Электрификация

Справочник домашнего мастера

Корректор коэффициента мощности схема

Содержание

Корректор Коэффициента Мощности 5 и более кВт для сварочного инвертора

Всем привет!
Готов представить вашему вниманию корректор, который может использоваться в сверкальнике для двух целей — стабильная работа от генератора и работа на пониженных сетях. Так же, сия конструкция выравнивает КМ до значения близкого к единице, чем жывительно влияет на снижения потребления энергии.
В архиве все файлы, чтобы успешно повторить рабочую конструкцию.
Сразу оговорюсь, что начал сие дело аж в 2011. Занимался непостоянно, были напряги со временем. Это уже вторая генерация. Она успешно была внедрена в Однотактный ММА от Юрия. Работает у поселкового сварщика-ремонтника пары дачных поселков без особых нареканий. Успешно внедрена в ПА№2 от Скифа, который был недавно мной запущен и опробован на всех режимах сварки. При одном из них я жал минуты 3 на дуге 36 В при токе 190 А, что соответствует около 7 кВт на выходе ККМ (при расчетных 5,5 кВт). Схема неплохо защищена от КЗ и прочих бяк. Реле включится только на 120-150 В на банках. При КЗ на выходе ККМ или при пробое транзисторов плеч происходит резкий бросок тока, разрывающий предохранитель на входе. Если сеть гнилая, а предохранитель выдерживает бросок, напруга на банках падает, автоматически размыкается входное реле, ток начинает течь по зярядному позистору. Его сопротивление 20 Ом. КЗ провоцирует его разогрев, при котором его сопротивление увеличивается до высокого уровня.
Индукторы. Для 75кГц я применил народные альсиферы К55 проницаемостью 60. Для каждого дросселя были собраны 2,5 полных сердечника на полукольцах К55*32*11,7 (5 полуколец). Индуктивность на нулевом токе — 55-65 мкГн. Желательно пересчитывать индукторы так, чтобы индуктивность на максимальном токе не снижалась менее 25 мкГн.
ТТ. Обычные Эпкосовские кольца К32. Не ломал, и не советую ломать.
Входной фильтр — любое ферритовое кольцо. Мотать синфазно диаметром 2,5мм до получения 1 uГн.
Схема защищена от превышения рабочей температуры. Термистор обычный на 10кОм.


Настройка. Собрать схему без индукторов.
Подключить управление к источнику 12В.
Собрать простейшую схему регулирования напряжения. Два потенциометра и источник на 4,5 В. Подключить через диод 4148 выходы с потенциометров на входы компараторов Vsence VINAC (4 & 5 ножки 28070).

Выставить напряжение 2-2,5В. Должны увидеть картинку: // Желтый сигнал — выход 28070, красный — затвор-эмиттер транзистора

Добиваемся уменьшением резистора Rdmx дедтайма не менее 1 мКс.
Идем дальше. Впаиваем вместо индукторов резисторы 10 Ом 20 Вт. Подаем на вход после реле 15-20 В постоянки (не забываем соблюдать полярность). Ставим осциллографом на выходной диод ТТ1 и ТТ2. Снова включаем модуляцию. Импульсы должны быть в положительной полуплоскости. Если где-то нет — переворачиваем ТТ.
Выбрасываем резисторы, впаиваем индукторы.
Для безопасной проверки, все же, рекомендую оставаться на тестовом подключении (входы компараторов, 15-20В на силе). Проверяем ограничение максимального напряжения. Ставим вольтметр на выход. Включаем малую силу и генерацию. Корректор набирает напряжение секунд 20-30. У нас есть времечко среагировать. При достижении 120-150В должно щелкнуть реле замыкания позистора. Не пугаемся . При достижении 420 В импульсы должны проредиться, напряжение должно застопориться на 420В. Если нет — проверяем цепи ОС. Повторяем проверку.
Если все успешно…
Снимаем все времянки. Корректор готов к работе.
Кто захочет пересчитать — во вложении файлы расчета и файлы расчета дросселей на КулМю и Х-Флюкс
Добавлю чтива немного, мож кому сгодится
Конкретный пример с 44 стр
20101001151645Large_Kool_Mu_Solutions_for_PFC_Boost_Inductors__________________.pdf ( 1.19 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 3540
Более подробно
an53_______________.pdf ( 4.83 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 2398
На русском, стр 3 и стр 11-14
SMPS________.pdf ( 1.39 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 7972
Сообщение отредактировал RadioГубитель — 4.8.2015, 22:37

Прикрепленные файлы PFC_CCM_5500W.zip ( 5.73 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 3560

Все об инверторах с модулем PFC доступным языком

Времена, когда «бал правили» огромные сварочные трансформаторы безвозвратно ушли в прошлое и сварка в бытовых условиях стала не роскошью, а обыденным делом мастера. Благодаря появлению инновационных технологий, компактный и функциональный сварочный инвертор с PFC (модулем коррекции коэффициента мощности) стал чаще встречаться у домашних умельцев, в представленном материале мы раскроем почему выбор падает на сварочники с PFC и в чем их преимущества.

Преимущества сварочных инверторов оснащенных модулем PFС

На профессиональных форумах специалисты-электротехники до хрипоты спорят о преимуществах активного и пассивного корректора мощности в устройствах и их возможности сводить к минимуму потери электроэнергии при ее передаче от источника питания. Однако специалиста-практика мало интересуют теоретические дебри, ему достаточно знать, что с практической точки зрения, сварочные инверторы, в которых имеется функция PFC (ККМ, коррекция коэффициента мощности), обладают практически еще одним дополнительным стабилизатором напряжения на входе, поэтому такой аппарат способен:

  • Использовать значительно меньшую величину потребляемого тока без снижения силы максимального сварочного тока;
  • Работать на сверхнизком напряжении (просаженных сетях), а также при его скачкообразном изменении. При этом диапазон значений напряжения в сети может колебаться весьма значительно (от 90 до 240В);
  • Работать при подключении через удлиненный переносной кабель;
  • Работать с бензиновыми или дизельными генераторами, т.к. аппарат с ККМ не нагружает их, как обычный сварочник.

На рисунке представлена вольт-амперная характеристика с использованием модуля PFC и без него. Обычный инвертор (без PFC) берет из сети пиковыми значениями, показано красной линией, а с модулем PFC потребление переводится в плавную синусоиду, за счет этого не создается нагрузка на сеть.

Наряду с этим резко повышается коэффициент полезного действия аппарата, достигая не менее 85%. Коррекция фактора мощности PFC позволяет достичь и максимально высокого КМ (до 99,9% в идеальном варианте), при этом на нагрев проводников расходуется не более 1% общей мощности инвертора!

Что выбрать? Бытовые инверторы с функцией PFС

Следует отметить, что стоимость PFC инвертора с активным типом контроля коэффициента мощности, конечно же несколько выше, чем у обычных импульсных источников питания с без трансформаторным входом, особенно это сказывается на цене бытовых моделей. Поэтому, приобретая аппарат, необходимо четко очертить его планируемую сферу деятельности.

Бюджетные варианты инверторов подойдут в том случае, если сварочные работы будут выполняться лишь от случая к случаю, а в качестве свариваемого материала будут выступать простейшие стали. Не стоит думать, что подобные аппараты совсем примитивны, например сварочный инвертор Сварог 160 PFC, несмотря на свою приемлемую цену способен:

  • Работать от сети с напряжением 160-240В, то есть качественная работа с электродами диаметром до 3 мм возможна даже при значительном падении напряжения;
  • Специально для дилетантов прибор снабжен функцией HOT START, в результате чего в момент прикасания электрода к сварочной заготовке кратковременно импульсно повышается значение сварочного тока, благодаря чему зажигается дуга;

Однако, сварить алюминий, применяя подобное оборудование не получится, так как оно предназначено для сварочных работ с постоянным током. Сварщики, которые работают на этом аппарате, хвалят его надежность, но среди многочисленных преимуществ иногда отмечают небольшой недостаток: затрудненном поджиге некоторых марок электродов, а в частности УОНИ 13/55, но в основном этого инвертора хватит за глаза на большинство бытовых задач.

Если же вы готовы потратиться на функциональность, обязательно обратите внимание на модель Gysmi E200 PFC. Помимо всех достоинств инвертора с ККМ, данный аппарат снабжен функцией автоматического затухания дуги, что позволяет завершить сварной шов без таких дефектов, как трещины и сварочный кратер (углубление). Аппарат с легкостью можно перенастроить на режим аргонодуговой сварки не плавящимся электродом и порог максимального сварочного тока несколько выше, чем у модели от бренда Сварог.

К чуть более дорогому ценовому диапазону относится инвертор итальянского производства Blueweld Active 187 MV PFC. Мало того, что производитель допускает подключение к аппарату удлиняющих «переносок» длиной до 50 м, так он еще предусмотрительно снабдил прибор корпусом усиленной прочности. А самое главное — синергетическая регулировка позволяет точно придерживаться определенной длины дуги, достаточно лишь выставить данные о толщине материала. Модель Аctive 187 MV PFC позволяет работать не только с черным металлом, но также с нержавеющей и высоколегированной сталью, так как ему доступна и сварка в среде инертного газа. При его покупке вы сможете использовать любые типы электродов (в том числе с рутиловым и целлюлозным покрытием).

Если вы профессионал…

Промышленные сварочные аппараты способны работать без сбоев и поломок в самых сложных условиях. Компактными их уже, конечно, трудно назвать, ведь вес этого оборудования начинается от 20 кг и для перемещения инвертора по объекту приходится применять специальную тележку.

Американская компания Lincoln Electric выпускает один из наиболее функциональных инверторов — модель Lincoln Electric Invertec 300TPX, которая имеет несколько режимов аргонодуговой сварки и позволяет работать с различными металлами. Инновационное программное обеспечение позволяет после определения настроек выполнять работу в полуавтоматическом режиме. Низкое потребление энергии и сокращение рассеивания энергии в кабелях питания ему обеспечивает блок PFC, а низкий процент выброса СО2 в процессе сварки позволяет назвать этот аппарат «экологичным».

Устройство импульсных блоков питания, APFC

Рубрика: Информация для начинающих / Моё видео; kirich ; Опубликовано: 18-08-2017, 02:42 Некоторое время назад мне задавали вопрос по поводу корректора коэффициента мощности импульсных блоков питания, попробую кратко рассказать что это такое и зачем надо.
Так уж сложилось, что в обычной жизненной ситуации вы скорее всего встретите корректор коэффициента мощности (ККМ) в блоке питания компьютера.
Нет, конечно они встречаются и в других блоках питания, даже чаще, чем в компьютерных. Но обычно это промышленные блоки питания и в быту попадаются крайне редко.
Думаю что большинство читателей моего блога и зрителей моего канала, как минимум немного ориентируются в радиоэлектронике, потому скорее всего видели компьютерный блок питания "изнутри".
Блок питания с активным корректором выглядит на первый взгляд почти также как и обычный.

Но если посмотреть внимательнее, то на "горячей" стороне можно заметить большой дроссель. Его магнитопровод может иметь разную форму, но чаще всего попадаются с кольцевыми, как и вариант на фото.
Кроме того подобные блоки питания отличаются еще и тем, что обычно в них установлен один фильтрующий конденсатор на 450-500 Вольт, а не два по 200-250. Обусловлено это тем, что часто такие блоки питания имеют широкий диапазон входного напряжения от 100-115 Вольт и переключение входного напряжения им не нужно.

Не стоит путать дроссель АККМ (активный корректор коэффициента мощности) с выходным дросселем групповой стабилизации, хотя внешне они весьма похожи. Отличие в том, что обычно дроссель корректора имеет только одну обмотку, а ДГС (дроссель групповой стабилизации), несколько.

Вообще корректор может быть не только активным, а и пассивным. В этом случае вы увидите на верхней крышке блока питания "железный" дроссель с парой проводов, внешне похожий на 50Гц трансформатор мощностью 10-20 Ватт.
Такой вариант также жизнеспособен, но заменить полноценный активный корректор он не может.
Теперь не много о том, зачем это вообще все надо. Думаю вы знаете, что ток в сети имеет форму синусоиды, действующее напряжение 220-230 Вольт (у нас), амплитудное — 310-320 Вольт. Не буду сейчас рассказывать чем отличается действующее от амплитудного, сделаю это в другой раз, но кто еще не видел, синусоида выглядит так, как показано на этом рисунке.

Дальше переменный ток выпрямляется и фильтруется конденсаторами. Чаще всего применяется такая схема, представляющая из себя диодный мост и пару (иногда один) конденсаторов.
Конечно там есть еще входной фильтр, предохранитель, но в данном случае они нас не касаются.

При нормальной напряжение на конденсаторах будет примерно 280-320 Вольт в зависимости от их емкости и мощности нагрузки, я об этом уже рассказывал в своем видео посвященному устройству блоков питания.
Но так как напряжение в сети по сути 100 раз в секунду меняется от нуля до 320 Вольт и опять до нуля, а в цепи есть диодный мост, то ток заряда конденсаторов фильтра течет не всегда, а только когда амплитудное напряжение превысит напряжение на конденсаторах.
При этом ток в цепи 220-230 Вольт будет выглядеть как показано вверху этой картинки. Получается, что блок питания потребляет энергию не постоянно, а только на пиках синусоиды. Если предположить, что БП потребляет в итоге энергию всего 20% времени, то ток в момент когда идет заряд конденсаторов, будет в 5 раз больше среднего тока потребления. Например ток 1 Ампер, мощность 220 Ватт, значит пики тока будут доходить до 5 Ампер.
Проблема эта вылезла "в полный рост" тогда, когда количество импульсных блоков питания превысило некую "критическую массу". В итоге было придумано довольно простое и эффективное решение. Кстати, в развитых странах все мощные блоки питания должны иметь корректор коэффициента мощности, но так как это недешево, то производители недорогих блоков питания на этом экономят в первую очередь.
Как я сказал, решение проблемы простое и по сути лежит на поверхности. А базой для этого решения является обычный степ-ап преобразователь напряжения. На схеме виден дроссель, транзистор, диод, ШИМ контроллер и конденсатор.
При открывании транзистора в дросселе накапливается энергия, которая при закрытии транзистора суммируется с входным напряжением и поступает в нагрузку, подзаряжая выходной конденсатор. Такая схема часто используется в повербанках для получения 5 Вольт из 3.7.

Но если скрестить обычный блок питания и эту схему, то мы получим активный корректор коэффициента мощности.
При этом важно то, что фильтрующий конденсатор после диодного моста не ставится, его роль выполняет конденсатор небольшой емкости, обычно 0.47-1.0мкФ, он нужен только для компенсации импульсного характера потребления корректора.
В итоге преобразователь пытается "высосать" из сети все что можно в диапазоне уже не 220-230 Вольт, а 40-80. Кстати, мощные блоки питания далеко не всегда могут работать в широком диапазоне, хотя и могут при этом содержать в своем составе АККМ. Просто в таких режимах корректору приходится тяжело и работу в широком диапазоне они не обеспечивают, хотя и продолжают корректно работать.

Здесь я попробовал наглядно показать разницу в работе обычного БП и БП с корректором.
Красным выделен вариант работы обычного блока питания, заштрихованная часть отображает зону, где есть потребление тока. Видно что зона довольно узкая, соответственно ток будет большим. Причем чем больше емкость конденсаторов фильтра, тем уже будет эта зона и тем ниже будет коэффициент мощности.
Синим и зеленым я показал пару вариантов работы активного корректора, один начинает работу примерно от 100 Вольт амплитудной составляющей, второй примерно от 50 Вольт. Видно что зона стала шире, соответственно ток пропорционально падает и растет коэффициент мощности.
В общем-то данная зона может начинаться почти от нуля, тогда коэффициент будет равен единице, но обычно он составляет 0.98-1, этого более чем достаточно.
Чем же чреват этот пресловутый коэффициент мощности.
Из-за пиков тока происходит кратковременная перегрузка сети, в следствие чего могут начаться проблемы в старых и изношенных сетях. Возможно отгорание нулевого провода в трехфазных сетях с совсем печальными последствиями.

А вот схема входной части компьютерного блока питания имеющего в своем составе активный корректор мощности, он выделен синим цветом.
Не удивляйтесь что на схеме нет ШИМ контроллера, который им управляет, часто он расположен на отдельной плате, а иногда интегрирован в общий ШИМ контроллер. Т.е. помимо одного-двух штатных каналов имеется еще и выход для управления транзистором корректора. Такой вариант удобен для производителя, но далеко не всегда удобен для ремонтника. В самом начале я показал фото блока питания, там как раз вышел из строя узел корректора, а так как микросхема управляет всем, то выгорела и она. Найти замену я не смог, потому Бп лежит мертвым грузом и возможно будет разобран на запчасти, тем более что они весьма неплохого качества.
Что же дает нам корректор, сначала преимущества:
1. Характер потребления почти такой же как у активной нагрузки, соответственно нет пиковых перегрузок.
2. Часто такие БП имеют расширенный диапазон входного напряжения и лучше работают в плохих электросетях.
3. Емкость фильтрующего конденсатора нужна меньше, так как паузы без тока меньше.
4. Инвертору блока питания легче работать, ведь по сути он питается стабилизированным напряжением.
Теперь недостатки.
1. Выше цена.
2. Меньше надежность
3. Могут быть сложности при работе с некоторыми моделями UPS.
Иногда идут споры, по поводу КПД таких блоков питания. Я придерживаюсь мнения, что КПД одинаков, так как хоть корректор и имеет собственное потребление, но основному инвертору работать легче, потому то на ото и выходит.
Ну и конечно же видео, в качестве дополнения. А я как всегда жду ваших вопросов как в комментариях здесь, так и под видео.

18 Октября 2013 Блог — Железо и периферия

Ни для кого не секрет, что одним из главных блоков компьютера является блок питания. При покупке мы обращаем свое внимание на различные характеристики: на максимальную мощность блока, характеристики системы охлаждения и на уровань шума. Но не все задаются вопросом что такое PFC?

Итак, давайте разберемся что дает PFC

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.

Power Factor Correction — переводится как «Коррекция фактора мощности», встречается также название «компенсация 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.

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.

А теперь немного теории

Обычная, классическая, схема выпрямления переменного напряжения сети 220V состоит из диодного моста и сглаживающего конденсатора. Проблема в том, что ток заряда конденсатора носит импульсный характер (длительность порядка 3mS) и, как следствие этого, очень большим током.

Например, для БП с нагрузкой в 200W средний ток из сети 220V будет 1A, а импульсный — в 4 раза больше. Если таких БП много и (или) они мощнее? … тогда токи будут просто сумасшедшими — не выдержит проводка, розетки, да и платить придется больше за электричество, ведь качество тока потребления весьма сильно учитывается.

Например, на больших заводах имеются специальные конденсаторные установки для компенсации «косинуса». В современной компьютерной технике столкнулись с теми же проблемами, но ставить многоэтажные конструкции никто не будет, и пошли другим путем — в блоках питания ставят специальный элемент по уменьшению «импульсности» потребляемого тока — PFC.

Разные типы разделены цветами:

  • красный — обычный БП без PFC,
  • желтый — увы, «обычный БП с пассивным PFC»,
  • зеленый — БП с пассивным PFC достаточной индуктивности.

На модели показаны процессы при включении БП и кратковременном провале через 250mS. Большой выброс напряжения при наличии пассивного PFC получается потому, что в дросселе накапливается слишком большая энергия при заряде сглаживающего конденсатора. Для борьбы с этим эффектом производят постепенное включение БП — вначале последовательно с дросселем подключается резистор для ограничения стартового тока, потом он закорачивается.

Для БП без PFC или с декоративным пассивным PFC эту роль выполняет специальный терморезистор с положительным сопротивлением, т.е. его сопротивление сильно возрастает при нагревании. При большом токе такой элемент очень быстро нагревается и величина тока уменьшается, в дальнейшем он охлаждается из-за уменьшения тока и никакого влияния на схему не оказывает. Т.о., терморезистор выполняет свои ограничивающие функции только при очень больших, стартовых токах.

Для пассивных PFC импульс тока при включении не так велик и терморезистор зачастую не выполняет свою ограничивающую функцию. В нормальных, больших пассивных PFC кроме терморезистора ставится еще специальная схема, а в «традиционных», декоративных этого нет.

И по самим графикам. Декоративный пассивный PFC дает всплеск напряжения, что может привести к пробою силовой схемы БП, усредненное напряжение несколько меньше случая без_PFC и при кратковременном пропадании питания напряжение падает на бОльшую величину, чем без_PFC. На лицо явное ухудшение динамических свойств. Нормальный пассивный PFC также имеет свои особенности. Если не учитывать начального всплеска, который в обязательном порядке должен быть компенсирован последовательностью включения, то можно сказать следующее:

— Выходное напряжение стало меньше. Это правильно, ведь оно равно не пиковому входному, как для первых двух типов БП, а «действующему». Отличие пикового от действующего равно корню из двух.
Пульсации выходного напряжения значительно меньше, ведь часть сглаживающих функций переходит на дроссель.
— Провал напряжения при кратковременном пропадании напряжения также меньше по той же причине.
— После провала следует всплеск. Это очень существенный недостаток и это основная причина, почему пассивные PFC не распространены. Этот всплеск происходит потому же, почему он происходит при включении, но для случая начального включения специальная схема может что-то откорректировать, то в работе это сделать много труднее.
— При кратковременном пропадании входного напряжения выходное меняется не так резко, как в других вариантах БП. Это очень ценно, т.к. медленное изменение напряжения схема управления БП отрабатывает весьма успешно и никаких помех на выходе БП не будет.

Для других вариантов БП при подобных провалах на выходах БП обязательно пойдет помеха, что может сказаться на надежности функционирования. Как часты кратковременные пропадания напряжения? По статистике, 90% всех нестандартных ситуаций с сетью 220V приходится как раз на такой случай. Основной источник возникновения, это переключения в энергосистеме и подключение мощных потребителей.

На рисунке показана эффективность PFC по уменьшению импульсов тока:

Для БП без PFC сила тока достигает 7.5A, пассивный PFC уменьшает ее в 1.5 раза, а нормальный PFC уменьшает ток значительно больше.

Технология PFC в компьютерном блоке питания: что это, зачем и как работает?

Привет, друзья! Вникая в технические характеристики комплектующих, можно увидеть опцию PFC в блоке питания, что это такое, зачем надо и как работает, я расскажу в сегодняшней публикации. Поехали.

Вспомним школьный курс физики

Те, кто хорошо изучал физику в школе, помнят, что мощность может быть активная или реактивная. Активной называется мощность, которая выполняет полезную работу – заставляет греться утюг, светиться лампу накаливания или приводит в действие компоненты ПК.

В реактивных цепях сила тока может отставать от напряжения или опережать его, что определяется параметром cos φ (косинус Фи). При индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения (индуктивная нагрузка) или опережает его (емкостная нагрузка).

Последнее часто встречается в сложных электрических схемах, где используются конденсаторы, в том числе и в компьютерных блоках питания.

Реактивная мощность не выполняет никакой полезной нагрузки, «блуждая» по электрическим цепям и нагревая их. Именно по этой причине предусмотрен запас сечения проводов. Чем больше cos φ, тем больше энергии рассеется в схеме, в виде тепла.

Реактивная мощность компьютерного БП

Так как, обычно в компьютерных блоках питания используются конденсаторы большой емкости, то и реактивная составляющая в такой схеме ощутима. К счастью, она не учитывается бытовым счетчиком электроэнергии, поэтому переплачивать за электричество юзеру не придется.

Значение cos φ для таких устройств обычно достигает 0,7. Это значит, что запас проводки по мощности, должен быть не менее 30%. Но, так как ток протекает через схему блока питания короткими импульсами со сменной амплитудой, из-за этого сокращается срок службы конденсаторов и диодов.

Если последние не имеют запаса по силе тока и подобраны «впритык» (как это часто бывает в дешевых БП), срок эксплуатации такого устройства сокращается.

Для борьбы с этими реактивными явлениями используется корректор коэффициента мощности, то есть PFC.

Что такое тип PFC

Существует два типа устройств с Power Factor Correction модулем:

  • С пассивным – дроссель, включенный в схему между конденсаторами и выпрямителем;
  • С активным – дополнительный импульсный источник питания для повышения напряжения.

Дроссель представляет собой устройство с комплексным сопротивлением, характер которого симметрично противоположен реактивности конденсаторов. Это в некоторой мере позволяет компенсировать негативные факторы, однако cos φ увеличивается незначительно.

Кроме того, частично стабилизируется входное напряжение основного блока стабилизаторов.

Active PFC, то есть активная схема (APFC), способна увеличить этот параметр до 0,95, то есть сделать его близким к идеальному. Такой БП менее подвержен кратковременным «провалам» тока, позволяя работать на заряде конденсаторов, что является неоспоримым преимуществом.

При этом стоит учитывать, что такие конструкционные особенности сказываются на цене устройства.

Сегодня в продаже можно найти БП в форм-факторе ATX, как с коррекцией коэффициента мощности, так и без PFC. Нужен ли PFC или нет, следует решать исходя из специфики использования компьютера. Например, в игровом компе его наличие желательно, но вовсе необязательно.

Хочу акцентировать ваше внимание на следующем моменте. Помимо всего прочего, PFC снижает уровень высокочастотных помех на выходных линиях. Такой БП рекомендуется использовать в связке с периферическими устройствами, для обработки аналоговых видео и аудио сигналов – например, на студии звукозаписи.

Но даже если вы обычный любитель, подключающий электрогитару к компу с установленным Guitar Rig, рекомендуется использовать БП с корректором коэффициента мощности.

Если ищите огромный выбор подобных устройств, можете посмотреть в этом интернет-магазинчике, просто рекомендую. Также советую почитать о защите в блоках питания и как рассчитать мощность БП. Информацию про сертификаты вы найдете .

Спасибо за внимание и до следующих встреч! Не забудьте поделиться этой публикацией в социальных сетях!

С уважением, автор блога Андрей Андреев

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Во время работы напряжение синхронных генераторов зависит от тока нагрузки, коэффициента мощности, частоты вращения и сопротивления обмоток всех элементов системы возбуждения. Изменение сопротивления обмоток во время работы системы возбуждения зависит от температуры нагрева. Если фазовые компаундирующие устройства автоматически регулируют напряжение по воздействию тока нагрузки и коэффициента мощности, то для учета остальных факторов, влияющих на напряжение генератора, дополнительно применяются корректоры напряжения.
Автоматический бесконтактный регулятор напряжения УБК-М поддерживает постоянное напряжение синхронных генераторов в эксплуатационных режимах судовой электростанции.
Он предназначен для судовых синхронных генераторов с машинными возбудителями, работает по принципу быстродействующего управляемого фазового компаундирования с корректором напряжения.
Регулятор УБК-М (рис. 1) состоит из трансформатора фазового компаундирования Т1 и трансформатора тока Т2 с выпрямителем U2, предназначенных для подмагничивания усилителя А и корректора напряжения Т3, U3, U4. Трансформатор Т1 имеет две первичные токовые обмотки L1 и L2, включенные в две фазы генератора G2 (с соответствующей геометрической разностью токов в этих обмотках), и первичную обмотку напряжения L3, которая питается от линейного напряжения генератора через дроссель L4 с регулируемым воздушным зазором и резистор R3. Вторичная обмотка трансформатора L5 через выпрямитель U1 питает обмотку возбуждения возбудителя LG1.

Рис. 1. Принципиальная схема регулятора напряжения УБК-М
Корректор напряжения состоит из измерительного трансформатора Т3 с контуром частотной компенсации и магнитного усилителя А, воздействующих на обмотку подмагничивания L6 трансформатора Т1.
Током выхода трансформатора Т1 управляют, изменяя его подмагничивание, которое зависит от тока обмотки управления L6. Например, при увеличении подмагничивания уменьшается индуктивность обмотки трансформатора и увеличивается ток выхода. Таким образом, трансформатор Т1 обеспечивает управляемое фазовое компаундирование генератора, т. е. при возрастании тока нагрузки или уменьшении коэффициента мощности он увеличивает возбуждение генератора.
К преимуществам регуляторов УБК-М относится большая надежность благодаря отсутствию у них подвижных механических устройств и контактов. Регуляторы имеют высокую чувствительность и обеспечивают устойчивую параллельную работу генераторов, а также максимальное возбуждение при значительных провалах напряжения на шинах электростанции.
Главная особенность системы автоматических регуляторов напряжения УБК-М, РНА-65, а также РУН — возможность применения их лишь при наличии возбудителя, который существенно снижает надежность установки и быстродействие системы регулирования, значительно увеличивает массу и габаритные размеры.
Синхронные генераторы трехфазного тока типов МСС, МСК, и ГСС имеют статическую систему самовозбуждения автоматического регулирования напряжения. Она работает по принципу фазового компаундирования с применением трехобмоточного трехстержневого трансформатора, силовых полупроводниковых выпрямителей (рис. 2). Основные элементы системы: G — синхронный генератор, VI—V6 — выпрямители, С1— СЗ — конденсаторы, Т — трансформатор фазового компаундирования, имеющий три обмотки: L1, включенную последовательно в статорную обмотку генератора; L2, включенную последовательно с конденсаторами на напряжение генератора, и L3, обеспечивающую питанием обмотку возбуждения генератора.
Принцип самовозбуждения синхронных генераторов, так же как и генераторов постоянного тока, основан на использовании остаточного магнитного поля. Так как сопротивление выпрямителей при малых токах гораздо больше, чем при номинальном, то для начального возбуждения генератора необходимо, чтобы э. д. с., наводимая в обмотке, была достаточно большой. Это достигается включением последовательно с обмоткой L2 конденсаторов С.
Реактивные сопротивления обмотки и конденсаторов подобраны таким образом, что при пуске генератора, когда частота тока в обмотке L2 достигнет 80% номинальной, в контуре наступит резонанс напряжений. Поэтому, несмотря на то, что напряжение, индуцируемое за счет остаточного поля, будет незначительным, по обмотке L2 пройдет большой ток. Вследствие этого в обмотке L3 наводится достаточная э. д. с., и генератор самовозбудится.
Рис. 2. Принципиальная схема самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронного генератора
При работе генератора э. д. с., индуцируемая в обмотке L3, а следовательно, и ток в обмотке возбуждения генератора зависят от результирующей намагничивающей силы, создаваемой обмотками L1 и L2. Эти обмотки рассчитаны и включены таким образом, что при увеличении тока нагрузки генераторов или при снижении коэффициента мощности (соs ф) увеличиваются результирующая намагничивающая сила и э. д. с., наводимая в обмотке L3. Вследствие этого возрастают ток возбуждения и напряжение генератора. Для повышения точности регулирования в подобные системы фазового компаундирования вводят корректор напряжения.

Рассмотренная система позволяет уменьшить массу и габаритные размеры судовых дизель-генераторных установок, а также провалы напряжения в судовых электрических сетях.
Системы самовозбуждения генераторов имеют также устройство, обеспечивающее равномерное распределение нагрузок при параллельной работе генераторов. Такие системы отличаются большим быстродействием, что достигается исключением возбудителя из системы регулирования.
Автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами
На новых судах применяются автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами. Применяются различные схемные решения системы регулирования напряжения с использованием тиристоров. Регулирование по отклонению напряжения генератора выполняется путем сравнения регулируемого и эталонного напряжения с выдачей управляющего сигнала на систему управления тиристором. Эталонное напряжение устанавливается с помощью стабилитронов. Структурная схема тиристорного регулятора напряжения (рис. 3) имеет следующие элементы: ИБ — измерительный блок; ФИ — формирователь импульсов; БП — блок питания; Т — трансформатор; V — тиристор управления. Выходной сигнал измерительного блока преобразуется в сигнал управления тиристором с последующим регулированием тока обмотки возбуждения генератора.
Рис. 3. Структурная схема тиристорного регулятора напряжения
В судовых генераторах применяется система амплитудно-фазового компаундирования с тиристорным управлением корректора напряжения. Применение тиристорной коррекции напряжения повышает быстродействие и чувствительность системы автоматического регулирования напряжения судовых генераторов.
В настоящее время в судовых электростанциях устанавливают бесщеточные синхронные генераторы типа ОС, а также типа S. Если в генераторах типов МСК, ГСС, МСС со статическими системами автоматического регулирования напряжения регулируемый ток возбуждения подается в обмотку возбуждения полюсов вращающегося индуктора (ротора) при помощи щеточных скользящих контактов, то в бесщеточных генераторах постоянный ток в роторе создается за счет индуцируемого тока в самом роторе. Принцип автоматического регулирования напряжения генераторов типа ОС, S показан на рис. 4.
С помощью системы автоматического регулирования напряжения АРН в зависимости от нагрузки на генератор G1 регулируется постоянный ток в обмотке LG1.2, установленной на специальных полюсах статора. При вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой LG1.2, индуцирует в трехфазной обмотке LG1.3 переменный ток. Выпрямленный ток в роторе при помощи выпрямителя V создает обмоткой возбуждения LG1.1 основной магнитный поток синхронного генератора. Самовозбуждение генераторов типов ОС, S осуществляется аналогично самовозбуждению генераторов типов МСК, МСС, ГСС с наличием щеточного механизма передачи постоянного тока возбуждения во вращающуюся часть машины.
Рис. 4. Принцип автоматического регулирования напряжения бесщеточных генераторов

Корректор напряжения

Корректор напряжения на полупроводниках является релейно-импульс­ным регулятором напряжения на тиристоре (рис. 1.2). На вход корректора (на клеммы 1, 3) с выхода генератора подается напряжение через трансформатор напряже­ния и выпрямитель. Затем это напряжение через Г-образный ФНЧ ( С3, R2) поступает на делитель напряжения

( R1, R7, RP1, RP2). Когда напряжение, снимаемое с делителя, достигнет напряжения пробоя стабилитрона, стабилитрон пробьет­ся и откроется транзистор VT1. Падение напряжения на резисторе R8 откроет транзистор VT2. На управляющем электроде тринистора VS появится поло­жительный потенциал относительно катода за счет падения напряжения на ре­зисторе R12. Тринистор откроется и подаст питание на обмотку управления дросселя отбора. Обмотка управления подсоединена к клеммам 4 и 5. Чем больше напряжение на выходе генератора, тем раньше пробьется стабили­трон и тем больше будет ток в обмотке управления.

Напряжение, снимаемое с делителя, через ФНЧ С1-R3, конденсатор С2 и потенциометр R14 поступает на обмотку возбуждения генератора, подсоеди­ненную к клеммам 1 и 2. По этой цепочке осуществляется гибкая отрицательная обратная связь, которая позволяет бороться с перерегулирова­нием в замкнутой САР и повышает качество переходного процесса.

Потенциометры RP1 и RP2 подсоединены к трансформатору параллель­ной работы (ТПР). Сигнал, снимаемый с этих потенциометров, пропорциона­лен току нагрузки генератора. Поэтому положение движка потенциометра бу­дет влиять на статизм характеристики АРН. Выравнивание статизма парал­лельно работающих генераторов необходимо для того, чтобы реактивная на­грузка между генераторами распределялась поровну или пропорционально их номинальной мощности.

При автономной работе генератора цепь вторичной обмотки ТПР шунтируется и генератор выходит на самую жесткую характе­ристику. С помощью резистора R1 можно изменять уставку генератора, с помо­щью резистора R14 – коэффициент обратной связи. Диод VD1 не допускает встречную полярность на управляющем электроде тринистора, встречная по­лярность вызывает разрушение тринистора. Диод VD6 закорачивает обмотку управления дросселя при изменении полярности на ее входе. Изменение на­правления тока в обмотке управления дросселя вызовет его перемагничива­ние, что приведет к неуправляемым колебаниям напряжения на выходе гене­ратора. Диод VD7 ограничивает встречное напряжение в анодной цепи три­нистора до величины падения напряжения на диоде в прямом включении и тем самым защищает тринистор по анодной цепи от перенапряжения при встречной полярности.

1.3. Автоматический регулятор напряжения генераторов серии МСК завода «Электросила»

Данная система (рис. 1.3) разработана применительно к генераторам с привод­ными высокооборотными дизельными двигателями и паровыми турбинами. В основу АРН положен принцип комбинированного регулятора.

Напряжение поддерживается со статической погрешностью регулирова­ния ±1 % при изменении коэффициента мощности от 0,6 до 1, 0 и колебаниях скорости вращения не более ±2 % в диапазоне нагрузок от 0 до 100 % по отно­шению к номинальным значениям. При параллельной работе в установивших­ся режимах с генераторами разной мощности предусмотрено автомати­ческое распределение реактивных нагрузок с точностью ±10 % от номиналь­ного значения мощности наименее мощного генератора.

При параллельной работе генераторов равномерное распределение реактивных нагрузок осуществляется за счет установки одинакового статизма. Изменение статизма характеристик регулирования напряжения в этой системе преду­смотрено в пределах от 0 до 3 %, изменение уставки – в пределах ±5 % от но­минального напряжения.

Схема включает трансформатор фазового компаундирования с магнит­ным шунтом ТФК, блок силовых выпрямителей VD1…..VD6, корректор на­пряжения КН и блок параллельной работы (добавочное устройство ДУ). Трансформатор ТФК имеет пять обмоток: токовую обмотку LТА , об­мотку напряжения LTV, обмотку питания дросселя отбора LLO, обмотку питания магнитного усилителя и нелинейного узла LA1 и суммирующую обмотку L2. Обмотки LTV и LA1 расположены на общем участке магнитопровода сердечника (до магнитного шунта) и являются обычными обмотками пони­жающего трансформатора. Вторичная обмотка L2 и обмотка LLO расположе­ны на трансформаторе за магнитным шунтом (по отношению к обмотке напря­жения). Обмотка L2 осуществляет питание цепи возбуждения генера­тора, а обмотка LA1 – питание магнитного усилителя и нелинейного узла кор­ректора напряжения. Обмотка LLO с подключенными к ней блоком конденса­торов и дросселем LO обеспечивает надежное самовозбуждение генератора и корректирующее воздействие при отклонениях напряжения.

Самовозбуждение синхронного генератора при холостом ходе произво­дится за счет остаточного подмагничивания. Однако ввиду небольшого значе­ния остаточного напряжения сила тока в цепи обмотки напряжения при срав­нительно большом ее сопротивлении мала и может оказаться недостаточной для самовозбуждения генератора.

Надежное самовозбуждение обеспечивается резонансным контуром, обра­зуемым емкостью конденсаторов С1 и индуктивным сопротивлением об­мотки трансформатора ТФК. Индуктивное сопротивление можно менять путем изменения зазора между магнитным шунтом и сердечником ТФК.

Контур настраивается на резонансную частоту, равную 70-80 % от номинальной часто­ты напряжения на выходе генератора. Внешней нагрузкой на этот контур яв­ляется обмотка возбуждения генератора. При достижении генератором резонансной частоты ток в контуре, а, сле­довательно, и в обмотке L2 резко возрастает, благодаря чему напряжение в обмотке возбуждения генератора становится достаточным для надежного са­мовозбуждения. После достижения номинального напряжения генератора вступает в действие корректор напряжения.

Разомкнутый контур регулирования по возмущению выполнен на базе трансформатора фазового компаундирования. В качестве компаундирующего элемента используется магнитный шунт. Магнитный шунт значительно повы­шает магнитную проницаемость среды, в которой находится обмотка напря­жения ТФК, что приводит к увеличению индуктивного сопротивления этой обмотки. Благодаря этому ток в этой обмотке отстает от напряжения на угол, близкий к 900, что обеспечивает увеличение суммарного магнитного потока в ТФК и, следовательно, тока возбуждения генератора при уменьше­нии коэффициента мощности генератора, т.е. выполняется принцип фазового компаундирования.

Замкнутый контур регулирования по отклонению напряжения выполнен на базе корректора напряжения КН. который содержит из­мерительное устройство, магнитный усилитель, дроссель отбора L0. При ма­лых напряжениях генератора магнитный усилитель А1 независимо от величины тока управления не работает, так как напряжение на рабочих обмотках также мало. Только при напряжении, равном 0,8…0,9 номинального значения, усилитель А1 вступает в действие. Отсутствие тока в цепи его выхода до указанного мо­мента обеспечивает надежное и быстрое самовозбуждение генератора.

Измерительное устройство корректора напряжения состоит из линейной и нелинейной частей.

В линейную часть входит линейный трансформатор TL1, ток выхода которого пропорционален напряжению генератора, и выпря­митель VD25…VD28. Первичная обмотка трансформатора включена на на­пряжение генератора через регулировочный резистор R1 и дополнительное устройство ДУ. После выпрямителя в цепь включен резистор с переменным сопротивлением R2. ВАХ линейного элемента показана на

рис. 1.4, (кривая 1). Нелинейная часть образована сочетанием линейного TL2 и нелинейного TL3 трансформаторов с выпрямителем VD19…VD24. Такое сочетание позво­ляет получить неизменный ток на выходе цепи этой нелинейной части при ко­лебаниях напряжения в широких пределах.

ВАХ нелинейного элемента пока­зана на рис.1.4, (кривая 2). В состав нелинейного элемента входит также дроссель частотной коррекции LK, обеспечивающий постоянство тока на выходе при изменении частоты. В цепь включены регулировочный резистор R2 и резистор термокомпенсации R8. Токи линейной и нелинейной частей измери­тельного устройства на выходе направлены навстречу друг другу и в обмотке управления магнитного усилителя А1 вычитаются. Зависимость тока в об­мотке управления магнитного усилителя А1 от напряжения на выходе генера­тора показана на рис.1.4 (кривая 3). Точка пересечения кривой 3 с осью напряжения соответствует напряжению уставки на выходе генератора.

При отклонении напряжения на выходе генератора от напряжения уставки появляется ток в обмотке управления магнитного усилителя.

В зависимости от того, в какую сторону отклоняется напряжение от уставки (уменьшается или увеличивается), ток в обмотке управления магнитного усилителя будет иметь разное направ­ление. Усилитель будет либо подмагничиваться, либо размагничиваться, что в итоге скажется на величине тока возбуждения генератора, и при этом произойдет стаби­лизация напряжения. Обмотки LOC1, LOC2 магнитного усилителя осуществляют отрицатель­ную обратную связь по выходу корректора напряжения, что позволяет бороть­ся с автоколебаниями в замкнутой САР и обеспечивать устойчивую работу сис­темы. После приближения к номинальному напряжению на выходе генератора всту­пает в действие корректор напряжения.

Нагрузкой на корректор КН является обмотка управления магнитного усилителя А1. При увеличении напряжения ток в этой обмотке будет возрастать. Магнитная проницаемость сердечника усилителя будет уменьшаться, что приведет к уменьшению индуктивного со­противления рабочих обмоток усилителя и увеличению его выходного тока. Магнитный усилитель в свою очередь через выпрямитель VD13…VD18 пи­тает обмотку управления дросселя отбора L0, ток в которой, в связи с этим, возрастает. Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости сердечника дросселя от­бора и, следовательно, к уменьшению индуктивного сопротивления рабочих обмоток дросселя. Рабочие обмотки дросселя включены последовательно с обмоткой LLO в ТФК. Поэтому при уменьшении сопротивлений рабочих об­моток дросселя ток в обмотке LLO ТФК увеличится. Обмотка LLO в ТФК намо­тана так, что ее магнитный поток направлен встречно по отношению к маг­нитным потокам обмоток LTV и LTA, т.е. она размагничивает ТФК. Следова­тельно, при увеличении магнитного потока обмотки LLO суммарный магнит­ный поток ТФК будет уменьшаться, что приведет к уменьшению тока возбу­ждения генератора и к стабилизации напряжения на его зажимах.

При умень­шении напряжения на выходе генератора описанный процесс будет проходить в противоположном направлении. Уменьшение напряжения генератора вызо­вет увеличение тока возбуждения, благодаря чему будет восстановлено номи­нальное напряжение генератора.

У дросселя отбора одна и та же обмотка является одновременно рабо­чей обмоткой, и обмоткой управления. Изменение уставки работы генератора можно выполнить с помощью рези­стора R3, изменение статизма – с помощью резистора R2 в блоке ДУ, изменение коэффициента отрицательной обратной связи – с помощью резистора R4.

Корректор коэффициента мощности. Схема. Расчет. Принцип действия.

Схема корректора коэффициента мощности (10+)

Корректор коэффициента мощности. Схема. Расчет. Принцип действия

1 2

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Проблемы отбора мощности классическим выпрямителем

Основной проблемой классического выпрямителя с накопительным конденсатором, работающего от синусоидального или другого непрямоугольного напряжения, является тот факт, что отбор энергии от сети происходит только в те моменты времени, когда напряжение в ней больше, чем напряжение на накопительном конденсаторе. Действительно, конденсатор может заряжаться только если к нему приложено напряжение, большее чем то, до которого он уже заряжен.

Причем в те моменты, когда напряжение сети становится больше напряжения конденсатора, ток зарядки очень велик, а все остальное время он нулевой. Получается, что, например, для синусоидального напряжения питания, наблюдаются всплески тока при достижении напряжением амплитудных значений. Если Ваше устройство потребляет небольшую мощность, то это можно стерпеть. Но для нагрузки, скажем, 1 кВт 220В всплески тока могут достигать 100 А. Что совершенно неприемлемо.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Государственные стандарты на силовые устройства запрещают их изготовление и продажу, если не обеспечивается равномерный отбор мощности.

Чтобы решить эту проблему, применяют корректоры коэффициента мощности.

Простейший корректор коэффициента мощности

Устройство отличается от классического выпрямителя тем, что зарядка накопительного конденсатора осуществляется через дроссель. Электрический ток через дроссель не может измениться моментально. Соответственно, дроссель как бы усредняет ток зарядки. При правильном выборе дросселя, ток зарядки будет идти постоянно, вне зависимости от текущего значения напряжения. Мощность, соответственно, от сети тоже будет отбираться постоянно, а не только при пиках напряжения. Сила тока не будет иметь ярко выраженных всплесков. Все поставленные задачи решены.

Для нормального функционирования схемы нужен дроссель, который не будет насыщаться при максимально возможном потребляемом токе. Индуктивность дросселя должна быть такой, чтобы пульсации тока не превышали 1А, чтобы соответствовать государственным стандартам. Для 50 Гц индуктивность составляет 3 Гн. Для нагрузки 1 кВт такой дроссель, конечно, можно изготовить, но весить он будет более 50 кг, а стоить больше 10 000 рублей с учетом современной цены меди.

Импульсный корректор коэффициента мощности

Силовая импульсная электроника дает другое решение.

Это классический повышающий преобразователь напряжения. Конденсатор, подключенный к мосту, выбирается небольшой емкости, только для фильтрации высокочастотных импульсов. Напряжение на нем пульсирует. Повышающий преобразователь преобразует пульсирующее напряжение в постоянное на конденсаторе C5 за счет ШИМ модуляции. При фиксированном выходном напряжении входной ток пропорционален входному напряжению, то есть изменяется плавно по синусоидальному закону, без скачков и всплесков.

Устройство рассчитано на выходную мощность 500 Вт. Как увеличить мощность устройства, читайте по ссылке.

Ф — фильтр импульсных помех. Обычно используется уже готовый покупной.

М — Мост на нужное напряжение и ток.

C6 — 1 мкФ 400 В.

C5 — 470 мкФ 400 В электролитический.

VD3 — быстродействующий диод, рассчитанный на напряжение 1000 В и ток, который будет потреблять Ваша нагрузка.

R8 — 2 МОм, R9 — 2 кОм, подстроечный, R10 — 2 кОм.

VT2 — IRFP450.

R7 — 10 Ом.

R6 — 0.1 Ом.

R4 — 300 кОм, R5 — 30 кОм.

R3 — 100 кОм, C4 — 1 нФ. Эти элементы задают частоту работы ШИМ контроллера. Подбираем их так, чтобы частота составила 30 кГц.

C3 — 0.05 мкФ. Это частотная коррекция цепи обратной связи. Если выходное напряжение начинает пульсировать или недостаточно быстро устанавливается при изменении тока нагрузки, то эту емкость надо подобрать.

VD2 — HER208.

C1 — 1000 мкФ. C2 — 4700 мкФ.

VD1 — Стабилитрон 15 В. R1 — 300 кОм 0.5 Вт.

VT1 — Высоковольтный транзистор на 400 вольт. Это схема запуска, через этот транзистор ток идет только в начале работы. После появления ЭДС на обмотке L2, транзистор закрывается. Так что рассеиваемая мощность на этом транзисторе невелика.

D2 — интегральный стабилизатор напряжения (КРЕН) на 12В.

D1 — Интегральный ШИМ контроллер. Подойдет 1156ЕУ3 или его импортный аналог UC3823.

Добавление от 27.02.2013 Иностранный производитель контроллеров Texas Instruments преподнес нам удивительно приятный сюрприз. Появились микросхемы UC3823A и UC3823B. У этих контроллеров функции выводов немного не такие, как у UC3823. В схемах для UC3823 они работать не будут. Вывод 11 теперь приобрел совсем другие функции. Чтобы в описанной схеме применить контроллеры с буквенными индексами A и B, нужно вдвое увеличить резистор R6, исключить резисторы R4 и R5, подвесить (никуда не подключать) ножку 11. Что касается российских аналогов, то нам читатели пишут, что в разных партиях микросхем разводка разная (что особенно приятно), хотя мы пока новой разводки не встречали.

L1 — дроссель 2 мГн, рассчитанный на ток 3 А. Можно намотать на сердечнике Ш16х20 четырьмя проводами 0.5 мм, сложенными вместе, 130 витков, зазор 3 мм. L2 — 8 витков провода 0.2 мм.

Смотрите также онлайн расчет дросселя. В форме задайте амплитуду пульсаций тока равной нулю, чтобы получить нужные нам параметры.

Ознакомьтесь с порядком расчета теплоотвода силового полевого транзистора.

Выходное напряжение формируется на конденсаторе C5.

Комментарий: В параметрах дросселя была ошибка, на которую нам указали читатели. Теперь она исправлена. Кроме того, для повышения стабильности работы схемы может быть полезно ограничить максимальное время открытия силового полевого транзистора. Для этого устанавливаем подстроечный резистор между 16 ножкой микросхемы и минусовым проводом питания, а движок соединяем с ножкой 8. (Как, например, на этой схеме.) Подстраивая этот резистор, можно регулировать максимальную скважность импульсов от ШИМ-контроллера.

:: (в начало статьи)

1 2

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. сообщений.

Можно ли предположить, что такой корректор мощности (электронный) позволяет экономить энергию потребляемую из эл. сети? Если да, то будет ли это зависеть напрямую от ёмкосли конденсатора С5? Уточнение: я имею ввиду условия для активной нагрузки, которой безразлично постянное или переменное напряжение. С уважением, Сергей. Читать ответ…

Здравствуйте! Подскажите пожалуйста как рассчитать индуктивность дросселя и ёмкость эл. конденсатора для ‘простейшего корректора коэффициента мощности’ на другую частоту. Например на 100, 200, 300 кГц. Спасибо! Читать ответ…

Здравствуйте! Можно ли обмотку l2 дополнительно использовать для питания: драйверов ir2101 и гальванически связанного с ними контроллера инвертора трехфазного асинхронного двигателя. Питание драйверов верхних ключей бутстрепное. С уважением, Борис Читать ответ…

Здравствуйте !Подскажите пожалуйста: можно ли получить выходное напряжение ККМ 400в, и что для этого необходимо сделать? С уважением Борис Читать ответ…

Здравствуйте! В статье ‘Импульсный корректор коэффициента мощности’ нет достаточной информации о сердечнике дросселя L1. Не могли бы Вы указать материал сердечника, а также его типоразмер, для варианта корректора, мощностью до 100 ватт. С уважением, Гоша. Читать ответ…

Еще статьи

Преобразователь однофазного в трехфазное. Конвертер одной фазы в три. …
Схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное….

Полумостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, …
Как работает полу-мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание…

устройство для резервного, аварийного, запасного питания котла, циркул…
У меня установлен газовый отопительный турбо котел, требующий электропитания. Кр…

Режим непрерывного / прерывного (прерывистого) тока через катушку инду…
Сравнение режимов непрерывного и прерывного тока. Онлайн расчет для повышающей, …

Понижающий импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Пр…
Понижение напряжения постоянного тока. Как работает понижающий преобразователь н…

Система возбуждения и стабилизации напряжения генератора

Система возбуждения генератора расположена сверху на корпусе статора генератора и закрыта защитным съемным кожухом. Статическая система возбуждения служит для питания обмотки ротора постоянным током и поддержания напряжения генератора в заданных пределах и включает в себя (рис.70): блок питания БП, блок управления БУ, селеновый выпрямитель ВС и корректор напряжения КН.

Блок питания состоит из силового трансформатора ТС, управляемого дросселя ДУ, выпрямителя питания корректора ВПК и вольтодобавочного устройства ВДУ.

Силовой трансформатор ТС предназначен для преобразования напряжения и тока генератора в напряжение, необходимое для питания обмотки ротора генератора через выпрямитель ВС. Трансформатор состоит из четырех обмоток: первичной Wн, последовательной Wc, вторичной W2 и обмотки питания корректора напряжения W1. Первичная обмотка служит для создания составляющей тока возбуждения генератора, обеспечивающей номинальное напряжение на его зажимах при холостом ходе. Вторичная обмотка питает через выпрямитель ВС, собранный по трехфазной мостовой схеме, обмотку возбуждения ротора. Обмотка Wc включена последовательно по одной катушке в каждую фазу обмотки статора генератора и служит для изменения тока возбуждения при изменении нагрузки и коэффициента мощности генератора.

Дроссель управления ДУ служит для регулирования тока возбуждения генератора, а следовательно, и его напряжения. Он состоит из сердечника и трех обмоток; Wр, обмотки управления Wу и короткозамкнутой обмотки Wк. Обмотка Wр служит отсоса тока возбуждения генератора, Wу – для подмагничивания сердечника, а Wк – для снижения э.д.с. высших гармоник, индуктируемых в обмотке Wу.

Вольтодобавочное устройство ВДУ повышает напряжение управления для расширения пределов ручного регулирования и состоит из трансформатора и выпрямителя. Первичная обмотка W1 подключена на фазное напряжение обмотки питания корректора. Вторичная разделена на два равных плеча и питает вентили VD7, VD8 соединенные по двухполупериодной схеме. Выпрямленное напряжение ВДУ суммируется с выпрямленным напряжением выпрямителя ВС и через резистор СУ поступает на обмотку управления дросселя ДУ.

Блок управления БУ предназначен для управления системой возбуждения генератора в ручном и автоматическом режимах. Состоит из резисторов RП1, RП2, RП15 и трансформатора ТПР. Комплектно с БУ поставляют резистор ручной регулировки напряжения СУ, резистор установки напряжения при автоматическом регулировании СУН и тумблер-переключатель вида регулирования (ручное или автоматическое) ТВ1.

Корректор напряжения КН – прибор для стабилизации выходного напряжения генератора представляет собой электронное устройство, собранное на полупроводниковых элементах. На вход КН подается напряжение генератора (выводы Р1, С1), а его выход подключен к обмотке управления дросселя ДУ. Регулируя ток подмагничивания в дросселе, корректор увеличивает точность поддержания напряжения на зажимах генератора. Питание корректора осуществляется постоянным током от выпрямителя ВПК. Принципиально корректор напряжения состоит: из измерительного органа и усилителя.

Измерительный орган КН, в схему которого входят измерительный трансформатор ТИ (рис.71), выпрямитель В1, стабилитрон В2, конденсатор С1, резисторы R1, R8, R9 и транзистор Т1, вступает в работу при напряжении генератора , превышающем, так называемое опорное напряжение, которое в нормальных режимах всегда ниже номинального напряжения генератора. Напряжение генератора подается на входные выводы измерительного трансформатора Р1, С1 через балластный резистор R15 и резистор уставки напряжения СУН. Это напряжение выпрямляется выпрямителем В1 и после частичного сглаживания фильтром R8, C1 через стабилитрон В2 поступает на вход транзистора Т1.

Входной сигнал будет тем больше, чем больше напряжение генератора превышает опорное напряжение стабилитрона. Таким образом, измерительный орган корректора напряжения КН преобразует отклонение напряжения генератора в большую сторону от опорного напряжения стабилитрона В2 в выходной ток транзистора Т1, поступающий далее на вход усилителя.

Усилитель корректора напряжения состоит из транзистора Т2, Т3, Т4, конденсатора С3, резистора R10, двух делителей напряжения с резисторами R11, R12 и диодами В3, В4. Параметры элементов усилителя выбраны так, чтобы при отсутствии сигнала с измерительного органа транзисторы Т2 и Т3 усилителя были полностью открыты (режим насыщения), а транзистор Т4 закрыт благодаря подпирающему смещению с выпрямителя В4, т.е. обмотка управления Wу дросселя управления ДУ, соединенная с коллектором транзистора Т4, отключена от выпрямителя питания корректора ВПК и в ней отсутствует подмагничивающий ток. При появлении импульса выходного тока транзистора Т1 конденсатор С3 заряжается этим импульсом и разряжается на резистор R10. Падение напряжения на R10 закрывает транзистор Т2. Исчезновение тока через Т2, являющегося одновременно током смещения транзистора Т3, приводит к закрытию транзистора Т3 и открытию Т4. С открытием транзистора Т4 напряжение питания корректора целиком прикладывается к обмотке Wу, а ток управления при этом определяется напряжением питания корректора и сопротивлением обмотки дросселя.

Такое состояние схемы может сохраниться только пока разряжается конденсатор С3 и падение напряжения на R10 способно удерживать транзистор Т2 в закрытом состоянии. Как только С3 разрядится настолько, что напряжение на R10 сменит знак под влиянием постоянного отпирающего смещения с делителя R12, транзистор Т2 откроется и схема перейдет в первоначальное устойчивое состояние, характеризующееся отсутствием тока на выходе корректора КН. С появлением нового импульса с измерительного органа процесс повторяется. Поскольку на входе измерительного органа напряжение генератора выпрямляется двухполупериодным выпрямителем, выходной ток измерительного органа будет иметь вид узких импульсов, следующих с частотой 100Гц. Соответственно частота импульсов выходного напряжения транзистора Т4 будет также 100Гц. Импульсы имеют форму прямоугольников, ширина которых зависит от напряжения генератора на входе КН. Чем больше напряжение на входе КН, тем больше импульсы выходного тока измерительного органа, т.е. до большего напряжения будет заряжаться конденсатор С3. Соответственно увеличивается время, в течение которого конденсатор, разряжаясь на R10, удерживает транзистор Т2 в закрытом состоянии, и, следовательно, транзистор Т4 в открытом состоянии.

Таким образом, увеличивается время воздействия напряжения питания корректора на обмотку управления, что ведет к увеличению среднего значения тока управления и, в конечном итоге, к поддержанию напряжения генератора на заданном уровне.

Уровень напряжения на выводах генератора при автоматическом режиме регулирования устанавливают переменным резистором СУН.

Изменяя сопротивление СУН, можно получить различные уставки напряжения генератора в пределах от +5 до – 10% номинального.

В системе возбуждения предусмотрена также отрицательная обратная связь по напряжению обмотки возбуждения генератора, которая устраняет автоколебания, возникающие при автоматическом регулировании напряжения.

Корректор коэффициента мощности своими руками

Приветствую, Самоделкины!
Сейчас мы вместе с Романом, автором YouTube канала «Open Frime TV», соберем очень интересное устройство, а называется оно корректор коэффициента мощности, сокращенно ККМ.


Все началось с того, что в сети у автора стало проваливаться напряжение до 150В и это создавало ряд проблем. Но самое главное из них было то, что рабочий компьютер попросту не хотел включаться, а он, к сведению, был включен через стабилизатор напряжения.

Данную проблему надо решать, но как? Первая идея была собрать обыкновенный повышающий блок питания со стабилизацией и просто подключить его на вход компьютерного блока. В принципе, автор так и хотел сделать и даже уже начал готовить печатную плату, но потом поговорил с одним умным человеком, и он посоветовал сделать корректор коэффициента мощности. Идея хорошая, но перекопав интернет в поисках информации, к сожалению, ничего не было найдено. На всеми любимом Ютубе были только объяснения как это работает, но ни одного готового решения. А в Гугле автор нашел всего пару статей, из которых и подчерпнул нужную информацию, и теперь готов ею поделиться.
Для начала пару слов про саму работу устройства. Давайте разберем как работает импульсный блок, по крайней мере его входная часть. Итак, это диодный мост и конденсатор:

Есть 2 ситуации:
1) На выходе нету нагрузки. В таком случае в начальный момент времени конденсатор заряжается до амплитудного значения сети. А так как ему некуда девать энергию, то на выходе будет прямая линия.

2) Вторая ситуация: подключили нагрузку, а точнее наш импульсник. В таком случае в начальный момент времени кондер зарядился до амплитудного значения, а когда полуволна синусоиды пошла на спад, кондёр начал разряжаться через нагрузку, но разряжается он не до нуля, а до определенного значения. Потом идет новая полуволна и кондёр опять подзаряжается.
В итоге получается такая ситуация, что кондер подзаряжается только маленький промежуток времени. Именно в этот момент идет максимальный бросок тока, который превышает номинальный в несколько раз. Как вы уже догадались — это плохо. Какой же выход из данной ситуации? Все очень просто. Необходимо поставить повышающий преобразователь, который будет подзаряжать кондер почти на всем участке полуволны.
Этот преобразователь и есть наш корректор коэффициента мощности. Каким же образом это работает? Грубо говоря, он разбивает всю полуволну на мелкие участки, которые соответствуют частоте его работы, и на каждом участке повышает напряжение до заданной величины.
Таким образом заряд основного конденсатора происходит всю полуволну, тем самым убирая броски тока, и наш импульсник выглядит для сети, как чисто активная нагрузка.
Также есть и другая особенность корректора, это то, что он может нормально работать даже при входящем напряжение 90 В. Ему то все равно нужно повышать напряжение, будь оно с амплитудой 310 В или же в 150 В.
Отлично, мы вкратце ознакомились с принципом работы данного устройства, а теперь давайте перейдем к рассмотрению схемы.
Она взята из даташита, ничего своего автор в нее не вносил. Как видим, элементов немного, это хорошо, легче будет развести печатную плату.
Также стоит рассмотреть важные моменты схемы: первое — некоторые номиналы элементов будут отличаться для разных мощностей, это нужно учитывать; второе — это выходное напряжение. Если вы делаете ККМ для комповского блока питания, то нужно выбирать напряжение в 310В. А если рассчитываете блок с нуля, то лучше взять напряжение в районе 380В.
Величину выходного напряжения регулируют делителем напряжения на вот этих резисторах:
Из такого расчета, чтобы при номинальном выходном напряжении на делителе было 2,5В. Как уже было сказано раньше, для разных мощностей нужны разные элементы. Для мощности в 100Вт нужен транзистор 10n60, а для 300Вт уже 28n60. Но лучше взять с запасом 35n60, такой точно выдержит нужную нагрузку.
Идем дальше. Диод.
Это должен быть ultrafast на напряжение не менее 600В и ток 5 и выше ампер. Важную роль тут играет выходной конденсатор. Грубо его можно рассчитать из соображений, 1мкФ на 1Вт выходной мощности.
Остался дроссель, его намотку рассмотрим позже.
Переходим к печатной плате. Она получилась немаленькой, но это все из-за больших размеров конденсатора и дросселя.
Как видим, автор развел плату без единой перемычки и все на вводных деталях для удобства повторения. Больше про печатку сказать ничего, идем травить плату.
Вытравили плату, просверлили отверстия на сверлильном станке и теперь приступаем к запаиванию запчастей.
Единственное, для теста автор заменил транзистор 35n60 на 20n60, так как он дешевле и не так будет обидно в случае чего. В качестве радиатора применен вот такой алюминиевый профиль:
Он имеет большие размеры и сможет с легкостью охладить силовые элементы. Теперь настало время изготовить дроссель. Это самая сложная часть схемы. В его расчете нам поможет программа:
В ней вводим все необходимые данные и на выходе получаем параметры намотки. Сердечник в данном случае будет такой:
Можно было и меньший, но тогда придётся мотать больше витков. Также не забывайте поставить галочку возле выбора провода, автор забыл и поэтому дроссель мотал 2 раза.
Также у дросселя есть еще вторая обмотка. Ее делаем из соотношения 7:1. При 58 витках вторичка будет 8 витков. У автора при 74-х витках получилось 10 витков. Диаметр провода тут берем от 0,4 до 0,6 мм. Что касается фазировки, то тут все очень просто. Выводы дросселя, как они есть, устанавливаются на плату, главное не перепутать силовую и второстепенную обмотку. Также на схеме есть синфазный дроссель, его мотаем на кольце диаметром 20-25 мм и проницаемостью 2000. Количество витков 8-12, диаметр провода от 0,8 до 1,2 мм.
На этом все. Можно производить первое включение. Так как это не импульсный блок, то лампу накаливания в разрыв ставить нельзя, но автор все же поставил, только киловаттную, просто не хотелось в случае КЗ иди на улицу к щитку и включать пробки.
После включения схема заработала. В нагрузку автор повесил 2 лампочки накаливания на 100Вт включенных последовательно.
Как видим при низком входном напряжении на выходе получаем напряжение в районе 315В. Теперь нужно посмотреть, как поведет себя схема с импульсником. Для этого берем блок питания от компа и разбираем его. Нам необходимо посмотреть есть ли в нем варистор, если есть, убрать, так как он рассчитан на 275В и сработает при подаче 310В. Теперь включим этот блок напрямую в сеть и посмотрим какой будет косинус.
Хорошо, а теперь подключаем через корректор. Подаем питание на те же выводы где была переменка, чтобы не мучиться и не выпаивать диодный мост. Производим включение.
Теперь пройдемся по всем показаниям энергометра. Больше всего нас интересует косинус ф. Как видим он колеблется в районе 95. Ну что, вполне достойный результат. Теперь подкинем на блок питания нагрузку — нихромовую спираль. Мощность потребления примерно 160Вт.
Отлично, а что же происходит с косинусом? А он в это время начинает стремиться к единице, но при отключении нагрузки падает. Это связано с разрядом конденсатора. По поводу нагрева. Радиатор оказался очень большим и на протяжении получаса не нагрелся. А вот дроссель ощутимо нагрелся градусов до 65-70, поэтому вентилятор желательно устанавливать.
Ну а на этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!
Видео:

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .

ГАЗ 31 поколение… последнее. ›
Бортжурнал ›
Корректор напряжения генератора.

Описание проблемы:
В современных генераторах реле-регулятор(11) подключен к собственному диодному мосту(7), поэтому при нагрузке генератора реле-регулятор отслеживает падение напряжения на обмотках статора(8) а не на основном мосту(5-6) и из за разницы напряжений на мостах возникают падения напряжения в бортсети.
Решение аналогично добавочному диоду в цепи диодный мост — реле регулятор, но есть отличие в возможности авто-отключения диода при достижении заданного уровня напряжения, что исключает перенапряжение в бортсети автомобиля.
Требуемое напряжение задается параметрами стабилитрона, стабилитрон выбирается так: напряжение стабилитрона = требуемое напряжение — напряжение открытия транзистора U3 (0.7 вольт). За контрольную точку у себя взял выход главного реле: при напряжении 13.7 вольта в этой точке на плюсе аккумулятора получается 14.4 вольта, поэтому был выбран стабилитрон на 13 вольт. Если взять за контрольную точку плюсовую клемму аккумулятора то вместо стабилитрона указанного в схеме следует поставить два стабилитрона включенных последовательно (1N4735A+1N4737A). Напряжение поддерживается в пределах +/-1% от заданного.

Описание работы устройства
Если напряжение в контролируемой точке ниже суммы напряжений пробоя стабилитрона и напряжения открытия транзистора, то транзистор и полевик закрыты, полевик установлен таким образом что в закрытом состоянии ток течет через внутренний диод полевика, создавая падение напряжения в цепи реле регулятора равное напряжению насыщения внутреннего диода (-1.2 вольта), если же напряжение в контролируемой точке выше установленного значения транзистор открывает полевик и на реле регулятор поступает напряжение с дополнительного моста генератора без изменений.
Корректор врезается в цепь между диодным мостом и регулятором напряжения. Печатная плата onedrive.live.com/?id=621…3971&cid=621F7DDAC07B7295
Таблица для подбора стабилитронов :
Каскадное включение
Возможно последовательное включение двух блоков устройства, в таком случае стабилитрон одного из блоков должен быть с меньшим на 1 вольт напряжением (это примерно должно быть равно напряжению насыщения внутреннего диода мосфета), тогда при падении напряжения ниже выбранного порога сперва подключится в работу один диод, при дальнейшем падении (ещё на 1 вольт)контролируемого напряжения подключится второй.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх