|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ статьи № 51-100
Коррекция коэффициента мощности.
Зачем нужна коррекция коэффициента мощности?
Популярные сегодня импульсные источники питания, наряду с несомненными преимуществами, имеют существенный недостаток. Форма потребляемого ими от сети тока существенно отличается от синусоидальной, а его эффективное значение намного (иногда в несколько раз) больше, чем у чисто резистивной нагрузки той же мощности.
На рис. 1 представлены осциллограммы входных напряжения и тока обычного мостового выпрямителя со сглаживающим конденсатором емкостью 470 мкФ. Выпрямитель подключен к сети 220 В, его выходное постоянное напряжение — 297 В, ток нагрузки — 1 А Импульсы входного тока имеют амплитуду 6,44 А, а его эффективное значение — 2,23 А.
Если перемножить эффективные значения напряжения и тока, получим "кажущуюся" мощность 490 ВА. На самом деле выпрямитель потребляет от сети немногим более мощности нагрузки. Измеренное значение активной потребляемой мощности — 302 Вт. Отношение активной мощности к кажущейся называют коэффициентом мощности В рассмотренном случае он равен 302/490=0.62
Последствия низкого значения коэффициента мощности хорошо известны. Растет по сравнению с необходимым для передачи заданной мощности ток в подводящих электроэнергию проводах. С ним растут и бесполезные потери энергии в этих проводах и в распределительной аппаратуре.
Еще одна неприятность — хорошо заметные на рис. 1 искажения формы кривой напряжения, связанные с его падением на внутреннем сопротивлении источника (в данном случае — питающей сети) под действием импульсного тока. В системе электроснабжения с большим числом потребляющих импульсный ток нагрузок вносимые ими искажения складываются, в результате чего синусоида приобретает срезанные вершины. В этом легко убедиться, подключив в вечернее время (когда работают все телевизоры и "энергосберегающие" лампы с "электронными балластами") вход осциллографа к сетевой розетке. Естественно, с соблюдением всех мер электробезопасности.
Описанные искажения заметно увеличивают погрешность вольтметров переменного тока, градуировка многих из них справедлива только для чисто синусоидального напряжения. Растет также погрешность стабилизаторов переменного напряжения и приборов контроля его допустимого значения. Более того, становится неочевидным, что именно следует стабилизировать и контролировать. Ведь для телевизоров и компьютеров важна амплитуда питающего напряжения, а для ламп накаливания и нагревательных приборов — его эффективное значение. Изменяющееся под действием искажений соотношение этих значений приводит к тому, что стабилизация одного из них не исключает заметной нестабильности другого.
К сожалению, описанные проблемы больше волнуют поставщиков, а не потребителей электроэнергии. Не неся прямых убытков, последние вовсе не торопятся их решать. Чтобы стимулировать процесс, еще в 1995 г. был принят международный стандарт, предъявляющий жесткие требования к форме потребляемого от сети тока, устанавливая допустимый уровень гармоник в его спектре. Требования стандарта изображены гистограммой на рис. 2. где n — номер гармоники. Указанные рядом значения частоты относятся к сети 50 Гц.
Соответствующий международному отечественный стандарт ГОСТ Р 51317.3.2-99 "Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе)" введен в действие с 1 января 2002 г. Он распространяется, в честности, на переносные электроинструменты, на пускорегулирующую аппаратуру световых приборов и на приборы со "специальной формой кривой потребляемого тока", к которым отнесены и все импульсные источники питания мощностью более 50 Вт.
Установлены методы испытаний видео-, аудио- и другой бытовой аппаратуры и вычислительной техники на соответствие стандарту Между прочим, испытаниям подлежит каждый из аппаратов, изготовленных в количестве трех и менее экземпляров Радиолюбители должны знать, что электроснабжающая организация имеет формальное право запретить подключать к сети устройство, не прошедшее испытаний или не выдержавшее их.
Согласно стандарту, ток, потребляемый от сети, не должен содержать постоянной составляющей и четных гармоник. В связи с этим запрещены методы управления мощностью, основанные на неодинаковой форме или неравном числе протекающих через нагрузку положительных и отрицательных полупериодов тока, например, подключение нагрузки к сети через однополупериодный выпрямитель.
Это ставит вне закона распространенный среди радиолюбителей способ уменьшения яркости лампы накаливания или температуры жала паяльника с помощью включенного последовательно диода.
В тринисторных и симисторных регуляторах мощности нагрузки к чрезмерному уровню гармоник и пониженному коэффициенту мощности приводит слишком большой угол задержки включения этих полупроводниковых приборов. Согласно стандарту, этот угол не должен превышать 145 град (80 % длительности полупериода).
Выполнить требования ГОСТ Р 51317.3.2-99 проще всего с помощью дополнительного сетевого фильтра. Однако в связи с низкой частотой подавляемых составляющих (от 150 до 2000 Гц) габариты, вес и стоимость такого фильтра для бытовой аппаратуры совершенно неприемлемы Некоторое время назад было найдено другое решение. Достаточно точного совпадения формы потребляемого тока с формой приложенного к выпрямителю синусоидального напряжения, а следовательно, низкого уровня гармоник, можно добиться, заменив сглаживающий конденсатор большой емкости стабилизированным высокочастотным преобразователем напряжения. Генерируемые при этом составляющие тока частотой в десятки килогерц и выше легко устраняет простой и дешевый фильтр.
Такой преобразователь назвали корректором коэффициента мощности (ККМ, англ. PFC — Power Factor Corrector), и с его помощью удается довести этот показатель почти до единицы. Особенность ККМ состоит в том, что постоянное напряжение на его выходе всегда больше амплитуды сетевого. Поэтому питаемые им узлы рассчитывают не на привычные 300, а на ставшие фактическим стандартом 400 В
Несколько фирм выпускают для ККМ специализированные микросхемы. Одну из них применил в своей разработке наш постоянный автор С. Косенко. Он подробно рассказывает о принципе действия, конструкции, налаживании корректора и о его расчете.
Радио №1 2006 год
|
