МАА600-1С27-ПКМ от нагрузки при разных входных напряжениях

Рис. 9. Зависимость КПД модуля питания МАА600-1С27-СКН от нагрузки

Основные технические характеристики модуля питания МАА600-1С27-ПКМ:

• коэффициент мощности λ = 0,98…0,99 при нагрузках от 0,1×P_ном до P_ном;
• КПД при P_ном. — 84%;
• диапазон напряжения питания переменного тока частотой 50 Гц — 120–242 В;
• выходное напряжение постоянного тока — 27 В;
• суммарная нестабильность выходного напряжения не более ±3% от Uвых;
• амплитуда пульсации выходного напряжения не более 1% от U_вых;
• подстройка выходного напряжения ±5% от U_вых;
• диапазон рабочих температур корпуса –60…+85 °С;
• габариты, мм: 242×132×22.

 

При сопоставлении графиков, изображенных на рис. 8 и 9, видно, что КПД модуля питания с АККМ на номинальной мощности ниже на 3%, чем модуля питания без корректора. Однако такая потеря КПД с лихвой компенсируется увеличением коэффициента мощности λ с 0,6–0,76 до значений, близких к 1. Кроме того, модуль питания МАА600-1С27-ПКМ имеет массу в среднем в 1,5 раза, а габариты — в 1,77 раза меньше, чем аналогичные показатели у модуля питания МАА600-1С27-СКН. Следует учитывать также расширение температурного диапазона нового модуля до –60 °С по сравнению с –50 °С у модуля МАА600-1С27-СКН. Все это делает применение модуля питания МАА600-1С27-ПКМ более эффективным в системах электропитания подвижных объектов.

Литература

1. Котенко Е. А. Компенсация реактивной мощности как средство сокращения затрат // Энергоснабжение. 2010. № 1.
2. Мелешин В. И., Овчинников Д. А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. М.: Техносфера, 2011.
3. Texas Instruments. Advanced High-Power Factor Preregulator Slus329e–Month 2003. Rev. January, 2008.
4. Philip C. Todd Application Note U-134 UC3854 Controlled Power Factor Correction Circuit Design 1999. Texas Instruments Incorporated.
5. Каталог продукции ООО «АЭИЭП», 2013.

Устройство PFC блока питания: конструкция и принцип действия

Назначение PFC модуля

Виды корректора коэффициента мощности

Принцип работы схемы PFC

Выводы:

Назначение PFC модуля

Корректор коэффициента мощности (ККМ) или PFC – применяется в импульсных блоках питания, где мощность превышает 50 Вт и более. В маломощных ИБП как правило не применяется.

В импульсном блоке питания входная цепь строится по стандартной схеме. 

Классическая схема выпрямления переменного тока

На входе имеется диодный мост, после него устанавливается сглаживающий электролитический конденсатор. Выпрямитель построенный по такой схеме потребляет ток из сети  не по синусоидальному закону, а импульсами тока. В этом случае эти блоки могут потреблять очень большие токи из сети.

Диаграмма работы мостового выпрямителя

Если рассматривать график работы преобразователя то можно заметить следующее: при выпрямлении переменного тока диодным мостом получаются полуволны синусоидального напряжения. 

На выходе устанавливается конденсатор, который заряжается до максимального амплитудного значения. Когда напряжение начинает уменьшаться, то конденсатор начинает разряжаться и при достижении определенного значения следующей полуволны начинает заряжаться, потребляя ток из сети, до достижения максимального значения. 

Этот процесс повторяется от полуволны к полуволне. Таким образом потребление тока сосредоточено в очень короткие промежутки времени. Чем больше мощность нагрузки, тем быстрее будет разряжаться конденсатор и тем больше будет время в течении которого он будет заряжаться до амплитудного значения. Это напряжение будет составлять примерно 300 – 310 Вольт ( всё зависит от входного напряжения сети).

Так как при проектировании таких блоков необходимо делать пульсации на выходе минимальными, емкость конденсатора выбирается большой величины. Это связано с тем, чтобы конденсатор заряжался на каждой полуволне в течении короткого промежутка времени, при этом ток из сети будет потребляться импульсами. Когда ток заряжает конденсатор, он определяет угол прохождения тока через выпрямитель. 

Потребление тока из сети в классической схеме

Данный угол называется коэффициентом мощности нагрузки и зависит от импеданса источника питания, емкости конденсатора фильтра и от величины нагрузки. При малой нагрузки величина небольшая, а при увеличении она возрастает до 25-30 градусов. Из этого следует, что ток в нагрузке не является непрерывным, а имеет импульсное значение большой амплитуды с определенными гармониками.

Для устранения потребления тока из сети импульсами, создан ряд определенных устройств, которые называются корректорами коэффициента мощности.  

Виды корректора коэффициента мощности

Существуют следующие схемы коррекции:

• пассивная
• активная

Для пассивной коррекции коэффициента мощности применяются схемы с индуктивностью во входной цепи. После диодного моста подключается дроссель, а уже за ним ставиться конденсатор и осуществляется пассивная коррекция коэффициента мощности.

Пассивная схема PFC

Если установить большую величину дросселя,то он запасает большое количество энергии, что хватает на весь период работы, уменьшая гармонические колебания, возникающие при превышении тока через выпрямитель. 

Диаграмма работы пассивной схемы PFC

На практике схема уменьшает гармоники, улучшает коэффициент коррекции мощности, но не решает проблему полностью.

При активной коррекции коэффициента мощности, нагрузка ведет себя как активное сопротивление.

Ток потребляемый из сети носит не импульсный характер, а по форме близок к синусоиде. Входной ток по форме и фазе должны совпадать. 

Схемотехника ККМ может быть различной: повышающая и понижающая. Больше всего используется в импульсных блоках питания повышающая схема, так как она позволяет получить близкое значение к единице COS (F). Данные преобразователи повышают напряжение на электролитическом конденсаторе выпрямителя, снижая ток в высоковольтной части ИБП. Большинство схем ККМ строятся по схеме повышающих DC-DC преобразователей.

Схема повышающей активной PFC

Работа данного преобразователя рассмотрим при помощи графических осциллограмм и принципиальной схемы. Для проверки поступающих импульсов на затвор транзистора G необходимо применять осциллограф.

Принцип работы схемы PFC

Входная цепь коэффициента коррекции мощности имеет диодный мост. На него поступает напряжение 220V 50Hz, а на выходе диодного моста получаем постоянное напряжение с частотой пульсаций 50Hz.

Это напряжение подается уже не на конденсатор фильтра, как в классической схеме, а на повышающий преобразователь, выполненный из: 

• дросселя L 
• MOSFET- транзистора 
• PFC-ШИМ контроллера
• диода подсоединенного к выводу конденсатора фильтра (вывод +) 

Диаграмма работы активной схемы PFC

Основной задачей данного преобразователя является получить форму тока потребления не импульсами из сети, а такую же как форма напряжения, то есть близкую к синусоидальной.

Для получения заданной формы необходимо чтобы импульсы формировались на ключевом транзисторе затвора некоторыми управляющими напряжениями. 

На выходе диодного моста имеется напряжение большой амплитуды и для формирования импульсов силового транзисторного ключа должно выполняться 2 условия:

1. На формирователь импульсов подается выпрямленное пульсирующее напряжение через делитель Rd состоящий из резисторов R1, R2, R3 уменьшая амплитуду, а форма напряжения остается такой же.
2. Необходимо отслеживать ток потребления от сети. Данную функцию реализуем при помощи резистора R’d в цепи истока MOSFET – транзистора. Таким образом ток будет проходить через дроссель L и отслеживаться микросхемой D1 по выводу CS.

Эти условия являются основными для реализации схемы PFC 

Импульсы на затворе транзистора необходимо формировать таким образом, чтобы когда он начинает открываться (появлялся открывающий уровень напряжения) и через дроссель начинал протекать ток.  

Этот ток нарастает по линейному закону и протекает через датчик тока (R’d). Когда напряжение с данного датчика тока сравняется с напряжением выпрямленным выпрямителем после делителя Rd и R’d то транзистор должен закрываться. Когда ток протекающий через дроссель будет равен нулю, транзистор заново будет открываться и ток будет плавно увеличиваться до следующего совпадения значений напряжения на датчике тока и выпрямленного напряжения с диодного моста ограниченного делителем. И данный процесс будет повторяться в течении всего периода.

При работе устройства вначале синусоиды транзистор будет открываться на небольшое время, а когда синусоида приближается к максимальному значению транзистор открывается на большее время.

Для стабилизации выходного напряжения сигнал с конденсатора С 1 поступает на формирователь импульсов через Robr, где в микросхеме D1 через вывод FB вырабатывается сигнал ошибки. Данный сигнал влияет на длительность импульса, который формируется для управления транзистором, с вывода GO микросхемы PFC ШИМ. На длительность импульсов влияет не только входное, но и выходное напряжение.

В зависимости от нагрузки подключения, напряжение на выходе будет меняться и будет меняться сигнал ошибки, и сигнал будет влиять на длительность импульса. В этом случае потребление входного тока сводится практически к синусоидальному виду и появляется стабилизация выходного напряжения. 

Выводы:

• В большинстве электронных устройств используются данные преобразователи, что исключает: перекос фаз, уменьшение нагрузки на сети, не искажает форму напряжения сети.
• Подробно изучить работу ККМ модуля вы можете на курсе электроники. 

Коррекция коэффициента мощности – что это такое? Почему это необходимо? Как это достигается?

Проектирование и монтаж

время_доступа 4 года назад

Основы коэффициента мощности:

Качество электроэнергии имеет важное значение для эффективной работы оборудования, и коэффициент мощности способствует этому.

Коэффициент мощности — это показатель эффективности использования поступающей мощности в электроустановке. Это отношение активной мощности к полной, когда:

Активная мощность (P) = мощность, необходимая для полезной работы, такой как токарная обработка, освещение или откачка воды, выраженная в ваттах или киловаттах (кВт)

Реактивная мощность (Q) = мера запасенной энергии, отраженной в источник, не совершающий никакой полезной работы, выраженный в варах или киловарах (кВАр)

Полная мощность (S) = векторная сумма активной и реактивной мощности, выраженная в вольт-амперах или киловольт-амперах (кВА)

Мощность треугольник:

Плохой коэффициент мощности (например, менее 95%) приводит к тому, что для того же объема работы требуется больше тока.

Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности (PFC) предназначена для улучшения коэффициента мощности и, следовательно, качества электроэнергии. Это снижает нагрузку на систему распределения электроэнергии, повышает энергоэффективность и снижает затраты на электроэнергию. Это также снижает вероятность нестабильности и отказа оборудования.

Коррекция коэффициента мощности достигается за счет подключения конденсаторов, которые производят реактивную энергию в противоположность энергии, поглощаемой нагрузками, такими как двигатели, расположенные локально рядом с нагрузкой. Это улучшает коэффициент мощности в точке подключения источника реактивной мощности, предотвращая ненужную циркуляцию тока в сети.

Определение требуемой ККМ

Выбор оборудования ККМ должен выполняться в соответствии со следующим четырехэтапным процессом лицами с соответствующими навыками:

Этап 1: Расчет требуемой реактивной мощности

Цель состоит в том, чтобы определить требуемую реактивную мощность (Qc (квар)) для установки, чтобы улучшить коэффициент мощности (cos φ) и уменьшить полную мощность (S).

Qc можно определить по формуле Qc = P (tan φ – tan φ‘), которая выводится из диаграммы.

Qc = мощность конденсаторной батареи в кВАр

P = активная мощность нагрузки в кВт

tan φ = тангенс угла сдвига фаз до компенсации

tan φ’ = тангенс угла сдвига фаз после компенсации

параметры φ и тангенс φ можно получить из расчетных данных или путем непосредственного измерения на установке.

Шаг 2: Выбор режима компенсации

Расположение низковольтных конденсаторов в установке может быть центральным (одно место для всей установки), посекционным (посекционным), на уровне нагрузки или комбинация последних двух.

В принципе, идеальная компенсация применяется в точке потребления и на уровне, необходимом в любой момент времени. На практике выбор определяется техническими и экономическими факторами.

Местоположение определяется:

общей целью (избежание штрафов за реактивную энергию, разгрузка трансформаторов или кабелей, недопущение падений и провалов напряжения)

режимом работы (стабильные или переменные нагрузки)

прогнозируемым влиянием конденсаторов на характеристики сети

стоимость установки

Этап 3: Выбор типа компенсации

Различные типы компенсации должны быть приняты в зависимости от требований к производительности и сложности управления:

Фиксированная, путем подключения батареи конденсаторов с фиксированной величиной

Автоматический, путем подключения различного количества ступеней, позволяющий регулировать реактивную энергию до требуемого значения

Динамический, для компенсации сильно меняющихся нагрузок

Шаг 4: Учет условий эксплуатации и гармоник

Условия эксплуатации сильно влияют на ожидаемый срок службы конденсаторов, поэтому необходимо учитывать следующие параметры:

Температура окружающей среды (°C)

Ожидаемый срок службы -ток, связанный с помехами напряжения, включая максимальное длительное перенапряжение

Максимальное количество переключений в год

Требуемый ожидаемый срок службы

Некоторые нагрузки (двигатели с регулируемой скоростью, статические преобразователи, сварочные аппараты, дуговые печи, люминесцентные лампы и т. д.) загрязняют окружающую среду электрической сети путем повторного ввода гармоник. Поэтому также необходимо учитывать влияние этих гармоник на конденсаторы.

Преимущества коррекции коэффициента мощности

Экономия на счетах за электроэнергию

Коррекция коэффициента мощности устраняет штрафы за реактивную энергию, снижает потребность в кВА и снижает потери мощности, генерируемые в трансформаторах и проводниках установки.

Повышенная доступная мощность

Установка оборудования PFC на стороне низкого напряжения увеличивает мощность, доступную на вторичной обмотке трансформатора СН/НН. Высокий коэффициент мощности оптимизирует электрическую установку, позволяя лучше использовать компоненты.

Уменьшенный размер установки

Установка оборудования PFC позволяет уменьшить поперечное сечение проводника, так как компенсированная установка потребляет меньше тока при той же активной мощности.

Снижение перепадов напряжения

Установка конденсаторов позволяет снизить перепады напряжения перед точкой подключения устройства PFC, тем самым предотвращая перегрузку сети и уменьшая гармоники.

Что такое коррекция коэффициента мощности (PFC)?

Что такое коррекция коэффициента мощности?

Коррекция коэффициента мощности — это способ увеличения коэффициента мощности источника питания. Импульсные источники питания без коррекции коэффициента мощности потребляют ток короткими импульсами большой амплитуды. Эти импульсы можно сгладить с помощью активных или пассивных методов. Это снижает входной среднеквадратичный ток и полную входную мощность, тем самым увеличивая коэффициент мощности.

Коррекция коэффициента мощности формирует входной ток, чтобы максимизировать фактическую мощность от сети переменного тока. В идеале электрическое оборудование должно иметь нагрузку, имитирующую чистый резистор, а это означает, что реактивная мощность будет равна нулю. А формы сигналов тока и напряжения будут одной и той же синусоидой и в фазе друг с другом. Однако из-за реактивных компонентов в большинстве цепей всегда существует отставание по мощности, что приводит к снижению коэффициента мощности.

В идеальной системе вся мощность, потребляемая от сети переменного тока, используется для выполнения полезной работы. Это возможно только тогда, когда ток совпадает по фазе с напряжением. Когда фаза между ними меняется, часть энергии от розетки переменного тока не выполняет полезную работу и теряется.

Таким образом, генерирующая компания должна производить больше энергии, чтобы удовлетворить спрос на полезную мощность и ту, которая теряется. Это означает увеличение капитальных вложений в генерацию, передачу, распределение и контроль. Затраты перекладываются на потребителя в дополнение к глобальному потеплению.

Коррекция коэффициента мощности пытается приблизить коэффициент мощности электрической системы, такой как источник питания, к 1, и даже если это не достигается, он приближается к 0,95, что является приемлемым для большинства приложений.

Методы коррекции коэффициента мощности

Существует два распространенных типа коррекции коэффициента мощности для источников питания; пассивный PFC и активный PFC.

Пассивная коррекция коэффициента мощности

Используется для небольших источников питания мощностью около 100 Вт или меньше. Метод коррекции использует фильтр гармоник нижних частот на входе переменного тока с конденсатором и катушкой индуктивности, образующими последовательный резонансный контур. Компоненты могут быть довольно небольшими, обеспечивая при этом недорогую и эффективную коррекцию коэффициента мощности.

Рис. 1: Изображение пассивного PFC Кредит

Пассивные PFC просты, надежны и надежны для более низких требований к энергопотреблению. Кроме того, они не создают электромагнитных помех. Однако они большие и тяжелые из-за индуктора.

Преимущества

• Недорогой
• Эффективный
• Простая конструкция

Недостатки

• Тяжелый и большой размер
• Нет регулирования напряжения
• Ограниченный диапазон входных напряжений

Активная коррекция коэффициента мощности

Активные методы коррекции коэффициента мощности предпочтительны для источников питания мощностью более 100 Вт. Этот метод обеспечивает более эффективную коррекцию, легче и менее громоздкий.

Базовая активная схема ККМ состоит из схемы управления, которая измеряет входное напряжение и ток, а затем регулирует время переключения и рабочий цикл, чтобы гарантировать, что входное напряжение и ток совпадают по фазе. Это обеспечивает автоматическую коррекцию входного переменного напряжения, в результате чего теоретический коэффициент мощности превышает 0,9.5. В отличие от пассивного PFC, активный PFC работает в широком диапазоне входных напряжений. Однако он требует дополнительных компонентов, что делает его более сложным и дорогим.

Рисунок 2. Изображение базовой схемы активной коррекции коэффициента мощности

Преимущества активной схемы коррекции коэффициента мощности

• Коэффициент мощности 0,95 или выше
• Маленький и легкий
• Широкий диапазон входного напряжения и частоты переменного тока (87–266 В (среднеквадратичное значение) и 47–63 Гц).
• Более гибкий
• Больше контроля

Недостатки

• Комплекс
• Более высокая стоимость
• Требуется дополнительная фильтрация из-за высоких частот, которые могут попасть в линию
Компоненты
• рассчитаны на более высокое напряжение по сравнению с пассивным PFC.

Преимущества PFC

При коэффициенте мощности, равном 1 или максимально близком, потери меньше, а вся вырабатываемая мощность используется эффективно.

• Технические преимущества: Повышение эффективности и снижение потребляемой мощности, следовательно, снижение нагрузки на коммутационное оборудование и кабели, снижение затрат для потребителя и поддержка большей нагрузки.
• Коммерческие преимущества: Уменьшаются системные потери и меньшие капитальные затраты для генерирующей компании. Кроме того, происходит экономия затрат на электроэнергию, так как не взимается плата за превышение реактивной мощности.