TLL Media | IndustryInfoBG | South-East European INDUSTRIAL Market | Български Технически Каталог | Енерджи ревю | Енерджи Инфо БГ | ТД ИНСТАЛАЦИИ | Екология & Инфраструктура
TLL Media ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ - СПИСАНИЕТО НА БЪЛГАРСКАТА ИНДУСТРИЯ
НАЧАЛО     ENGLISH
Търси
TLL Media
TLL Media
ИздателствотоЗа изданиетоАрхивАбонамент РекламаКонтактиПредстоящо
TLL Media
 

ЕЛЕКТРОНИКА

Инженеринг ревю » Сп. Инженеринг ревю - брой 9, 2005, Декември 2005
Корекция на фактора на мощност

Фиг.1
Фиг.1
Фиг.2 а
Фиг.2 а
Фиг.2 b
Фиг.2 b
Фиг. 3
Фиг. 3
Фиг.4а
Фиг.4а
Фиг.4b
Фиг.4b
Фиг. 5
Фиг. 5
Фиг.6
Фиг.6
Фиг. 7
Фиг. 7
Таблица 1. Интегрални схеми за PFC
Таблица 1. Интегрални схеми за PFC
Фиг.8а
Фиг.8а
Фиг. 8b
Фиг. 8b
Фиг.9
Фиг.9
Фиг.10
Фиг.10
Фиг.11
Фиг.11
Фиг.12
Фиг.12
Фиг.13
Фиг.13
Фиг.14а
Фиг.14а
Фиг.14b
Фиг.14b
Таблица 4. Кондензатори за корекция на cos
Таблица 4. Кондензатори за корекция на cos

Стефан Куцаров

Необходимостта от икономия на електроенергия освен финансов има и сериозен екологичен аспект, свързан с глобалното затопляне в резултат на човешката дейност. Това е причината производителите на електрически съоръжения да полагат усилия за подобряване на ефективността на електроенергията, за да може все по-малка част от нея да се губи или ненужно предоставя на консуматора без да върши работа.

Този проблем не е от вчера. Подобряването на cosj винаги е било сред основните задачи на енергетиците и производителите на електроапаратура, като непрекъснато се появяват нови методи и технически средства за приближаването му към 1. Съществен е и проблемът със загубите поради несинусоидалната форма на тока на консуматорите, която налага в изискванията за качество на доставяната електроенергия, към стойността на напрежението и честотата да се прибавя и максимална близост на формата му до синусоидата. Тук ще разгледаме някои съвременни аспекти за намаляване на загубите на електроенергия чрез подобряване на фактора на мощност (Power Factor) PF, методите и средствата за което са известни като корекция на фактора на мощност (Power Factor Correction) PFC.

Основни видове консуматори

Добре известно е, че активната мощност (Real Power, True Power) зависи от моментните стойности на напрежението u и тока i на консуматорите и се определя за един техен период Т. Тя се измерва във W и основната й част върши работа, например за отопление, осветление и задвижване. Другата част от активната мощност се определя от енергийни загуби, например загряването на електродвигателите. Привидната мощност (Apparent Power) Papp=UIRMS е реално доставената от електрическата мрежа на консуматора и зависи от ефективната стойност U на неговото напрежение (на практика то винаги е синусоидално) и средноквадратичната стойност IRMS на тока му. Измерва се във VА. В линейните товари и токът е синусоидален, при което IRMS е неговата ефективна стойност. В нелинейни товари токът не е синусоидален и IRMS се определя от ефективните стойности In на неговите хармоници. Факторът на мощност на консуматора представлява отношението PF=P/Papp.

Токът на активните товари (нагреватели, лампи с нажежаема нишка) освен че е синусоидален, е и във фаза с напрежението. За електрическата мрежа тези товари представляват съпротивление R=U/I и имат cosj=1. В случая на линейни товари с индуктивен характер, като електродвигатели, трансформатори и индукционни пещи, токът изостава от напрежението на ъгъл j. Активната мощност в случая е P=UIcosj, но освен нея консуматорът има нужда и от реактивна мощност Pr=UIsinj. Тя не извършва работа и служи за създаване на необходимото за работата му магнитно поле (ел. двигатели, трансформатори) и на неизбежното разсейвано магнитно поле. Измерва се във vаr. Реактивната мощност се доставя от електроцентралите, създава загуби по електропроводите и електрическата мрежа, но консуматорите не желаят да я заплащат. Привидната мощност на линейните товари с индуктивен характер e Papp=Ц(P2+Pr2), а PF е равен на cosj. Графично трите мощности се представят чрез триъгълника на мощностите (фиг. 1), който визуално показва, че намаляването на j и съответно приближаването на cosj към 1 изисква намаляване на доставяната от мрежата реактивна мощност.

Непрекъснато нараства количеството на консуматорите, при които токът може да е във фаза с напрежението, но има несинусоидална форма. Характерни примери са токоизправителите, апаратите за електрозаваряване, електродвигателите с регулиране на оборотите, импулсните захранвания, електронните баласти и всякакви индуктивни товари с наситен магнитопровод. Като пример на фиг. 2а е дадена осцилограма на тока на входа на импулсно захранване без PFC, а на фиг. 2б – на тока на електродвигател с променливи обороти също без PFC. При несинусоидален ток работата се извършва само от първия му хармоник с ефективна стойност I1, а останалите ненужно загряват консуматора. Оценката на наличните хармоници се извършва чрез коефициента на формата (Distortion Factor) kD=(I1/IRMS), а коефициентът на нелинейни изкривявания (Total Harmonic Distortion) на тока е THD=100Ц(1/kD2-1), %. Например на THD=10% съответства kD=0,995. За практиката е важно, че точното определяне на kD може да се направи чрез хармониците на тока.

При несинусоидален ток с фазова разлика j спрямо напрежението, факторът на мощност е PF=kDcosj и за осигуряване на дадена активна мощност на консуматора е необходима привидна мощност Papp=(P/kDcosj) .

Докато проблемите поради cosj и методите за намаляването им са известни отдавна на енергетиците, на kD доскоро се обръщаше внимание само в апаратури с голяма мощност. Мотивът бе, че усложняването и оскъпяването на маломощните апаратури не се оправдава с икономията на неголяма мощност. Това вече не е вярно поради сравнително простите и евтини технически решения за реализация на PFC и заради голямото количество налични устройства. Например, ако едновременно към енергийната мрежа са свързани 1 млн. импулсни захранвания с мощност по 100 W (типичен работен ден у нас) и техният kD бъде увеличен само с 1%, енергосистемата ще трябва да им доставя с 1 MW по-малка мощност.

Допълнителна причина за увеличаване на kD е, че хармониците могат да се разпространяват по мрежата и да пречат на работата на други устройства, както и да се излъчват. Достигането им до съоръженията в електроцентралите допълнително увеличава тяхната температура с всички нежелани последици от това. Хармониците предизвикват допълнителни загуби на енергия поради скин ефект в кабелите и трансформаторите. Освен това, намаляването на хармониците до допустимите норми чрез филтри и екраниране, може в много случаи да се окаже по-скъпо, отколкото чрез използване на PFC. И не на последно място, повишаването на kD означава по-малки енергийни загуби в консуматорите.

Международни класове и норми

Те имат за цел да фиксират максимално допустимите стойности на хармониците в тока на променливотокови товари. През 1995 г. е създадена нормата IEC1000-3-2 на Международната електротехническа комисия, която от 2001 г. е повторена като европейска норма EN61000-3-2. Тя фиксира допустимите амплитуди на хармониците в мрежата до 39-я включително, създавани от нисковолтови консуматори с ток във всяка фаза до 16 А. Според нея електрическите уреди се разделят на 4 класа:

Клас А - балансирани трифазни уреди, домакински уреди, които не са в клас D, стационарни ел. инструменти, регулатори на силата на светене на лампи с нажежаема нишка и аудио устройства. Изискванията са за PF, не по-малък от 0,9.

Клас В – преносими електроинструменти и непрофесионални апарати за електрозаварявяне.

Клас С – осветителни тела. При луминесцентни лампи изискването е отношението на максималната и средноквадратичната стойност на тока, наречено коефициент на формата (Сrest Factor), да не надхвърля 1,7.

Клас D – компютри, монитори, радио- и телевизионни приемници с мощност от 75 до 600 W. При тях токът трябва да е практически синусоидален и PF»1.

Засега не съществуват норми за хармониците на устройства с мощност до 75 W.

Особености на PFC за импулсни захранвания

На входа на всяко импулсно захранване има безтрансформаторен мостов токоизправител с филтриращ кондензатор. Според добре известния принцип на работа кондензаторът се дозарежда бързо през малка част от периода на мрежовото напрежение. Това означава, че консумираният от мрежата ток има импулсен характер с амплитуда обикновено 5-10 пъти по-голяма от средната му стойност. Резултатът е много хармоници (основно нечетни) и типична стойност на PF около 0,6 дори при липса на фазова разлика между тока и напрежението.

Мястото на блока за PFC е преди преобразувателя на постоянно в постоянно напрежение DC-DC (фиг. 3), който осигурява необходимите стабилизирани постоянни напрежения Uoi. Филтърът не пропуска високочестотното напрежение, създавано в PFC, към мрежата и допринася за удовлетворяване на нормите за проводникови електромагнитни смущения. Строгостта на последните налага внимателен подбор на схемата на филтъра, съчетан с прецизно изчисление и конструкция. Допълнителна желана, но не винаги реализируема функция на PFC, е да подържа неизменна мощност върху товара при промени на мрежовото напрежение в широки граници, напр. от 85 до 264 V.

В зависимост от схемната реализация съществуват два основни типа – пасивна корекция (Passive PFC) и активна корекция (Active PFC), като втората е със значително по-голямо приложение.

Пасивната корекция е проста и евтина и използва свойството на индуктивността да не позволява резки промени на тока през нея. В основата й е дросел (PFC Inductor), свързан последователно с входа на импулсното захранване (LPFC в опростената схема на фиг. 4а). След него е мостовият токоизправител, а кондензаторите С1-С4 са филтриращи с принос за намаляване на електромагнитните смущения към мрежата. Основна филтрираща роля имат дроселите LC (Common Mode Inductor) и LD (Differential Mode Inductor), а термисторът Rt ограничава импулсите на консумирания от мрежата ток.

Простотата на тази корекция и малките загуби на енергия под формата на топлина я правят подходяща за мощни захранвания, особено на трифазни товари. Тя лесно се прибавя към съществуващи захранвания. Например с пасивна корекция към токоизправителя на луминесцентни лампи (фиг. 4б) може да се постигне PF > 0,95. Чрез нея сравнително лесно се удовлетворяват изискванията на клас А при мощности до около 250 W. Основни недостатъци, които ограничават множество приложения, са неголемите типични стойности на PF (обикновено до 0,75) и значителния обем и тегло на LPFC. Освен това изискванията на EN61000-3-2 не винаги могат да бъдат изпълнени чрез използване на пасивна корекция.

Активната корекция осигурява много по-добро потискане на хармониците, а стойността на PF може да надхвърли 0,98. Тя позволява работа в широк обхват на мрежовото напрежение, но е възможно да се вгражда само в нови устройства. Към недостатъците се отнасят по-сложната и скъпа схема, по-голямата отделяна топлина и намаляването на надежността на захранването.

Активната корекция се реализира чрез видоизменение на класическата схема на повишаващ преобразувател на постоянно в постоянно напрежение (Boost Converter), което осигурява форма на консумирания ток, съвпадаща с тази на мрежовото напрежение. Повишаването означава постоянно изходно напрежение UPFC, по-голямо от амплитудата на мрежовото напрежение. И тъй като тази корекция позволява работа в споменатите широки граници на мрежовото напрежение, стойностите на Uo са около 385 V. Реално получаваните стойности на kD надхвърлят 0,9 и в някои случаи достигат до 0,999.

Принципът на действие на активната корекция се изяснява чрез схемата на фиг. 5. Елементите L, T, D и Со и управляващият блок СС са класическата схема на повишаващ преобразувател с широчинноимпулсна модулация (PWM). Липсата на филтриращ кондензатор след мостовия токоизправител означава подаване на входа IN на СС на пулсиращо напрежение up с удвоена мрежова честота. Така продължителността на импулсите на изхода на СС допълнително зависи от моментната стойност на мрежовото напрежение. В резултат на това токът iL през бобината, който е равен на консумирания от мрежата ток ip, се променя едновременно с up и следователно има формата на мрежовото напрежение. Блокът СС задължително съдържа специализирана ИС - контролер за корекция на фактора на мощност (PFC Controller).

Съществуват два основни режима на работа на активната корекция, за всеки от които има една или няколко категории контролери. Наименованието на прекъснатия режим (Discontinuous Current Mode) DCM следва от факта, че токът iL се нулира за определена част от периода си. Реално почти изцяло се използва критичният режим (Critical Conduction Mode, Transition Mode) CRM, при който нулирането е за безкрайно кратко време. Действието му се изяснява чрез фиг. 6. Предназначението на L, T, D и Со в схемата на фиг. 6а е както на фиг. 5. С MPL е означен умножител, на единия вход на който се подава част от пулсиращото напрежение up, а на другия – постоянно напрежение от усилвателя на грешка ЕА, което е пропорционално на изходното напрежение. Така се получава изходно напрежение uMPL (фиг. 6б), което постъпва на единия вход на управляващия блок CU. Когато CU отпуши транзистора Т, започва линейно нарастване на тока iL, което създава напрежение uL със същата форма на другия вход на CU. При изравняване на двете напрежения (uL=uMPL) транзисторът се запушва и започва намаляване на iL заедно с uL (както в класически ключов стабилизатор). При нулирането им специална схема в CU отново отпушва Т и процесът продължава по същия начин. Напрежението uL и токът iL са със симетрична триъгълна форма. Поради това средната съставка iAV на iL е равна на 50% от неговата амплитуда. И тъй като амплитудата се изменя по същия начин както uMPL, токовете iL и ip имат формата на мрежовото напрежение. Както при всеки ключов стабилизатор изходното напрежение UPFC е стабилизирано поради обратната връзка, осъществявана от ЕА. От фиг. 6б може да се прецени, че честотата на тока iL и съответно на нежеланите смущения, е обратно пропорционална на моментната стойност на мрежовото напрежение.

Интегралните схеми за CRM включват обикновено блоковете ЕА, MPL и CU (фиг. 6а). Параметрите на няколко ИС от този тип са дадени в ред 3 и 5 на табл. 1. Специфична е МС33260, която не съдържа умножител и позволява работа с по-малка и евтина бобина L. Освен това с нея може да се реализира схемна разновидност, наречена повишаващ повторител (Follower Boost), при която изходното напрежение UPFC не е стабилизирано, а е с определена стойност по-голямо от мрежовото напрежение

Предимствата на CRM са простото проектиране, ниската цена на ИС, нестрогите изисквания към параметрите на диодите в мостовия токоизправител и липсата на загуби върху транзистора при отпушването му. Основен недостатък е променящата се честота, което затруднява филтрирането на смущенията. Последното е основната причина за приложение на CRM в захранвания с мощност до около 200 W, например използваните в осветителните системи.

Вторият основен вид е режимът с непрекъснат ток (Continuous Current Mode) CCM, чието наименование показва, че токът iL не се нулира. Първата негова разновидност е режимът с усредняване на тока (Average Current Mode Control) ACM, чийто принцип на действие е изяснен на фиг. 7. В нея е използвана ИС ML4821 с параметри в табл. 1. На вход ISINE на умножителя MOD постъпва токът i1, пропорционален на пулсиращото напрежение up след токоизправителя, а другият е свързан към изхода на усилвателя на грешката ЕА. Последният е с малка горна гранична честота (десетина Hz), за да може да се следят само бавните изменения на изходното напрежение Uo. Изходният ток IGM на умножителя е пропорционален на up и създава напрежение върху резистора R2, а токът iL на бобината – друго напрежение върху Rs. Сумата от напреженията постъпва между двата входа на усилвателя CL, с което се осигурява токът iL да има формата на напрежението up. Чрез стъпалото PWM и блока LOGIC изходното напрежение на CL променя коефициента на запълване на импулсите на изхода OUT на ИС. Методът се препоръчва за товари с мощност над 100 W и води до малко по-скъпи схеми в сравнение със CRM.

Съществуват контролери за PFC, съчетаващи методите CRM и АСМ. Пример е NCP1650 с параметри в табл. 1. Неговата разновидност NCP1651 е предназначена за сравнително рядко използваните понижаващи преобразуватели с галванично разделяне за малка и средна мощност.

Втората разновидност на ССМ се нарича метод с формиране на входния ток (Input Current Shaping Method) ICS. При него не е необходим сигнал, пропорционален на пулсиращото напрежение (връзката с прекъсната линия на фиг. 5 не съществува), но чрез резистор Rs във веригата на тока iL се получава напрежение uL=RsiL, също подавано на управляващия блок СС. В последния не се използва умножител. Действието на метода се изяснява чрез времедиаграмите на фиг. 8. С f0 е означена фиксираната честота на тактовия генератор, вграден в блока СС. Прекъсната линия е на средната стойност на тока iL, която представлява консумираният от мрежата ток, а плътната линия е неговата времедиаграма. Важна особеност на метода е, че за да има средната стойност формата на пулсиращото напрежение up, е необходимо пулсациите на тока да са малки. Това се постига чрез достатъчно голяма индуктивност на бобината L. Част от времедиаграмата на фиг. 8а е показана в уголемен вид на фиг. 8б, като за яснота са прибавени и импулсите CLK на тактовия генератор. При постъпване на импулс (моментите t1 и t3) транзисторът Т (фиг. 5) се запушва и натрупаната в бобината енергия подържа изходния ток. Резултатът от това е намаляване на iL и съответно на uL по линеен закон. Напрежението uL се подава на компаратор, който го сравнява с линейно нарастващо напрежение uG. При изравняване на двете напрежения (моментът t2) транзисторът Т се отпушва и напрежението uG се нулира. Токът iL заедно с uL започват да нарастват и върху L се натрупва енергия. От фиг. 5 се вижда, че при отпушен транзистор върху L е приложено практически цялото напрежение up, поради което токът й зависи от него. Именно това е причината средната стойност на iL да има формата на up. Пример за ИС, осигуряваща работа по този метод, е FAN4803-1 с параметри в табл. 1.

Съчетаване на свойствата на DCM и ССМ е осъществено в новия метод на еднотактово управление (One Cycle Control) OOC. С него се реализират повишаващи PFC с фиксирана честота Методът е използван за реализация на ИС IR1150STR с параметри в табл. 1. Фиксираната стойност на честотата се задава чрез външен за ИС резистор в границите от таблицата. Основното предимство на метода е по-малкият брой пасивни елементи към ИС.

Импулсни захранвания с PFC

Реализират се с пасивна и активна PFC. Тъй като увеличаването на kD означава по-малка отделена мощност в импулсното захранване, освен споменатите общи предимства това води до опростяване на топологията на печатните платки и намаляване на размерите им. Същевременно може да се използва по-малък, по-бавен или никакъв вентилатор. Така се намалява излъчваният акустичен шум и захранването може да влезе в категорията безшумни захранвания. При стойности на този параметър до 21 dB(A), на практика вентилаторът не се чува. Подобен проблем не съществува в импулсните захранвания без вентилатор, но тяхната максимална мощност засега е ограничена.

Особености на PFC в ел. уреди и машини

Най-простата разновидност на PFC е подобряването на cosj. Триъгълникът на мощностите на линейни индуктивни товари е повторен на фиг. 9а с допълнителен индекс L на величините му. Добре известното свързване на кондензатор успоредно на товара (фиг. 9б) въвежда отрицателна реактивна мощност PrC без да променя активната мощност на товара. Резултатът е намаляване на реактивната мощност до Pr = PrL – PrC и получаване на cosj > cosjL. При известни активна мощност Р и cosjL на товара, за получаване на желан cosj е необходимо върху кондензатора да има реактивна мощност PrC[kvar] = (cosj/cosjL - 1) P [kW] , той е с капацитет C[mF] = 6,58PrC [kvar] и да издържа максимален ток ICm[A] = 0,793 Ц(C[uF]PrC[kvar]). Тези формули са в сила за електрическа мрежа 220V/50Hz. Добре направената корекция трябва да осигурява cosj>0,9.

При електродвигатели без регулиране на оборотите се използва статична корекция, като токът на кондензатора се избира да е около 80% от тока на намагнитване. Най-простото решение е коригиращият кондензатор и електродвигателят да се задействат с един изключвател (S на фиг. 10а). Това крие опасност от възникване на резонансни явления при отваряне на изключвателя, тъй като на реално съществуващия трептящ кръг се подава напрежение от въртящия се по инерция двигател. Това се избягва чрез втори изключвател за кондензатора (SC на фиг. 10б).

Подобряването на cosj в инвертори за регулиране на оборотите изисква особено внимание, тъй като през свързаните във входа им кондензатори могат да протекат големи токове (за високата честота на инвертора кондензаторите имат малък импеданс). Поради това се препоръчва монтирането им най-малко на 75 метра от входа на инвертора. Чрез кондензаторите е възможно получаване на cosj дори над 0,95, но несинусоидалният характер на тока намалява PF на около 0,7. За повишаването му във входа се свързва подходящ дросел, подобно на схемата на фиг. 4а.

Значително приложение има плавният старт на електродвигателите, реализиран обикновено чрез управляващ електронен блок (Soft Starter). В този случай се препоръчва свързването на фиг. 10в, в което кондензаторът е на входа на блока. При пускане на електродвигателя чрез изключвателя S, затварянето на SC трябва да се прави едва след установяване на номиналния ток. Освен това спирането на електродвигателя трябва да се предшества от изключване на кондензатора. В противен случай преходните процеси поради кондензатора могат да повредят полупроводниковите прибори в електронния блок. Това е и една от причините да се предпочитат паралелно свързани кондензатори с неголям капацитет и всеки със собствен изключвател (кондензаторна батерия) вместо един голям кондензатор. При това включването и изключването на кондензаторите не трябва да става едновременно.

На специалистите е добре познат нелекият избор на кондензаторната батерия при статична корекция. Освен споменатите опасности от повреда не е възможно винаги да се спазва изискването за компенсиране на 80% от тока на намагнитване, заложено в популярните таблици за избор. Поради това се препоръчва корекцията на cosj да се прави в зависимост от конкретните параметри на електродвигателя с помощта на програми, предлагани от някои производители на кондензаторни батерии.

Въпросът с повишаване на cosj съществува и при далекопроводите с високо напрежение. Голямата им дължина определя значителна индуктивност на проводниците и съответно изоставане на тока в товара (напр. на входа на трафопост) спрямо напрежението. И тук се използват кондензатори, като в сила е фиг. 9а. Като пример на фиг. 11 е показано свързването на еднофазна кондензаторна батерия в двойна звезда. Със СТ е означен токов трансформатор в нулевия проводник, който реагира на появата на различие в токовете на двата кондензатора на която и да е от фазите, дължащо се повреда на някой от тях, и изключва батерията чрез SR, SS и ST.

Подобряването на PF при нелинейни товари е значително по-сложно. Токовете предизвикват допълнително нагряване на кондензаторите и намаляват експлоатационния им срок. Класическо средство за намаляване на хармониците са пасивни филтри (Passive Harmonic Filter). По своята същност най-често те са блок от заграждащи филтри (Filter Bank), всеки настроен на един от хармониците. Пример за свързването им към електродвигател с тиристорно управление е даден на фиг. 12а. Например фирмата Circutor предлага блокове, съдържащи такива филтри за 5, 7, 11 и 13-ия хармоник на мрежовата честота. Като специфичен параметър за оценка на потискането на съответния хармоник се използва отношението 20lg(Z/0,1W) на импеданса на филтъра за хармоника и избрано за сравнение съпротивление (в случая 0,1 W). В каталозите то се нарича Impedance of Filter, означава се с Z(dB/0,1W) и се дава честотната му зависимост (фиг. 12б).

Нерядко се използват и нискочестотни Т-образни LC филтри (LCL Filter). Като пример на фиг. 13 е дадено свързването на такъв филтър за трифазен товар, управляван от PWM блок.

Напоследък добива популярност използването на антирезонансни дросели (Detuning Reactor), свързвани последователно с кондензаторите. Идеята е така получената комбинация да има капацитивен характер до около 5-тия хармоник на работната честота на товара, а след нея – индуктивен характер. При това трябва да се внимава да не се получи резонанс при твърде опасния 3-ти хармоник. Допълнително предимство на тези дросели е намаляването на опасността от възникване на резонанс на товара и кондензатора, който е особено вероятен при маломощни товари. Често за избягването му се налага компромис с отдалечаване на cosj от 1.

Най-ефективно е действието на компенсаторите на хармоници (Active Harmonic Conditioner), които представляват електронни устройства с вграден процесор. Той определя спектралния състав на несинусоидалния ток и чрез мощен модул (напр. реализиран с IGBT) всеки негов хармоник се индуцира в линията с обратна фаза, което означава компенсиране. При точно равенство на реалните и индуцираните хармоници се получава чисто синусоидален ток. Реално постигнатата компенсация се оценява чрез параметъра коефициент на потискане на хармониците (Harmonic Attenuation Factor) HAF=100(1-IL/IS), в който IL е токът на произволен хармоник след компенсацията, а Is е токът му без нея. Пример за компенсатор е PQFI на АВВ, предназначен за трифазни товари с токове до 180 А. Той осигурява HAF>97% за избирани (чрез програмното му осигуряване) 20 хармоника между 2-я и 50-тия.

Кондензатори за подобряване на cosj

Като диелектрик при тях се използва хартия или полипропилен, а метализацията от едната или двете им страни оформя електродите. Някои от кондензаторите се импрегнират с масло. Полипропиленът има предимството на голяма диелектрична якост и осигурява самовъзстановяване на кондензатора при пробив. Последният прогаря малък отвор в диелектрика без да прави късо съединение между електродите на кондензатора, който продължава да работи. Кондензаторите за ниско напрежение нямат съществени структурни особености, докато високоволтовите са по-различни. Идея за структурата на последните е дадена на фиг. 14a. Тя представлява последователно свързани секции, всяка от които с определен брой единични кондензатори. Последователно на всеки от последните е поставен предпазител, който го изключва при повреда, докато останалите продължават да работят. Устройството на високоволтов кондензатор на ЕPCOS е показано на фиг. 14б.

Основните параметри на кондензаторите са капацитетът CN, максималното напрежение UN, максималната реактивна мощност QN и загубите на активна мощност с измерение W/kvar. Често условията на работа на кондензаторите обусляват значителни замърсявания на изолатора на изводите им. През тези замърсявания може да се получи късо съединение между извода и металния корпус на кондензатора. За избягването му изолаторът трябва да има достатъчна дължина. Поради това за някои конструкции на кондензатори се дава и параметърът утечен път, който представлява необходимата дължина за напрежение върху кондензатора 1 kV и има измерение mm/kV. Например при кондензатор с утечен път 16 mm/kV и напрежение 11 kV разстоянието между всеки от изводите му и корпуса, измерено по повърхността на изолатора, е 176 mm. При изключване на кондензаторите от мрежата те трябва достатъчно бързо да се разредят, поради което в много случаи те съдържат в корпуса си разряден резистор. В табл. 2 са дадени параметрите на кондензатори за подобряване на cosj.

Уреди за измерване и управление

По принцип работният режим на контролираните товари може да се променя във времето, което налага постоянно измерване на PF. Същевременно е необходима и промяна на капацитета на коригиращата кондензаторна батерия, за да се запази cosj. Всичко това определя съществуването на специализирани уреди за измерване, както и такива за измерване и автоматична промяна на капацитета.

Една от многото съществуващи възможности са кондензаторни батерии с вграден електронен уред за измерване на cosj и тока на товара. Пример са Computer 8d и Computer 8df на фирмата Circutor. Едновременното контролиране на 8 кондензаторни батерии се осигурява от уреда С192PF8 на фирмата Satec, който използва за връзка с други устройства интерфейсите RS232 или RS485 и разполага с аналогов вход 0-20 mA.

Друга разновидност са самостоятелни измервателни уреди (понякога наричани Power Factor Controller). Моделът Prophi на Janitza Electronics е предназначен за еднофазни мрежи и измерва до 30 пъти в секунда напрежението, тока, честотата, трите мощности, cosj и амплитудата на нечетните хармоници на тока, като данните се предават чрез RS485 и ModbusRTU/Profibus DP.

Трета група уреди съчетават измерване с управление на кондензаторната батерия. Типичен представител е серията DCRK на Lovato Electric. Основната им разновидност е за напрежение на управлявания товар 380-415 V при ток до 6 А. Уредите позволяват поддържане на cosj между +0,8 (индуктивни) и
-0,8 (капацитивни товари), могат да го усредняват за 7-дневен период и да измерват средноквадратичните стойности на напрежението и тока. Цифрова разновидност с подобни възможности е серията DCRE. Моделът ЕMR1100 на FRAKO управлява до 12 кондензаторни батерии и измерва PF при ток на консуматора между 0,02 и 5 А заедно с токовете на 5, 7, 11 и 13-ия хармоник, привидната, активната и реактивната стойност на тока. Автоматично поддържаната стойност на PF може да се програмира между +0,8 и -0,95 със стъпка 0,01. Подобни са уредите RM 9606, RM 9608 и RM9612 на същия производител, но те управляват до 6 батерии. По един от тези уреди е използван в системата LSFC, която позволява задаване на 4 до 16 стойности на коригираната реактивна мощност на трифазни товари в границите между 100 и 400 kvar.



Етикети:   АСМ   АСМ   АСМ   АСМ  

« Назад

DeBulCo
Bulgarreklama
 
TLL Media
WebDesignBG            © 2014 TLL Media        Начало   |   Права за ползване   |   XML    
TLL Media
TLL Media