Power factor correction что это
PFC(Power Factor Correction) переводится как «Коррекция фактора мощности», встречается также название «компенсация реактивной мощности».
Применительно к импульсным блокам питания (в системных блоках компьютеров в настоящее время используются БП только такого типа) этот термин означает наличие в блоке питания соответствующего набора схемотехнических элементов, который также принято называть «PFC». Эти устройства предназначены для снижения потребляемой блоком питания реактивной мощности.
Собственно фактором или коэффициентом мощности называется отношение активной мощности (мощности, потребляемой блоком питания безвозвратно) к полной, т.е. к векторной сумме активной и реактивной мощностей. По сути коэффициент мощности (не путать с КПД!) есть отношение полезной и полученной мощностей, и чем он ближе к единице – тем лучше.
PFC бывает двух разновидностей – пассивный и активный. При работе импульсный блок питания без каких-либо дополнительных PFC потребляет мощность от сети питания короткими импульсами, приблизительно совпадающими с пиками синусоиды сетевого напряжения.
На условной осциллограмме зеленый «луч» – сетевое напряжение, а желтый – потребляемый блоком питания от сети ток. При такой картине фактор мощности получается равен приблизительно 0,7 – то есть почти треть мощности создаёт дополнительную нагрузку на электропроводку, не производя никакой полезной работы.
Для частных пользователей эта цифра не имеет принципиального значения, т.к. квартирные электросчетчики учитывают только активную мощность, а для крупных офисов и вообще любых помещений, где одновременно работает множество компьютеров и другой техники с импульсными БП, низкий коэффициент мощности представляет собой заметную проблему, ибо вся электропроводка и сопутствующее оборудование должно рассчитываться исходя именно из полной мощности – иначе говоря, при коэффициенте мощности 0,7 оно должно быть на треть мощнее, чем могло бы быть. Наиболее простым и потому наиболее распространенным является так называемый пассивный PFC, представляющий собой обычный дроссель сравнительно большой индуктивности, включенный в сеть последовательно с блоком питания.
Пассивный PFC несколько сглаживает импульсы тока, растягивая их во времени – однако для серьезного влияния на коэффициент мощности необходим дроссель большой индуктивности, габариты которого не позволяют установить его внутри компьютерного блока питания. Типичный коэффициент мощности БП с пассивным PFC cоставляет всего лишь около 0,75.
Активный PFC представляет собой еще один импульсный источник питания, причем повышающий напряжение. Как видно, форма тока, потребляемого блоком питания с активным PFC, очень мало отличается от потребления обычной резистивной нагрузки – результирующий коэффициент мощности такого блока может достигать 0,95. 0,98 при работе с полной нагрузкой.Правда, по мере снижения нагрузки коэффициент мощности уменьшается, в минимуме опускаясь примерно до 0,7. 0,75 – то есть до уровня блоков с пассивным PFC. Впрочем, надо заметить, что пиковые значения тока потребления у блоков с активным PFC все равно даже на малой мощности оказываются заметно меньше, чем у всех прочих блоков.
Помимо того, что активный PFC обеспечивает близкий к идеальному коэффициент мощности, так еще, в отличие от пассивного, он улучшает работу блока питания — он дополнительно стабилизирует входное напряжение основного стабилизатора блока – блок становится заметно менее чувствительным к пониженному сетевому напряжению, также при использовании активного PFC достаточно легко разрабатываются блоки с универсальным питанием 110. 230В, не требующие ручного переключения напряжения сети. (Такие БП имеют специфическую особенность – их эксплуатация совместно с дешёвыми ИБП, выдающими ступенчатый сигнал при работе от батарей может приводить к сбоям в работе компьютера, поэтому производители рекомендуют использовать в таких случаях ИБП класса Smart, всегда подающие на выход синусоидальный сигнал.)
Также использование активного PFC улучшает реакцию блока питания во время кратковременных (доли секунды) провалов сетевого напряжения – в такие моменты блок работает за счет энергии конденсаторов высоковольтного выпрямителя, эффективность использования которых увеличивается более чем в два раза. Ещё одним преимуществом использования активного PFC является более низкий уровень высокочастотных помех на выходных линиях, т.е. такие БП рекомендуются для использования в ПК с периферией, предназначенной для работы с аналоговым аудио/видео материалом.
Power factor correction что это
В последние десятилетия количество электроники, используемой в домашних условиях, в офисах и на производстве, резко увеличилось, и в большинстве устройств применяются импульсные источники питания. Такие источники генерируют гармонические и нелинейные искажения тока, которые отрицательно влияют на проводку электросети и электроприборы, подключенные к ней. Это влияние выражается не только в разного рода помехах, сказывающихся на работе чувствительных устройств, но и в перегреве нейтральной линии. При протекании в нагрузках токов со значительными гармоническими составляющими, не совпадающими по фазе с напряжением, ток в нейтральном проводе (который при симметричной нагрузке, практически, равен нулю) может увеличится до критического значения.
Международная электротехническая комиссия (МЭК) и Европейская организация по стандартизации в электротехнике (CENELEC) приняли стандарты IEC555 и EN60555, устанавливающие ограничения на содержание гармоник во входном токе вторичных источников электропитания, электронных нагрузках люминесцентных ламп, драйверах двигателей постоянного тока и аналогичных приборах.
Один из эффективных способов решения этой задачи — применение корректоров коэффициента мощности PFC (Power Factor Correction). На практике это означает, что во входную цепь практически любого электронного устройства с импульсными преобразователями необходимо включать специальную PFC-схему, обеспечивающую снижение или полное подавление гармоник тока.
Коррекция коэффициента мощности
Типичный импульсный источник питания состоит из сетевого выпрямителя, сглаживающего конденсатора и преобразователя напряжения. Такой источник потребляет мощность только в те моменты, когда напряжение, подаваемое с выпрямителя на сглаживающий конденсатор, выше напряжения на нем (конденсаторе), что происходит в течение примерно четверти периода. В остальное время источник не потребляет мощности из сети, так как нагрузка питается от конденсатора. Это приводит к тому, что мощность отбирается нагрузкой только на пике напряжения, потребляемый ток имеет форму короткого импульса и содержит набор гармонических составляющих (см. рис. 1).
Вторичный источник питания, имеющий коррекцию коэффициента мощности, потребляет ток с малыми гармоническими искажениями, равномернее отбирает мощность от сети, имеет коэффициент амплитуды (отношение амплитудного значения тока к его среднеквадратичному значению) ниже, чем у некорректированного источника. Коррекция коэффициента мощности снижает среднеквадратическое значение потребляемого тока, что позволяет подключать к одному выводу электросети больше разных устройств, не создавая в ней перегрузок по току (см. рис. 2).
Коэффициент мощности
Коэффициент мощности (Power Factor PF) — параметр, характеризующий искажения, создаваемые нагрузкой (в нашем случае — источником вторичного электропитания) в сети переменного тока. Существует два вида искажений — гармонические и нелинейные. Гармонические искажения вызываются нагрузкой реактивного характера и представляют собой сдвиг фаз между током и напряжением. Нелинейные искажения вносятся в сеть «нелинейными» нагрузками. Эти искажения выражаются в отклонении формы волны тока или напряжения от синусоиды. В случае гармонических искажений коэффициентом мощности считается косинус разности фаз между током и напряжением или отношение активной мощности к полной мощности, потребляемой из сети. Для нелинейных искажений коэффициент мощности равен доле мощности первой гармонической составляющей тока в общей мощности, потребляемой устройством. Его можно считать показателем того, насколько равномерно устройство потребляет мощность от электросети.
В общем случае коэффициент мощности — это произведение косинуса угла разности фаз между напряжением и током на косинус угла между вектором основной гармоники и вектором полного тока. К такому определению приводят рассуждения, приводимые ниже. Действующий ток, протекающий в активной нагрузке, имеет вид:
где I 2 nэфф — постоянная составляющая (в случае синусоидального напряжения равна нулю), I 2 1эфф — основная гармоника, а под знаком суммы — младшие гармоники. При работе на реактивную нагрузку в этом выражении появляется реактивная составляющая, и оно принимает вид:
I 2 эфф=I 2 0+(I 2 1эфф(P) +I 2 1эфф(Q))+SI 2 nэфф. Активная мощность — это среднее за период значение мощности, выделяемой на активной нагрузке.
Ее можно представить в виде произведения действующего напряжения на активную составляющую тока P=Uэфф Ч I1эфф(P). Физически это энергия, выделяющаяся в виде тепла в единицу времени на активном сопротивлении. Под реактивной мощностью понимают произведение действующего напряжения на реактивную составляющую тока: Q=Uэфф Ч I1эфф(Q). Физический смысл — это энергия, которая перекачивается два раза за период от генератора к нагрузке и два раза — от нагрузки к генератору. Полной мощностью называется произведение действующего напряжения на общий действующий ток: S=U эфф Ч Iэфф(общ). На комплексной плоскости его можно представить как сумму векторов P и Q, откуда видна зависимость I 2 =I1эфф(общ) cos j, где j — угол между векторами P и Q, который также характеризует разность фаз между током и напряжением в цепи.
Основываясь на вышесказанном, выводим определение для коэффициента мощности:
Стоит заметить, что отношение (I1эфф)/(Iэфф(общ) ) есть косинус угла между векторами, соответствующими действующему значению общего тока и действующему значению его первой гармоники. Если обозначить этот угол q, то выражение для коэффициента мощности принимает вид: PF=cos j Ч cos q. Задача коррекции коэффициента мощности состоит в том, чтобы приблизить к нулю угол разности фаз j между напряжением и током, а также угол q гармонических искажений потребляемого тока (или, другими словами, максимально приблизить форму кривой тока к синусоиде и максимально компенсировать фазовый сдвиг).
Коэффициент мощности выражается в виде десятичной дроби, значение которой лежит в пределах от 0 до 1. Его идеальное значение — единица (для сравнения, типичный импульсный источник питания без коррекции имеет значение коэффициента мощности около 0,65), 0,95 — хорошее значение; 0,9 — удовлетворительное; 0,8 — неудовлетворительное. Применение коррекции коэффициента мощности может увеличить коэффициент мощности устройства с 0,65 до 0,95. Вполне реальны и значения в пределах 0,97…0,99. В идеальном случае, когда коэффициент мощности равен единице, устройство потребляет из сети синусоидальный ток с нулевым фазовым сдвигом относительно напряжения (что соответствует полностью активной нагрузке с линейной вольтамперной характеристикой).
Пассивная коррекция коэффициента мощности
Пассивный метод коррекции чаще всего применяется в недорогих малопотребляющих устройствах (где не предъявляется строгих требований к интенсивности младших гармоник тока). Пассивная коррекция позволяет достичь значения коэффициента мощности около 0,9. Это удобно в случае, когда источник питания уже разработан, остается только создать подходящий фильтр и включить его в схему на входе.
Пассивная коррекция коэффициента мощности состоит в фильтрации потребляемого тока при помощи полосового LC-фильтра. Этот метод имеет несколько ограничений. LC-фильтр может быть эффективен как корректор коэффициента мощности только в случае, если напряжение, частота и нагрузка изменяются в узком интервале значений . Так как фильтр должен работать в области низких частот (50/60 Гц), его компоненты имеют большие габариты, массу и малую добротность (что не всегда приемлемо). Во-первых , количество компонентов при пассивном подходе намного меньше и, следовательно — время наработки на отказ больше, и во вторых, при пассивной коррекции создается меньше электромагнитных и контактных помех, чем при активной.
Активная коррекция коэффициента мощности
Активный корректор коэффициента мощности должен удовлетворять трем условиям:
1) Форма потребляемого тока должна быть как можно ближе к синусоидальной и — «в фазе» с напряжением. Мгновенное значение тока, потребляемого от источника, должно быть пропорционально мгновенному напряжению сети.
2) Отбираемая от источника мощность должна оставаться постоянной даже в случае изменения напряжения сети. Это значит, что при снижении напряжения сети ток нагрузки должен быть увеличен, и наоборот.
3) Напряжение на выходе PFC-корректора не должно зависеть от величины нагрузки. При снижении напряжения на нагрузке должен быть увеличен ток через нее, и наоборот.
Существует несколько схем, при помощи которых можно реализовать активную коррекцию коэффициента мощности. Наиболее популярна в настоящее время «схема преобразователя с повышением» (boost converter). Эта схема удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к современным источникам питания. Во-первых , она позволяет работать в сетях с различными значениями питающего напряжения (от 85 до 270 В) без ограничений и каких-либо дополнительных регулировок. Во-вторых , она менее восприимчива к отклонениям электрических параметров сети (скачки напряжения или кратковременное его отключение). Еще одно достоинство этой схемы — более простая реализации защиты от перенапряжений. Упрощенная схема «преобразователя с повышением» приведена на рис. 3.
Принцип работы
Стандартный корректор коэффициента мощности представляет собой AD/DC-преобразователь с широтно-импульсной (PWM) модуляцией. Модулятор управляет мощным (обычно MOSFET) ключом, который преобразует постоянное или выпрямленное сетевое напряжение в последовательность импульсов, после выпрямления которых на выходе получают постоянное напряжение.
Временные диаграммы работы корректора показаны на рис. 4. При включенном MOSFET-ключе ток в дросселе линейно нарастает — при этом диод заперт, а конденсатор С2 разряжается на нагрузку. Затем, когда транзистор запирается, напряжение на дросселе «открывает» диод и накопленная в дросселе энергия заряжает конденсатор С2 (и одновременно питает нагрузку). В приведенной схеме (в отличие от источника без коррекции) конденсатор С1 имеет малую емкость и служит для фильтрации высокочастотных помех. Частота преобразования составляет 50. 100 кГц. В простейшем случае схема работает с постоянным рабочим циклом. Существуют способы увеличения эффективности коррекции динамическим изменением рабочего цикла (согласованием цикла с огибающей напряжения от сетевого выпрямителя).
Схема «преобразователя с повышением» может работать в трех режимах: непрерывном , дискретном и так называемом «режиме критической проводимости ». В дискретном режиме в течение каждого периода ток дросселя успевает «упасть» до нуля и через некоторое время снова начинает возрастать, а в непрерывном — ток, не успев достигнуть нуля, снова начинает возрастать. Режим критической проводимости используется реже, чем два предыдущих. Он сложнее в реализации. Его смысл в том, что MOSFET открывается в тот момент, когда ток дросселя достигает нулевого значения. При работе в этом режиме упрощается регулировка выходного напряжения.
Выбор режима зависит от требуемой выходной мощности источника питания. В устройствах мощностью более 400 Вт используется непрерывный режим, а в маломощных — дискретный. Активная коррекция коэффициента мощности позволяет достичь значений 0,97. 0,99 при коэффициенте нелинейных искажений THD (Total Harmonic Distortion) в пределах 0,04. 0,08.
Что такое PFC и зачем это нужно
Наверняка многие из вас видели на компьютерном блоке питания таинственные буквы «PFC». Сразу скажем, что на самых дешевых блоках этих букв, скорее всего, не будет. Хотите, я открою вам эту страшную тайну? Внимайте!
Что такое PFC?
PFC – это аббревиатура от слов Power Factor Correction (коррекция коэффициента мощности). Перед тем, как расшифровать этот термин, вспомним какие бывают виды мощности.
Активная и реактивная мощность
Еще в школьном курсе физики нам рассказывали, что мощность бывает активная и реактивная.
Активная мощность делает полезную работу, в частности, выделяясь в виде тепла.
Классический примеры — утюг и лампа накаливания. Утюг и лампочка — почти чисто активная нагрузка, напряжение и ток на такой нагрузке совпадают по фазе.
Но существует и нагрузка с реактивностью — индуктивная (электродвигатели) и емкостная (конденсаторы). В реактивных цепях существует сдвиг фаз между током и напряжением, так называемый косинус φ (Фи).
Ток может отставать от напряжения (в индуктивной нагрузке) или опережать его (в емкостной нагрузке).
Реактивная мощность не производит полезной работы, а только болтается от генератора к нагрузке и обратно, бесполезно нагревая провода.
Это означает, что проводка должна иметь запас по сечению.
Чем больше сдвиг фаз между током и напряжением, тем большая часть мощности бесполезно рассеивается на проводах.
Реактивная мощность в блоке питания
В компьютерном блоке питания после выпрямительного моста стоят конденсаторы достаточно большой емкости. Таким образом, присутствует реактивная составляющая мощности. Если компьютер используется дома, то обычно проблем никаких не возникает. Реактивная мощность обычным бытовым счетчиком электроэнергии не фиксируется.
Но в здании, где установлена сотня или тысяча компьютеров, учитывать реактивную мощность необходимо!
Типичное значение косинуса Фи для компьютерных блоков питания без коррекции — около 0,7, т. е. проводка должна быть рассчитана с 30% запасом по мощности.
Однако излишней нагрузкой на провода дело не ограничивается!
В самом блоке питания ток через входные высоковольтные диоды протекает в виде коротких импульсов. Ширина и амплитуда этих импульсов может меняться в зависимости от нагрузки.
Большая амплитуда тока неблагоприятно влияет на высоковольтные конденсаторы и диоды, сокращая срок их службы. Если выпрямительные диоды выбраны «впритык» (что часто бывает в дешевых моделях), то надежность всего блока питания еще более снижается.
Как осуществляется коррекция коэффициента мощности?
Для борьбы со всеми этими явлениями и используют устройства, повышающие коэффициент мощности.
Они делятся на активные и пассивные.
Пассивная схема PFC представляет собой дроссель, включенный между выпрямителем и высоковольтными конденсаторами.
Дроссель — это индуктивность, обладающая реактивным (точнее, комплексным) сопротивлением.
Характер ее реактивности противоположен емкостному сопротивлению конденсаторов, поэтому происходит некоторая компенсация. Индуктивность дросселя препятствует нарастанию тока, импульсы тока слегка растягиваются, их амплитуда уменьшается.
Однако косинус φ повышается незначительно и большого выигрыша по реактивной мощности не происходит.
Для более существенной компенсации применят активные схемы PFC.
Активная схема повышает косинус φ до 0,95 и выше. Активная схема содержит в себе повышающий преобразователь на основе индуктивности (дросселя) и силовых коммутирующих элементов, которые управляются отдельным контроллером. Дроссель периодически то запасает энергию, то отдает ее.
На выходе PFC стоит фильтрующий электролитический конденсатор, но меньшей емкости. Блок питания с активной PFC менее чувствителен к кратковременным «провалам» питающего напряжения, что является преимуществом. Однако применение активной схемы удорожает конструкцию.
В заключение отметим, что наличие PFC в конкретном питающем блоке можно идентифицировать по буквам «PFC” или «Active PFC”. Однако могут быть случаи, когда надписи не соответствуют действительности.
Однозначно судить о наличии пассивной схемы можно по наличию достаточно увесистого дросселя, а активной — по наличию еще одного радиатора с силовыми элементами (всего их должно быть три).
Вот так, друзья! Хитро компьютерный блок питания устроен, не правда ли?
До встречи на блоге!
Как отремонтировать блок питания компьютера. Часть 2
Ремонт компьютерного блока питания. Окончание
Обсуждение: 34 комментария
Спасибо, интересная информация .
Информация интересная и не совсем правильная.
Компенсация коэффициента мощности нужна не из-за работы выпрямителя, он тут совершенно не причём,а из-за работы высокочастотного преобразователя напряжения, который после выпрямителя -вся реактивка там.
Это как? Поясните.
Здравствуйте, Виктор! Интересную тему вы затронули, редко её описывают на компьютерных блогах :good: Для полноты картины можно упомянуть, что не все ИБП совместимы с блоками питания с Active PFC, это нужно учитывать при выборе как БП, так и ИБП 🙂
Да, Сергей, вы правы. Бывает так что, не всегда БП с активным PFC совместимы с конкретным ИБП.
Здравствуйте, Виктор! А как определить эту совместимость?
Совместимость БП компьютера с ИБП? Экспериментальным образом.
До раздела «Реактивная мощность в блоке питания» все верно, а дальше куча ерунды. Если коротко и обобщить то: — Блок питания компьютера это абсолютно активная нагрузка , там нет реактива. А значит не нужны ни какие компенсаторы реактивной мощности.
— Коэффициент мощности ИБП — это коэффициент нелинейных искажений и к косинусу Фи он не имеет ни какого отношения.
— Конденсаторы на входе, после диодного моста, ловят провалы напряжения и естественно не являются реактивной нагрузкой, так как работают уже в сети выпрямленного (постоянного пульсирующего) тока.
— Дроссель в корректоре выполняет абсолютно другую функцию, его ЭДС самоиндукции сглаживает нарастание и спад импульсов входного тока.
— Активный корректор приводит форму тока потребления к синусоиде. Почти.
«Блок питания компьютера это абсолютно активная нагрузка», «конденсаторы на входе … не являются реактивной нагрузкой». Блок питания в целом является реактивной нагрузкой. Реактивность там появляется как раз из-за наличия конденсатора. Но вызвана она не тем, что конденсатор представляет собой реактивное сопротивление, а тем, что импульсы потребляемого тока нагруженным выпрямителем имеют импульсный характер. Подводимое напряжение является синусоидальным (в первом приближении), а потребляемый ток — нет.
Несинусоидальные ток и напряжение могут быть представленными рядами Фурье из гармоник, кратных основной. Мгновенная мощность — это произведение рядов Фурье тока и напряжения, и в каждый конкретный момент может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Отрицательное значение мощности значит, что мощность отдается от нагрузки к источнику. Т.е. это и есть реактивная мощность. «А значит не нужны ни какие компенсаторы реактивной мощности».
Раз ставят, значит нужны. С дросселем вы в целом правы, я был менее точен. Он растягивает импульсы тока, что уменьшает реактивность. «Активный корректор приводит форму тока потребления к синусоиде. Почти.» Да, вы правы. Поэтому и уменьшается реактивность. «Коэффициент мощности ИБП — это коэффициент нелинейных искажений и к косинусу Фи он не имеет ни какого отношения». Каких нелинейных искажений? Коэффициент мощности — это отношение активной мощности к полной (активной и реактивной). Если есть реактивная мощность, то он будет меньше единицы. Причем тут нелинейные искажения?
У компьютерного блока питания вообще нет понятия «косинус Фи» из-за отсутствия сдвига фазы потребляемого тока ко входному напряжению.
Вы хотите сказать, что в компьютерном блоке питания нет реактивностей, и он представляет собой чисто активную нагрузку?
Надо бы добавить, что у БП, из-за ёмкостного характера нагрузки после диодного моста, косинус Фи отрицательный.
Здраствуйте. Подскажите как определить мощность или емкость дросселя. Моя подгорела и жутко жужит но работает, хочу поменять пока не сгорело все. Не смог найти такой же и хотел поменять другой но с такими же характеристиками
Здравствуйте, Ахмад. Если у вас пассивный PFC, то возьмите любой подходящий по габаритам дроссель от блока питания такой же мощности (или близкой) с пассивной PFC. Толку от него все равно немного.
Power factor correction что это
Думаємо, що ніколи про це не замислювалися.
Функцією PFC (Power Factor Correction або корекція коефіцієнта потужності) не надто відома споживачам і багато хто просто не знають про неї. Хоча в комп’ютерних блоках живлення (БП) вона застосовується вже давно. І кожен хто користується стаціонарним комп’ютером вдома або на роботі вже давно її використовує.
При цьому оибираючи блок живлення для світлодіодного освітлення (так званий LED-драйвер) або блок живлення для світлодіодної реклами (LED екран) мало хто звертає увагу на такий параметр як PF (Power Factor, укр. Коефіцієнт потужності) або на наявність в БП функції PFC (корекція коефіцієнта потужності).
- Що таке коефіцієнт потужності.
- Зв’язок коефіцієнта потужності і «косинуса фі».
- Для кого важливий коефіцієнт потужності.
- Корекція коефіцієнта потужності (PFC) в імпульсних блоках живлення.
- Імпульсний блок живлення без функції PFC.
- Імпульсний блок живлення з функцією PFC.
Що таке коефіцієнт потужності.
«Коефіцієнт потужності (eng. PF — Power Factor) .- безрозмірна фізична величина, що характеризує споживача змінного електричного струму з точки зору наявності в навантаженні реактивної складової і потужності спотворення (збірна назва — неактивна потужність).»
Кому цікаво може почитати в популярній формі в статті. Вікіпедії, звідки взята цитата.
Потрібно відзначити, що коефіцієнт потужності може бути від нуля до одиниці. І чим ближче його значення до «1», тим краще.
Причому, тут потрібно відрізняти два різних чинники: власне реактивна потужність і спотворення форми напруги (через різкі сплески споживаного струму). Обидва вони істотно збільшує навантаження на електромережі та обладнання:
Реактивна потужність. Це параметр енергопостачання обладнання з індуктивним або емкосним характером навантаження, так званої реактивного навантаження, при якому струм випереджає або відстає від напруги (мережевого) напруги по фазі. Активною є тільки чисто резистивне навантаження на зразок нагрівачів, ТЕН-ів (з деякими застереженнями).
Тут обов’язково потрібно згадати, що окремі категорії такі, як промислові підприємства і організації сплачують за цю реактивну потужність. Побутові споживачі за неї не платять. Але є ще один фактор.
Спотворення форми напруги — це спотворення форми напруги живлення через нерівномірне навантаження в часі. Таке спотворення з одного боку збільшує навантаження на трансформатори. З іншого боку, воно впливає на якість електроенергії на самому об’єкті: призводить до «осіданням напруги» на піку споживання і може впливати на роботу іншого обладнання.
Зв’язок коефіцієнта потужності і «косинуса фі».
У загальному випадку коефіцієнт потужності і «косинус фі» — різні поняття.
«Косинус фі» — дорівнює косинусу зсуву фаз змінного струму, що протікає через навантаження, щодо прикладеного до неї ж напруги. І цей параметр має значення якщо форма струму і напруги зберігають синусоїдальну форму.
Корекція коефіцієнта потужності (PFC) в імпульсних блоках харчування.
Почнемо з того як працюють вхідні кола простого імпульсного блоку живлення без коректора коефіцієнта потужності.
- Живлення від мережі подається на вхід блоку живлення.
- Проходить запобіжник, і вхідний фільтр (якщо вам, звичайно, пощастило і виробник його поставив).
- Випрямляється діодами до пульсуючої напруги (проміжний етап для отримання постійної напруги). Тобто проходячи через діоди напруга вже може заряджати вхідні конденсатори.
- Пульсує напруга заряджає вхідні конденсатори. Ємність вхідних конденсаторів блоку живлення досить велика і там запасається енергія для подальшого перетворення.
Далі в справу вступають транзистори для формування високочастотних імпульсів, і високочастотний трансформатор, які використовують енергію з вхідних конденсаторів. але це нам зараз не важливо з точки зору процесів в мережі.
Для мережі імпульсний блок живлення (без функції PFC) являє собою конденсатор великої ємності, який постійно розряджається і кожен напівперіод заряджається від мережі.
Розглянемо два блоки живлення однакової потужності з однаковим навантаженням.
Імпульсний блок живлення без функції PFC.
Вхідні ланцюги абсолютної більшості імпульсних блоків живлення схожі: на вході запобіжник, фільтр перешкод, діодний міст і вхідні ємності (кілька конденсаторів великої ємності).
Осцилограма вхідної напруги і вхідного струму блоку живлення без PFC показана на малюнку 1.
Малюнок 1. Процеси в мережі при роботі БЖ без функція PFC
На малюнку 1 блакитна лінія — мережеве напруга, жовта — струм у вхідному ланцюзі живлення блоку живлення. Тут дуже добре видно, що споживання струму не постійне, а проходить імпульсами. Це відбувається в ті моменти, коли мережева напруга перевищує залишкову напругу на вхідних конденсаторах. Так само добре видно, що в моменти споживання струму спотворюється форма напруги.
Попри те, що говорили нам в навчальних закладах на уроках електротехніки, мережа — не зовсім джерело напруги. Сувора реальність приходить у вигляді:
- трансформатора на підстанції, який має цілком нормовані обмеження у вигляді номінальної потужності,
- і у вигляді кабелів і шнурів живлення, що мають малеий але кінцевий опір.
У данного блоку живлення без PFC пікова амплітуда імпульсів струму досягає 25А і цього достатньо, щоб в даному колі спотворювати форму напруги.
Імпульсний блок живлення з функцією PFC.
В такому блоці живлення після випрямних діодів є схема коректора коефіцієнта потужності (PFC).
На малюнку 2 показана осцилограма вхідної напруги і вхідного струму блоку живлення такої ж потужності як в першому випадку, але з функцією PFC.
Малюнок 2. Процеси в мережі при роботі БП з функція PFC
Добре помітно, що з функцією PFC споживання струму з мережі відбувається більш рівномірно, і форма напруги практично не спотворена. Крім того, піковий струм став істотно менше (10,6 А проти 25 А без функції PFC).
На що впливає практичне збільшення коефіцієнта потужності.
Практично коефіцієнт потужності 0,95 і вище вважається відмінним показником. Поліпшення коефіцієнта потужності (eng. PF — Power Factor) до прийнятної величини 0,93 — 0,95 дозволяє:
- зменшення перешкод в мережу внаслідок більш низького коефіцієнта гармонік струму живлення;
- зниження вимог до площадки поперечного перерізу проводів живлення і енергетичної інфраструктури;
- дозволяє експлуатувати мережі із зниженою напругою або з періодичним зниженням напруги живлення (так званими «осіданням»);
- відсутність претензій від замовника по реактивній складової потужності на об’єкті.
Кому важливо збільшення коефіцієнта потужності блоків живлення.
Збільшення коефіцієнта потужності для блоків живлення важливо:
- промисловим споживачам;
- організаціям, які експлуатують великі рекламні світлодіодні екрани (LED-екрани);
- ЖК організаціям, що забезпечує освітлення.
У нашому інтернет магазині представлені блоки живлення як з функцією PFC так без функції PFC (виробництва CZCL і Mean Well).
Кілька прикладів блоків живлення з функцією PFC.
Блок живлення для світлодіодних екранів (гарантія 2 роки)
Стабілізація по напрузі. Вихідний струм 60А (максимальний), Вихідна напруга 5В, Потужність 300 Вт, Вхідна напруга 85 ~ 264VAC, Робоча температура -20 ~ + 70 ° С (до + 50 ° С 100% навантаження), Захист: від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву, Функція PFC …
Аналог Mean Well RSP-320-5.
Промислові LED-драйвери серії (гарантія 5 років)
Стабілізація по напрузі. Вихідний струм 12,5А (максимальний), Вихідна напруга 12 В, Потужність 150 Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист: від перевантаження, від короткого замикання , від перенапруги, від перегріву, Функция PFC …
Аналог Mean Well ELG-150-12.
Стабілізація по напрузі. Вихідний струм 4,17А (максимальний), Вихідна напруга 36 В, Потужність 151,2 Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист: від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву, Функція PFC …
Аналог Mean Well ELG-150-36A.
Стабілізація по току, з діммірованіем 3-in-1 (0-10VDC, 10V PWM сигнал і 0-100K резистор). Вихідний струм 4,17А, Вихідна напруга 18 . 36 В, Потужність 151,2Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву, Функція PFC …
Аналог Mean Well ELG-150-36AB.
Стабілізація по напрузі. Вихідний струм 3,15А (максимальний), Вихідна напруга 48В, Потужність 151,2Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист: від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву, Функція PFC …
Аналог Mean Well ELG-150-48A.
Стабілізація по току, з діммірованіе 3-in-1 (0-10VDC, 10V PWM сигнал і 0-100K резистор). Вихідний струм 3,15А, Вихідна напруга 24 . 48 В, Потужність 151,2 Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву , Функція PFC …
Аналог Mean Well ELG-150-48AB.