Коррекция гармоник входного тока

Принципы решения задачи коррекции гармоник входного тока рассмотрим на примере маломощных сетевых источников питания.

Новый европейский стандарт на качество электроэнергии требует, чтобы любое оборудование, имеющее входную мощность 55…75 Вт и выше, соответствовало ограничениям на уровни гармонических составляющих входного тока от второй до сороковой гармоники [11].

Еще недавно считалось, что если источник питания имеет высокий коэффициент мощности КМ (более чем 0,9), то он автоматически удовлетворяет требованиям к допустимому уровню вносимых высших гармоник тока сети. Сегодня для удовлетворения заданным требованиям стандарта не обязательно иметь высокое значение КМ, достаточно обеспечить правильную коррекцию гармоник входного тока.

Известно [11], что существуют 2 метода коррекции коэффициента мощности: пассивная и активная. Пассивные схемы коррекции КМ видоизменяют форму входного тока путем использования только пассивных компонентов (дросселей, конденсаторов, диодов).

Например, на схеме, показанной на рис. 58, конденсатор С₁ и дроссель L₁ используются для формирования входного тока, втекающего в накопительный конденсатор С₂. При входном напряжении переменного тока 230 В значение КМ источника питания без коррекции составляет примерно 0,55; при наличии индуктивности L₁ значение коэффициента мощности может быть равным 0,75, а при добавлении конденсатора С₁ значение КМ схемы на рис. 44 может достичь 0,9.

Достоинством пассивного метода коррекции КМ является простота, надежность и отсутствие электромагнитных помех.

К недостаткам следует отнести большие габариты, массу и чувствительность к изменениям, как частоты сети, так и тока нагрузки. Данные недостатки ограничивают применение этих схем в высокопроизводительном электронном оборудовании, каким являются вторичные источники питания для МПС.

В активных схемах коррекции КМ применяются быстродействующие МОПТ-ключи с дополнительными схемами управления, которые придают входному току форму, близкую к синусоидальной. Эти схемы обеспечивают хорошее время поддержания выходных параметров при провале напряжения сети, высокое значение КМ (0,97…0,99), хорошие динамические характеристики, небольшие габариты и массу. В то же время им свойственны следующие недостатки: сложная схема, двойное преобразование энергии, меньший показатель наработки на отказ, более высокая стоимость и высокий уровень помех.

В настоящее время наиболее популярными являются схемы с активной коррекции КМ с повышающим импульсным регулятором, обеспечивающие входной ток с низким значением гармоник. На рис. 59 приведена схема двухкаскадного источника, использующего повышающий импульсный регулятор для активной коррекции КМ. Активные схемы низкочастотной коррекции обычно работают с повышенной частотой переключения, превышающей частоту сети, что позволяет значительно уменьшить размеры и стоимость фильтрующих компонентов и снизить уровень генерируемых электромагнитных излучений (ЭМИ).

Выходное напряжение повышающего регулятора выбирается равным 380 В, немного выше пикового значения напряжения для ИП с универсальным входом (90…264 В переменного тока). Понижающий каскад постоянного тока, следующий за повышающим регулятором, обеспечивает изоляцию и преобразование напряжения в необходимые уровни напряжения. Такой подход позволяет достичь высокого значения КМ (выше, чем 0,98) и обеспечить большое время поддержания выходных параметров при провале сети. Однако это требует отдельных цепей управления, а также двух наборов компонентов для управления энергией, что довольно дорого для маломощных применений.

Кроме того, повышающие импульсные регуляторы вызывают увеличение входного напряжения и не обеспечивают необходимый уровень безопасности изоляции.