Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Украины
Одесская национальная академия связи им. А.С.Попова
Кафедра безопасности производственных процессов и электропитания систем связи
Самостоятельная работа на тему:
«Анализ рынка современных энергосберегающих устройств – Коректор коэффициента мощности»
Выполнила:
Нечепурук Л.Н.
Группа ПЗ – 5.16а
Руководитель:
Русу А. П.
Одесса 2013
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.
Рассмотрим работу потребителей электроэнергии с блоком и без блока PFC.
Коэффициент мощности источника определяется, как отношение активной мощности к полной мощности. Максимальное значение коэффициента мощности равно 1, это идеальный вариант, когда вся потребляемая мощность используется для производства полезной работы без потерь. Коэффициент мощности используется для оценки эффективности потребления электроэнергии (чем выше коэффициент, тем выше эффективность)..
Во время работы все источники без блока коррекции коэффициента мощности PFC потребляют ток от сети питания короткими импульсами (рис.1а).
Рис 1. I –напряжение сети; U – потребляемый ток
Исходя из этого, значения потребляемого тока довольно велики. Например блоки питания с нагрузкой 200Вт, средний ток будет равен 1А, а импульсный ток будет в 4 раза выше. Если источник будет иметь большую нагрузку, тогда токи потребления будут очень большими, соответственно значительно увеличится нагрузка на питающую сеть и придется больше платить за электроэнергию.
При большом количестве таких выпрямителей, подключенных к сети переменного тока, возникает не только проблема загрязнения сети гармониками тока, но и проблема снижения коэффициента мощности (cos .). Типичное значение коэффициента мощности источника питания без корректировки 0,65. Для снижения гармоник тока и повышения коэффициента мощности применяется его активная коррекция с помощью так называемого корректора коэффициента мощности (ККМ, или PFC – power phase corrector), представляющего собой самостоятельный преобразователь напряжения, так называемый «бустерный конвертер» (boost converter – BC), снабженный специальной схемой управления (рис. 2).
Рис 2. Упрощенная схема «преобразователя с повышением»
Основными элементами ВС являются: дроссель L, диод VD2, конденсатор C2, быстродействующий ключевой элемент VT на базе MOSFET транзистора и специальный драйвер G, предназначенный для управления силовым VT. Работа этого устройства основана на явлении возникновения импульсов повышенного напряжения обратной полярности на индуктивности при разрыве тока в ее цепи. Транзистор VT с большой частотой (обычно 200 кГц) включает и выключает ток в цепи индуктивности L, а образующиеся при этом импульсы повышенного напряжения через диод VD2 заряжают конденсатор С2, от которого питается нагрузка (в нашем случае электронный балласт).
Таким образом, напряжение на конденсаторе С2 всегда выше входного напряжения ВС. Во многих случаях конденсатор С2 заряжается до напряжения 385–400 В. Благодаря тому, что конденсатор С1 имеет очень небольшую емкость (это, по сути, высокочастотный фильтр), а схема управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, или PWM) ключевого элемента постоянно отслеживает фазу входного переменного напряжения и обеспечивает соответствующую привязку импульсов управления (то есть импульсов тока) к фазе напряжения, удается практически полностью устранить сдвиг фаз между током и напряжением, потребляемым накопительным конденсатором С2 (рис. 3), то есть устранить гармоники тока и поднять коэффициент мощности до 0,95–0,98.Коэффициент мощности Км источников без блока PFC равен приблизительно 0,7, т. е. только 70% энергии потребляется источником питания для производства полезной работы, а 30% создают только дополнительную нагрузку сети.
Рис. 3. I –напряжение сети; U – потребляемый ток
Таким образом, эффективность применения корректоров коэффициента мощности (PFC) очень высока. Корректоры стабилизируют потребляемый ток, снижают его значение, соответственно снижают потребляемую мощность и повышают эффективность источников. Корректоры широко применяются в электронных устройствах особенно в компьютерной технике. Применение данных устройств в сварочном оборудовании, как одном из основных потребителей электроэнергии на производстве, позволяет существенно снизить затраты, связанные с потребление электричества и повысить эффективность производства.
Таблица 1 Производители однофазных ККМ
|
Производитель |
Модель ИБП |
Мощность кВ.А |
Структура ККМ |
Вх. напряжение, В |
Качество потребления, вх |
|
Powerware |
PW9120 |
1;1.5;2;3 |
Мостовой ключ |
160-276 |
0,95-0,97 |
|
5;6 |
Дифференциальная |
184-276 |
0,99 |
||
|
Liebert |
GXT – 2U |
1;2;3 |
Мостовой ключ |
160-280 |
0,95-0,97 |
|
GXT |
6;10 |
Дифференциальная |
160-280 |
0,97 |
|
|
Nfinity |
4;8;12;16 |
Дифференциальная |
170-256 |
0,98 |
|
|
Электомаш |
ИДП1 |
1;2;3 |
Мостовой ключ |
160-280 |
0,95-0,97 |
|
6;10 |
Дифференциальная |
||||
|
GE Digital Energi |
VH |
1;1.5;2;3 |
Мостовой ключ |
160-280 |
0,95-0,97 |
Таблица 2 Ведущие производители ККМ
|
Наименование производителя |
International Rectifier |
Texas Instruments |
ON Semiconductor |
STM |
Infineon Technologies |
Kodenshi AUK |
|
Наименование ИС |
IR1155S |
UCC28063 |
NCP1654 |
L6564 |
ICE2PCS06G |
S6503/P |
|
Мощность ККМ, Вт |
от 75 Вт до 4 кВт |
до 800 |
– |
до 500 |
– |
– |
|
Корпус |
SOIC-8 |
SOIC-16 |
SO-8 |
SSOP-10 |
DIP-8, DSO-8 |
SOP-8,DIP-8 |
|
Ток запуска, мкА |
175 |
95 |
75 |
100 |
450 |
40 |
|
Режим работы* |
CCM |
TM |
CCM |
TM |
CCM |
DCM |
|
Частота ШИМ, кГц |
48...200 |
45 |
65/133/200 |
70 |
65 |
50 |
|
Ток управления драйвера |
до 1,5 А |
100 мА |
1,5 А |
800 мА |
10 мА |
500 мА |
|
Рабочая температура, °С |
-25...125 |
-25...125 |
-40...150 |
-40...150 |
-40...125 |
-35...150 |
|
Примерное количество деталей в «обвязке» ИМС, шт |
20 |
20 |
25 |
40 |
18 |
22 |
|
Дополнительно |
– |
Сверхнизкий КНИ |
Есть защита по температуре |
Взаимодействие со следующим каскадом (PFC_OK) |
– |
Минимальный по габаритам дроссель |
|
Примечание: *CCM – режим неразрывных токов; DSM – режим разрывных токов. |
Литература:
http://www.spwr.by/stati/korrektor-koeffitsienta-moschnosti.html;
2.Энергосберегающие технологии в системах электропитания и электроснабжения: http://shurusu.narod.ru/index/0-28
3. Корректоры коэффициента мощности (PFC): http://www.rutector.ru/press/entries/entry_id=22