Контроллер коэффициента мощности источника электропитания ПКП, основные параметры, типовая схема подключения.

Широкое распространение бытовых устройств, оснащенных импульсным источником питания приводит к заметному увеличению доли реактивной мощности в полной мощности питающей сети.

Рост реактивной мощности значительно увеличивает нагрузку на генерирующие и распределительные устройства и на соединительные электрические кабеля. Для преодоления этого недостатка предлагаются устройства, повышающие коэффициент мощности импульсного источника питания.

Коэффициент мощности (КМ) определяется как отношение между активной (полезной) и полной (активной и реактивной) мощностью потребляемой нагрузкой, которая, например, питается от преобразователя напряжения (ИИП).

Значение КМ теоретически может изменяться от менее чем 1 % до 100%, в зависимости от соотношения между активной и реактивной мощностями. При этом КМ может быть опережающим (при емкостном характере нагрузки), или отстающим (при индуктивном характере нагрузки).

Таким образом, задачей корректора КМ является сведение к нулю сдвига фаз между током и напряжением или, иными словами, нейтрализация емкостной и индуктивной составляющих нагрузки преобразователя напряжения.

Существует несколько способов уменьшения негативного влияния преобразователя на питающую сеть. Вот некоторые из них:

Использование многоступенчатого фазового управления (рисунок 3).

Рис. 3. Использование многоступенчатого фазового управления

Применение выпрямителя с отводами от трансформатора приводит к увеличению числа пульсаций за период. Чем больше ответвлений от трансформатора, тем больше число пульсаций за период, тем ближе форма входного тока к синусоидальной. Существенным недостатком этого метода является высокая стоимость и габариты трансформатора с достаточным количеством ответвлений (для достижения эффекта их должно быть больше, чем на рисунке). Изготовление моточного элемента такой сложности – весьма непростая задача, плохо поддающаяся автоматизации – отсюда и цена. А если разрабатываемый источник вторичного электропитания мелкосерийный, то такой способ однозначно неприемлем.

Рис. 4. Многофазный выпрямитель

· Увеличения фазности выпрямителя. Метод приводит к увеличению числа пульсаций за период. Недостатком метода является очень сложная конструкция трансформатора, дорогой и громоздкий выпрямитель. Кроме того, не у всех потребителей имеется трехфазная сеть.

· Использование корректоров коэффициента мощности (ККМ). Существуют электронные и неэлектронные ККМ. В качестве неэлектронных ККМ широко применяются электромагнитные компенсаторы реактивной мощности – синхронные двигатели, вырабатывающие в сеть реактивную мощность. Очевидно, в силу понятных причин, такие системы непригодны для бытового потребителя. Электронные ККМ – система схемотехнических решений, призванная увеличить коэффициент мощности – является, пожалуй, самым оптимальным решением для бытового потребления.

Принцип работы ККМ

Основная задача ККМ – сведение к нулю отставания потребляемого тока от напряжения в сети при сохранении синусоидальной формы тока. Для этого необходимо отбирать от сети ток не короткими интервалами, а на всем периоде работы. Мощность, отбираемая от источника, должна оставаться постоянной даже в случае изменения напряжения сети. Это значит, что при снижении напряжения сети ток нагрузки должен быть увеличен, и наоборот. Для этих целей пригодны преобразователи с индуктивным накопителем и передачей энергии на обратном ходу.

Методы коррекции можно условно разделить на низкочастотные и высокочастотные. Если частота работы корректора намного выше частоты питающей сети – это высокочастотный корректор, в противном случае – низкочастотный.

Рассмотрим принцип работы типового корректора мощности (рисунок 5). На положительной полуволне, в момент перехода сетевого напряжения через ноль, открывается транзистор VT1, ток протекает по цепи L1-VD3-VD8. После запирания транзистора VT1, дроссель начинает отдавать накопленную в нем энергию, через диоды VD1 и VD6 в фильтрующий конденсатор и нагрузку. При отрицательной полуволне процесс имеет аналогичный характер, только работают другие пары диодов. В результате применения такого корректора ток потребления имеет псевдосинусоидальный характер, а коэффициент мощности достигает значения 0,96...0,98. Недостатком такой схемы являются большие габариты, обусловленные применением низкочастотного дросселя.

Рис. 5. Типовая схема низкочастотного ККМ

Повышение частоты работы ККМ позволяет сократить габариты фильтра (рисунок 6). При открытом силовом ключе VT1 ток в дросселе L1 линейно нарастает – при этом диод VD5 заперт, а конденсатор С1 разряжается на нагрузку.

Рис. 6. Схема высокочастотного ККМ

Затем транзистор запирается, напряжение на дросселе L1 отпирает диод VD5 и дроссель отдает накопленную энергию конденсатору, одновременно питая нагрузку (рисунок 7). В простейшем случае схема работает с постоянным рабочим циклом. Существуют способы увеличения эффективности коррекции путем динамического изменения рабочего цикла (т.е. путем согласования цикла с огибающей напряжения сетевого выпрямителя).

Рис. 7. Формы напряжений и токов высокочастотного ККМ: а) с переменной частотой коммутации, б) с постоянной частотой коммутации