🔌 Корекція Коефіцієнта Потужності (ККП)

Підвищувальний ККП-перетворювач формує синусоїдальний вхідний струм у фазі з напругою. PF = cos(φ) → 1. Дивіться зниження THD та реактивну потужність Q.

ЕлектронікаІнтерактивна
Зелений: напруга · Бурштиновий: струм без ККП · Блакитний: скоригований струм · P пауза · R скинути

Як це працює

Без ККП простий мостовий випрямляч споживає струм у коротких імпульсах поблизу піків напруги, створюючи значний вміст гармонік та низький КП. Підвищувальний ККП-перетворювач використовує швидке перемикання та контур середнього струму, щоб змусити вхідний струм відстежувати синусоїдальну форму напруги.

Полотно показує два цикли змінного струму: напругу мережі (зелена), спотворений струм без ККП (бурштинова, видно 3-ю, 5-ю, 7-ю гармоніки) та синусоїдальний струм із ввімкненим ККП (блакитна). Перемикайте ККП вкл/викл для порівняння.

КП = cos(φ) / √(1 + THD²) [істинний КП]
Q = S × sin(φ) [реактивна потужність]
S = P / КП [повна потужність]
THD = √(Σ Iₙ²) / I₁ [гармонічне спотворення]

Часті запитання

Що таке коефіцієнт потужності?

Коефіцієнт потужності (КП) — це відношення активної потужності (Вт) до повної потужності (ВА): КП = P/S = cos(φ). КП = 1 означає, що вся підведена потужність виконує корисну роботу.

Чому потрібна корекція коефіцієнта потужності?

Низький КП викликає підвищений струм з мережі, більші втрати I²R у проводці, перевантаження трансформаторів та спотворення напруги. Енергопостачальники можуть штрафувати за низький КП промислових споживачів.

Як працює підвищувальний ККП-перетворювач?

Підвищувальний ККП-перетворювач використовує швидкодіючий МОН-транзисторний ключ, керований контуром середнього струму. Він модулює коефіцієнт заповнення так, щоб вхідний струм слідував синусоїдальній формі вхідної напруги.

Що таке коефіцієнт гармонічних спотворень (THD)?

THD — це відношення суми гармонічних струмів до основного: THD = √(I₂²+I₃²+...)/I₁ × 100%. Без ККП випрямлячі споживають імпульсний струм з великим THD (понад 100%). ККП знижує THD нижче 5%.

Що таке реактивна потужність і як ККП її зменшує?

Реактивна потужність Q = V·I·sin(φ) у ВАР — це потужність, що коливається між джерелом і навантаженням без виконання роботи. ККП синфазує струм з напругою (φ → 0), тому sin(φ) → 0 і Q → 0.

Яка різниця між зміщувальним КП та істинним КП?

Зміщувальний КП = cos(φ₁) враховує зсув фаз між основними складовими напруги та струму. Істинний КП також включає гармонічне спотворення: КП = cos(φ₁) / √(1+THD²). Навіть при cos(φ₁)=1 гармоніки можуть значно знизити істинний КП.

Які стандарти регулюють вимоги до КП?

IEC 61000-3-2 обмежує гармонічні струми для обладнання потужністю понад 75 Вт. Стандарти Energy Star та 80 PLUS вимагають КП > 0,9 для блоків живлення комп'ютерів. Багато промислових стандартів вимагають КП > 0,95.

Яка вихідна напруга підвищувального ККП-перетворювача?

Підвищувальний ККП-перетворювач завжди виробляє напругу вище пікової вхідної. Для 230 В змінного струму (пік 325 В) вихідна шина ККП становить зазвичай 400 В постійного струму.

Що таке PSRR у контексті ККП?

Коефіцієнт придушення пульсацій живлення (PSRR) вимірює, наскільки добре наступний регулятор пригнічує пульсації на шині живлення. Каскад ККП виробляє пульсацію 100/120 Гц на шині постійного струму.

Чи можна реалізувати ККП пасивно?

Так, пасивний ККП використовує великі дроселі послідовно з входом змінного струму. Однак він громіздкий і обмежений КП ~0,7–0,9. Активний підвищувальний ККП досягає КП > 0,99 у компактному виконанні.

Про цю симуляцію

Ця симуляція порівнює струм звичайного випрямляча зі струмом, скоригованим підвищувальним ККП, на тлі тієї ж напруги змінного струму в реальному часі. Перемикання ККП активна перемикає між спотвореним струмом (побудованим з основної гармоніки плюс 3-ї, 5-ї та 7-ї) і чистою синусоїдою у фазі з напругою, а дуга коефіцієнта потужності та панель статистики показують, як саме КП = cos(φ)/√(1+THD²) реагує.

🔬 Що показано

Два накладені цикли змінного струму: напруга (зелена), спотворений струм навантаження з гармоніками (жовтогарячий), і — коли ККП увімкнено — скоригований синусоїдальний струм (бірюзовий) майже у фазі з напругою, плюс обертовий фазовий вектор, що візуалізує кут фази, який стоїть за коефіцієнтом потужності.

🎮 Як користуватись

Налаштуйте Кут фази φ та THD (%), щоб сформувати нескоригований струм, встановіть V_rms та Потужність навантаження P, потім перемкніть ККП активна для порівняння. Спостерігайте, як оновлюються Коефіцієнт потужності КП, Активна потужність P, Повна S та Реактивна Q. Пауза клавішею P, скидання — R.

💡 Чи знали ви?

Стандарти на кшталт IEC 61000-3-2 обмежують гармонічні струми для обладнання понад 75 Вт, тому майже кожен сучасний зарядний пристрій для ноутбука та LED-драйвер вище цього порогу містить активний каскад підвищувального ККП, хоча кінцевий користувач цього ніколи не бачить.

Часті запитання

Чому жовтогаряча лінія струму виглядає нерівною, а не гладкою синусоїдою?

Вона побудована з основної синусоїди плюс 3-ї, 5-ї та 7-ї гармонік, масштабованих повзунком THD — реальні навантаження випрямлячів споживають струм вузькими імпульсами поблизу піку напруги, що математично еквівалентно основній гармоніці, сильно забрудненій цими непарними гармоніками.

Чому перемикання ККП активна миттєво змінює статистику Коефіцієнта потужності до майже 0,99?

Ця симуляція моделює ідеалізований підвищувальний ККП-перетворювач, який змушує струм майже ідеально відстежувати синусоїдальну напругу, усуваючи як фазовий зсув, так і THD. Реальні перетворювачі наближаються, але не досягають рівно 0,99 через неідеальність перемикання, але модель показує теоретичну цільову поведінку.

Чому збільшення Кута фази φ зменшує частку Активної потужності P у Повній S?

Реактивна потужність Q = S·sin(φ) зростає з φ, тоді як активна потужність P = S·cos(φ) зменшується, тож повна потужність S = P/КП має зрости, щоб доставити ту саму активну потужність — ви споживаєте більше струму з мережі для тієї ж корисної роботи.

Чому підвищення THD погіршує коефіцієнт потужності навіть при малому Куті фази φ?

Справжній коефіцієнт потужності поєднує обидва ефекти: КП = cos(φ)/√(1+THD²). Навіть за ідеального фазового узгодження (φ=0) саме лише високе гармонічне спотворення може значно знизити справжній КП, тому зменшення THD важливе незалежно від корекції фази.

Чому підвищувальному ККП-перетворювачу потрібна вихідна напруга вища за пікову вхідну?

Підвищувальна топологія може лише піднімати напругу, ніколи не знижуючи, і саме це дозволяє їй активно формувати вхідний струм упродовж усього циклу змінного струму, включно з поблизу нульових переходів напруги. Для входу 230В RMS (пік 325В) каскад ККП зазвичай виробляє приблизно 400В постійного струму.