http___blog.vikiwat.com_podobriteli-na-faktora-na-moshtnosta__1.xml
http___blog.vikiwat.com_2012_08__lang_en_us.xml
1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23
Подобрители (коректори) на фактора на мощността По определение факторът на мощността (Power Factor – PF) на източника на променлив ток – това е отношението на активната мощност във ватове към пълната мощност, изчислени като произведение между ток и напрежение. PF = Активна мощност/ Пълна мощност От този израз се вижда, че коефициентът на мощността може да приема стойности единствено в диапазон между 0 и 1. Следователно, когато токът и напрежението са синусоидални и са във фаза – PF = 1. Ако токът и напрежението са синусоидални и са дефазирани, общата мощност ще е по-голяма от активната и в този случай, коефициентът на мощността е равен на косинус от ъгъла между тока и напрежението. Коефициентът на мощността е равен на 1 в идеалният случай, когато товарът е чисто резистивен и линеен. В реалните електронни системи на офлайн захранванията от типа AC/DC, източника на енергия е с определен импулсен характер и представлява нелинеен товар. В днешно време, най-често се използват именно импулсни захранвания, изкривяващи синусоидалната форма на входния ток и напрежение и довеждащи до промяна на фазовият ъгъл между тях. Когато фазите на тока и напрежението не съвпадат, коефициентът на мощността е по-малък от единица. Освен загуби, коефициентът на мощността, по-малък от единица, предизвиква появата на хармоници, които изместват напреженовата неутрала и влияят зле на работата на други устройства включени в мрежата. Колкото е по-малък факторът на мощността, толкова е по-голямо наличието на хармоници в мрежата и обратно. Именно по тази причина има строги правила, ограничаващи нивото на нелинейните изкривявания, допускани в мрежите за променлив ток. Например в Европа е разработен стандарт EN61000-3-2, определящ допуска за вкарването на хармоници от електронни устройства обратно в мрежата. Той се прилага за всички електронни системи клас D (компютри, лаптопи, монитори, тунери и телевизори), консумиращи повече от 75 W. Този стандарт в днешно време е приет и на международно ниво. За да удовлетворят изискванията на стандартите по отношение на нивото на нелинейните изкривявания и за да поддържат висока стойност на фактора на мощността, в устройствата преобразуващи променлив ток в постоянен с цел захранване на електронни уреди с консумация над 75 W, е необходимо да се предвиди корекция на фактора на мощността (PFC – power factor corection). Поставянето на коректор позволява да се постигне голяма стойност на коефициента на мощността и гарантира намаляване на хармониците в променливотоковата верига. Съществуват много пасивни и активни схеми за корекция на фактора на мощността. Пасивни коректори на фактора на мощността Най-простият начин за контрол на хармониците на тока се осъществява с използването на пасивен филтър, пропускащ ток единствено с мрeжова честота (50-60Hz). Този филтър намалява хармоничните съставки на тока и включеното в мрежата нелинейно устройство, по този начин, започва да прилича по характеристики на линейно. С помощта на филтъра изграден от кондензатори и индуктивности, факторът на мощността може да бъде приближен към единица, обаче недостатъкът на такова решение е необходимостта от използване на високоамперни намотки и високоволтови кондензатори, заемащи много място а и доста скъпи. На фиг.1 се демонстрират входните хармоници на три различни компютърни източници с мощност 250 W на фона на ограничението на стандарта EN/IEC61000-3-2 за устройства клас D. Амплитудите на хармониците са пропорционални на входящата мощност на тези устройства. Пасивният коректор на факторът на мощността осигурява съответствие със стандарта само относно нивото на третия хармоник. Захранването, в което е приложена схема с активен коректор на фактора на мощността не просто отговаря на стандарта EN/IEC61000-3-2, но и значително надвишава неговите изисквания. Независимо от простото схемотехническо решение и честата употреба, схемите с пасивни коректори на фактора на мощността имат редица недостатъци. Първо, габаритите на бобината с индуктивността създава известни ограничения в приложението и в много устройства. Второ, за да се осигури използването на устройството в различни държави е необходимо да се снабди с превключвател за входното напрежение (110/220V). Това от своя страна повишава риска от изгаряне на уреда, вследствие на грешка на ползвателя. И накрая, захранващото напрежение не може да се регулира, което оказва влияние на цената и ефективността на работа на DC/DC преобразувател, разположен след коректора на фактора на мощността. Активни коректори на фактора на мощността Покрай добрите характеристики, ръста в цените на медта и материала на магнитните сърцевини, в съчетание с постоянното намаление на стойността на полупроводниковите елементи, везните се накланят в полза на използването на активните коректори на фактора на мощността. Съществуват три основни вида микросхеми за активни коректори на cosϕ: 1. Режим на критическа проводимост. 2. Режим с непрекъсната проводимост. 3. Режим на прекъсната проводимост. Подобни коректори се предлагат от различни производители, като всеки използва собствена аргументация за обосновка на целесъобразността и областта на приложение на различните коректори. Схемата на управление в режим на критическа проводимост задържа токът в индуктивната бобина на границата между непрекъснатата и прекъснатата проводимост. Някои производители предпочитат да наричат този режим, режим на гранична проводимост и се реализират по разнообразни схеми с управление по напрежение за източници на захранване със средна мощност (до 300 W). За корекция на факторът на мощността в микросхемите са използват метод за управление на времето на включване, позволяващ едновременно да се изпълнят функциите на коректор на cos ϕ и регулация на входното напрежение. Вследствие намаляването на нивото на пиковете, изглаждане на пулсациите и опростяване на филтрирането, режимът на непрекъснатата проводимост широко се прилага при средна и висока мощност. Режимът на прекъсната проводимост се предпочита при устройства със средна и ниска мощност. При създаването на активен контролер на cos ϕ са внедрени цифрови технологии, позволяващи да се изключат ред външни компоненти, необходими при аналогови устройства, и да се предложат решения с малко загуби за захранвания за лаптопи, компютри и цифрови TV приемници. За постигане на фактор на мощността близък до единица и за намаляване на електромагнитните излъчвания в микросхемите се използват алгоритми с управление на времето на включване и контрол на честотата. В заключение можем да кажем, че поради строгите изисквания на стандарти от типа на EN/IEC61000-3-2 и негови международни аналози, производителите на контролери на фактора на мощността в последните години се увеличи, предоставяйки на разработчиците по-големи възможности за създаване на решения за подобряване на фактора на мощността при малки загуби и с минимално количество елементи.
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3.1 3.2 3.3 4.1 5.1 5.2 5.3 5.4 6.1 6.2 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 8.1 8.2 8.3 8.4 9.1 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 11.1 11.2 11.3 11.4 12.1 12.2 12.3
By definition, the Power Factor ( PF) of an AC power source – that is the ratio of the real power in Watts to the apparent power, calculated as the product of current and voltage. PF = Real Power / Apparent Power. Hence, we can see that the power factor can take values only in the range between 0 and 1. Therefore, when the current and voltage are sinusoidal and are in phase – PF = 1. If the current and voltage are sinusoidal and out of phase, the apparent power will be greater than the real power and in this case, the power factor is equal to the cosine of the angle between current and voltage. The power factor is equal to 1 in the ideal case when the load is purely resistive and linear. In real electronic offline power supply systems of the type AC / DC, the power source has a certain pulse nature and is characterized as a non-linear load. Nowadays, namely the switch power supplies, distorting the sinusoidal shape of the input voltage and current and changing the phase angle between them, are the most commonly used ones. Whenthe phases of thecurrent and voltageare not the same, the power factor is lowerthan 1. Besideslosses, the power factorwhich is lower than 1,causesthe appearance ofharmonicsthat shift the voltageneutralandbadlyaffectthe operation ofother devicesconnected to the network. Thelowerpower factor, the greaterthe presence ofharmonicsin the networkand vice versa. For this reason,there are strictrules limitingthe level ofnon-linear distortionspermitted inACnetworks. For example,in Europe there isastandardEN61000-3-2,defining the allowancefor letting harmonicsofelectronic devicesback intothe network. It applies toall ClassD electronic systems (computers, laptops, monitors, TVsandtuners) consuming more than75W. Nowadays, this standardis accepted at international level. To meet the requirements of the standards regarding the level of nonlinear distortions and to maintain the high value of the power factor in AC/DC conversion devices for supplying electronic devices consuming more than 75 W, it is necessary to provide power factor correction (PFC). The presence of such a corrector provides large values of the power factor and ensures a reduction of harmonics in the AC circuit. There are many passive and active circuits for power factor correction. Passive power factor correctors The simplest way to control the current harmonics is using a passive filter, transmitting only electricity with network frequency (50-60Hz). This filter reduces the harmonic components of the current and thus the plugged in non-linear device begins to resemble by characteristics a linear one. Using the filter, composed of capacitors and inductors, the power factor can be brought close to 1. However, the disadvantage of this solution is the need to use high-ampere coils and high-voltage capacitors, which occupy much space and are quite expensive. Figure 1. The comparison of the curves shows that the active controller of the power factor in the power source significantly excels the passive correction and with a large stock meets the requirements of the European standard EN / IEC61000-3-2 in terms of the level of harmonics in the AC network. Figure 1 displays the input harmonics of three different computer sources of 250 W in relation to the restriction of the standard EN / IEC61000-3-2 for class D devices. The amplitudes of the harmonics are proportional to the input power of these devices. The passive power factor corrector provides correspondence with the standard only regarding the level of the third harmonic. The power supply, where there is a circuit with an active power factor corrector not only meets the standard EN / IEC61000-3-2, but significantly exceed its requirements. Regardless of the simple technical solution and the frequent use the circuits which have passive power factor correctors have a variety of disadvantages. First, the dimensions of the coil with the inductance create some limitations regarding its application in many devices. Second, to make sure you can use the device in different countries you need to obtain an input voltage switch (110 / 220V). This in turn increases the risk of burning the unit due to misuse of the user. And finally, the supply voltage cannot be adjusted, which affects the cost and efficiency of the DC / DC converter. Active power factor correctors Along with the good features, the growth in the prices of copper and the material of magnetic cores, combined with the constant decrease in the value of semiconductor components, the scales tilt in favor of the use of active power factor correctors. There are three main types of microcircuits for active cosφ correctors: 1. Critical conductivity mode. Continuous conductivity mode. 3 Interrupted conductivity mode. Correctors of this type are offered by different manufacturers, each using their own arguments to justify the appropriateness and the scope of the various correctors. The control circuit in the critical conductivity mode holds the current in the inductive coil on the boundary between continuous and interrupted conductivity. Some manufacturers prefer to call this mode – boundary conductivity mode. To correct the power factor, microcircuits use a method of managing the switching time, allowing the simultaneous fulfillment of the functions of cos φ corrector and regulation of the input voltage. Due to the peak level reduction, the leveling out of the pulsations and the filtering simplification, the continuous conductivity mode is widely used when the power is medium or high. The interrupted conductivity mode is preferred for devices with medium and low power. When creating an active controller of cos φ, digital technologies are embedded which allow the exclusion of some external components that are required in analog devices and searching for new solutions with little losses for supplying power to laptop computers and digital TV receivers. Microcircuits use algorithms with switching frequency control and timing control in order to achieve a power factor close to 1 and to reduce electromagnetic radiation. In conclusion we can say that due to the strict requirements of standards such as EN / IEC61000-3-2 and its international analogues, the number of manufacturers of power factor correctors has increased in recent years, giving developers greater opportunities to create solutions to improve the power factor at low losses and with minimal number of components.