Активные выпрямители и корректоры коэффициента мощности

Обзор способов коррекции коэффициента мощности

Задача повышения коэффициента мощности сетевых статических преобразователей возникла еще в середине ХХ века в связи с повышением удельной мощности нелинейных потребителей в сетях переменного тока, однако решение этой задачи происходило поэтапно по мере развития технологии силовых полупроводниковых приборов и систем управления преобразователями.

Маломощные выпрямители с самого раннего этапа своего развития, как правило, выполнялись неуправляемыми. Стремление к улучшению массогабаритных показателей блоков питания радиоэлектронной аппаратуры, снижению стоимости, повышению технологичности привело к широкому использованию на входе блока питания выпрямителя с С-фильтром, который потребляет от сети ток короткими импульсами, расположенными вблизи экстремальных значений сетевого напряжения, и имеет в связи с этим крайне низкий коэффициент мощности (ч = 0,3 — 0,5).

Широкое применение вычислительной техники и другой электронной аппаратуры привело к тому, что в сети оказалось множество нелинейных маломощных потребителей, которые одновременно работают в режиме импульсного потребления тока вблизи экстремальных значений напряжения сети, и их суммарная мощность оказывается значительной, а негативное влияние на сеть ограниченной мощности ощутимым.

Задачей активного выпрямителя (или корректора коэффициента мощности ККМ) является в идеале формирование синусоидального сетевого тока, синфазного напряжению сети. Работа современных активных выпрмителей и ККМ основана на применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Обобщенная схема однофазного активного выпрямителя приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1

В цепь постоянного тока преобразователя напряжения включен конденсатор С, величина которого достаточна, чтобы считать напряжение u_d постоянным и равным U_d (режим источника постоянного напряжения). Преобразователь напряжения на стороне переменного тока формирует ШИМ-последовательность импульсов напряжения с амплитудой U_d.

Напряжение преобразователя на стороне переменного тока.

u_п(t) = k_сх U_d F (t), (2.1).

где F (t) — схемная переключающая функция преобразователя напряжения, которая может принимать значения -1, (0), +1, а k_сх = 1 или 0,5 в зависимости от схемы преобразователя (мостовая — полумостовая). Нулевое значение переключающей функции используется при формировании однополярной ШИМ.

При работе активного выпрямителя формируется сетевой ток синусоидальной формы. Ток сети i и напряжение дросселя u_L связаны известным соотношением.

Напряжение на дросселе.

(1.2).

Если U_d(t) k_сх > U, то изменение производной сетевого тока однозначно определяется переключающей функцией F преобразователя: при F = 0 или — 1 ток сети нарастает, при F = 1 ток падает.