PL 
EnglishDomyślny
Українська🔌 Korekcja współczynnika mocy (PFC)
Przetwornica boost PFC kształtuje prąd wejściowy tak, by był sinusoidalny i w fazie z napięciem. Współczynnik mocy PF = cos(φ) → 1. Zobacz redukcję THD i moc bierną Q.
Podobne symulacje
Jak to działa
Bez PFC prosty prostownik mostkowy pobiera prąd w krótkich impulsach w pobliżu szczytów napięcia, tworząc wysoką zawartość harmonicznych i słaby współczynnik mocy. Przetwornica boost PFC wykorzystuje szybkie przełączanie i pętlę sterowania prądem średnim, aby wymusić podążanie prądu wejściowego za sinusoidalnym przebiegiem napięcia, osiągając współczynnik mocy bliski jedności.
Wykres pokazuje dwa cykle AC: napięcie zasilania (zielone), zniekształcony prąd bez PFC (bursztynowy, z widocznymi 3., 5. i 7. harmoniczną) oraz ukształtowany sinusoidalny prąd przy aktywnym PFC (turkusowy). Przełącz PFC, aby porównać oba przypadki. Dostosuj suwaki kąta fazowego i THD, aby zbadać różne typy obciążeń.
Obciążenie w tej symulacji to odbiornik o stałej mocy — zasilacz impulsowy pobierający ustawioną moc czynną P — więc P, a wraz z nią S = P/PF i Q, są ustalone przez obciążenie i współczynnik mocy, a nie przez napięcie sieci. To, co zmienia V_rms, to prąd: przebiegi są rysowane w jednostkach rzeczywistych (√2·V_rms wolt szczytowo, wobec pełnej skali 240 V; I_rms = S/V_rms amperów, wobec pełnej skali 10 A), a długości wskazów fazorowych podążają za tymi samymi wartościami. Zmniejsz V_rms o połowę, a zielony przebieg napięcia zmniejszy się o połowę, podczas gdy bursztynowy przebieg prądu i odczyt I_rms podwoją się — dlatego niskie napięcie sieci i słaby współczynnik mocy oba zwiększają straty I²R w okablowaniu.
Q = S × sin(φ) [moc bierna]
S = P / PF [moc pozorna]
I_rms = S / V_rms [prąd, jaki musi dostarczyć sieć]
THD = √(Σ Iₙ²) / I₁ [zniekształcenie harmoniczne]
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest współczynnik mocy?
Współczynnik mocy (PF) to stosunek mocy czynnej (W) do mocy pozornej (VA): PF = P/S = cos(φ). PF równy 1 oznacza, że cała dostarczona moc wykonuje użyteczną pracę. PF mniejszy niż 1 wskazuje na moc bierną lub harmoniczną, która obciąża sieć bez wykonywania użytecznej pracy.
Dlaczego współczynnik mocy wymaga korekcji?
Słaby współczynnik mocy powoduje zwiększony pobór prądu z sieci, wyższe straty I²R w okablowaniu, przeciążone transformatory i zniekształcenia napięcia. Zakłady energetyczne mogą naliczać kary za niski współczynnik mocy obciążeń przemysłowych. PFC ogranicza te problemy i poprawia efektywność energetyczną.
Jak działa przetwornica boost PFC?
Przetwornica boost PFC wykorzystuje wysokoczęstotliwościowe przełączanie tranzystora MOSFET sterowane pętlą trybu prądu średniego. Moduluje wypełnienie tak, aby prąd wejściowy podążał za sinusoidalnym kształtem napięcia wejściowego, sprawiając, że prąd zachowuje się jak rezystancyjny (jednostkowy współczynnik mocy).
Czym jest całkowite zniekształcenie harmoniczne (THD)?
THD to stosunek sumy prądów harmonicznych do prądu podstawowego: THD = √(I₂²+I₃²+...)/I₁ × 100%. Bez PFC obciążenia prostownikowe pobierają prąd impulsowy o wysokim THD (ponad 100%). PFC obniża THD poniżej 5%, co jest wymagane przez normy takie jak IEC 61000-3-2.
Czym jest moc bierna i jak PFC ją redukuje?
Moc bierna Q = V·I·sin(φ) w warach (VAR) to moc oscylująca między źródłem a odbiornikiem bez wykonywania pracy. PFC sprowadza prąd w fazę z napięciem (φ → 0), więc sin(φ) → 0, a Q → 0. Moc pozorna staje się wtedy równa mocy czynnej.
Jaka jest różnica między współczynnikiem przesunięcia a rzeczywistym współczynnikiem mocy?
Współczynnik przesunięcia DPF = cos(φ₁) uwzględnia przesunięcie fazowe między podstawowym napięciem a prądem. Rzeczywisty współczynnik mocy uwzględnia też zniekształcenia harmoniczne: PF = DPF / √(1+THD²). Nawet przy DPF=1 harmoniczne mogą znacząco obniżyć rzeczywisty PF.
Jakie normy regulują wymagania dotyczące współczynnika mocy?
IEC 61000-3-2 ogranicza prądy harmoniczne dla urządzeń powyżej 75 W. EN 61000-3-2 to europejska wersja tej normy. Energy Star i 80 PLUS wymagają PF powyżej 0,9 dla zasilaczy komputerowych. Wiele norm przemysłowych wymaga PF powyżej 0,95.
Jakie napięcie wyjściowe wytwarza przetwornica boost PFC?
Przetwornica boost PFC zawsze wytwarza napięcie wyjściowe wyższe niż szczytowe napięcie wejściowe. Dla wejścia 230 V AC (szczyt 325 V) magistrala wyjściowa PFC ma zwykle 400 V DC. To napięcie jest następnie obniżane przez kolejny przetwornik do wymaganego napięcia wyjściowego.
Czym jest PSRR w kontekście PFC?
Współczynnik tłumienia zakłóceń zasilania (PSRR) mierzy, jak dobrze kolejny regulator tłumi tętnienia na swojej szynie zasilającej. Stopień PFC wytwarza tętnienia 100/120 Hz na magistrali DC (przy podwójnej częstotliwości sieci), które kolejny przetwornik musi stłumić.
Czy PFC można zrealizować pasywnie?
Tak, pasywne PFC wykorzystuje duże dławiki połączone szeregowo z wejściem AC, aby zredukować harmoniczne prądu i poprawić współczynnik przesunięcia mocy. Jednak pasywne PFC jest duże, ciężkie i ograniczone do PF rzędu 0,7–0,9. Aktywne boost PFC osiąga PF powyżej 0,99 przy kompaktowym obwodzie.
O tej symulacji
Ta symulacja porównuje na żywo surowy prąd prostownikowy z prądem skorygowanym przez boost PFC, wobec tego samego przebiegu napięcia AC. Przełączanie PFC Active zmienia zniekształcony prąd (zbudowany z podstawowej plus 3., 5. i 7. harmonicznej) na czysty sinus w fazie z napięciem, a łuk fazora współczynnika mocy oraz panel statystyk pokazują dokładnie, jak reaguje PF = cos(φ)/√(1+THD²).
🔬 Co przedstawia
Dwa nakładające się cykle AC: napięcie (zielone), zniekształcony prąd obciążenia z harmonicznymi (bursztynowy) oraz — gdy PFC jest włączone — skorygowany sinusoidalny prąd (turkusowy) niemal w fazie z napięciem, a także obracający się łuk fazora wizualizujący kąt fazowy stojący za współczynnikiem mocy.
🎮 Jak korzystać
Dostosuj kąt fazowy φ i THD (%), aby kształtować niepoprawiony prąd, ustaw V_rms i moc obciążenia P, a następnie przełączaj PFC Active wł./wył., aby porównać. Obserwuj na bieżąco aktualizowane wartości współczynnika mocy PF, mocy czynnej P, pozornej S, biernej Q oraz prądu linii I_rms = S/V_rms. Zatrzymaj klawiszem P, zresetuj klawiszem R.
💡 Czy wiesz, że?
Normy takie jak IEC 61000-3-2 ograniczają prądy harmoniczne dla urządzeń powyżej 75 W, dlatego niemal każda współczesna ładowarka do laptopa i sterownik LED powyżej tego progu zawiera aktywny stopień boost-PFC, mimo że użytkownik końcowy nigdy go nie widzi.
Najczęściej zadawane pytania
Dlaczego bursztynowa linia prądu wygląda postrzępiona zamiast jak gładka sinusoida?
Jest zbudowana z sinusoidy podstawowej plus 3., 5. i 7. harmonicznej skalowanej suwakiem THD — rzeczywiste obciążenia prostownikowe pobierają prąd w wąskich impulsach blisko szczytu napięcia, co matematycznie odpowiada podstawowej fali silnie zanieczyszczonej tymi nieparzystymi harmonicznymi.
Dlaczego przełączenie PFC Active natychmiast zmienia statystykę współczynnika mocy do niemal 0,99?
Ta symulacja modeluje wyidealizowaną przetwornicę boost PFC, która niemal doskonale wymusza podążanie prądu za sinusoidalnym napięciem, eliminując zarówno przesunięcie fazowe, jak i THD. Rzeczywiste przetwornice zbliżają się do, ale nie osiągają dokładnie 0,99 z powodu niedoskonałości przełączania, jednak model pokazuje teoretyczne zachowanie docelowe.
Dlaczego zwiększanie kąta fazowego φ zmniejsza udział mocy czynnej P w mocy pozornej S?
Moc bierna Q = S·sin(φ) rośnie wraz z φ, podczas gdy moc czynna P = S·cos(φ) maleje, więc moc pozorna S = P/PF musi wzrosnąć, aby dostarczyć tę samą moc czynną — z sieci pobierany jest większy prąd dla tej samej użytecznej pracy.
Dlaczego zwiększanie THD szkodzi współczynnikowi mocy, nawet gdy kąt fazowy φ jest mały?
Rzeczywisty współczynnik mocy łączy oba efekty: PF = cos(φ)/√(1+THD²). Nawet przy idealnym wyrównaniu fazowym (φ=0) samo wysokie zniekształcenie harmoniczne może znacząco obniżyć rzeczywisty PF poniżej 1, dlatego redukcja THD ma znaczenie niezależnie od korekcji fazy.