ЖУРНАЛ СТА №3/2021

в цепи нагрузки паразитного тока, не потребляемого нагрузкой, но создаю- щего потери в силовых кабелях, равные I 2 R . Простой резистор имеет наивыс- ший коэффициент мощности, равный 1, так как ток, протекающий через него, абсолютно совпадает по фазе с напря- жением. Электродвигатель является ин- дуктивной нагрузкой, что особенно яр- ко выражается при его запуске. Фаза волны тока через него отстаёт от фазы волны напряжения, снижая коэффици- ент мощности. Вот почему на многих двигателях переменного тока устанав- ливают пусковые конденсаторы, кор- ректирующие коэффициент мощности во время запуска двигателя. Импульсный источник питания, если рассматривать его как устройство пере- менного тока, не является ни ёмкост- ной, ни индуктивной нагрузкой – он нелинеен. Дискретный режим пере- ключения источника питания вызыва- ет короткие импульсы тока в питающей сети, которые находятся в фазе с ли- нейным напряжением. Среднеквадра- тичное значение мощности такого источника ( U RMS × I RMS ) значительно превышает реально потребляемую им мощность, что определяет PF импуль- сного источника в пределах 0,65. Корректор коэффициента мощности Неединичный коэффициент мощно- сти можно улучшить с помощью кор- ректоров коэффициента мощности (ККМ, или Power Factor Corrector, PFC). В случае импульсных источников пита- ния они позволяют сгладить пульси- рующий переменный ток, снизив его среднеквадратичное значение и улуч- шив таким образом PF. Существует два основных типа ККМ: активный и пас- сивный. Активный ККМ более эффективен, но и более дорог. Он, как правило, ин- тегрируется в схему импульсного источ- ника питания и может обеспечивать PF до 0,98. Пассивный ККМ более надёжный, простой и недорогой. Он обычно даёт PF до 0,90. Получение дополнительной выходной мощности Чтобы определить, насколько боль- шая мощность станет доступна при применении ККМ, пользователь дол- жен знать следующее уравнение, опре- деляющее количество энергии, доступ- ной от источника питания: P out = V L RMS × I L RMS × PF × Eff , где P out – выходная мощность, V L RMS – среднеквадратичное напряжение на на- грузке, I L RMS – среднеквадратичный ток в нагрузке, Eff –КПД нагрузки. Например, напряжение питания ис- точника ограничивает линейный ток системы до 80% от номинала автомати- ческого выключателя. Для обычного выключателя с уставкой 15 А макси- мально допустимая величина посто- янно протекающего тока – 12 А, а до- ступная мощность в лучшем случае будет равна 120 В переменного тока × 12 А = = 1440 Вт. Импульсный источник пита- ния с КПД 85% и PF = 0,65 может обес- печить только (120 × 12 × 0,65 × 0,85) = = 796 Вт. Однако если повысить коэф- фициент мощности до 0,98, тот же источ- ник питания теперь сможет обеспечи- вать (120 × 12 × 0,98 × 0,85) = 1200 Вт, что означает увеличение на 51%. Источники серии ALE могут ком- плектоваться как активными, так и пас- сивными ККМ, в зависимости от их уровня мощности. Источники питания высокой мощности с 3-фазными входа- ми используют пассивный ККМ, что позволяет получить типичное значение коэффициента мощности от 0,8 до 0,9. Пассивный ККМмного проще в реали- зации, чем активный, особенно если речь идёт о высоких мощностях и трёх- фазном питании. Есть и ещё один фактор, с которым помогают бороться блоки ККМ, – гар- моники. Они возникают, когда питаю- щий ток не имеет форму чистой сину- соиды, как в случае с импульсной на- грузкой, которую представляют собой высоковольтные источники питания. Гармонические токи не влияют на мощ- ность нагрузки, но вызывают нежела- тельные потери в питающей линии и снижают КПД силового трансформато- ра. ККМ в таких случаях позволяет по- давлять гармоники, оставляя чистую «фундаментальную» частоту. П АРАЛЛЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ Для применений, требующих средней мощности свыше 50 кВт, можно ис- пользовать несколько источников пита- ния в параллельной системе посто- янного тока. Необходимо позаботиться о том, чтобы обеспечить эффективное распределение нагрузки между блока- ми, и лучший способ добиться этого – использовать системный контроллер. Команда TDK-Lambda имеет большой опыт работы с чрезвычайно мощными системами постоянного тока, по- строенными в основном на источниках питания серии 303 с использованием центрального системного контроллера. Эти системы используют сложные то- пологии управления, которые обес- печивают превосходные уровни пульса- ции, хорошее регулирование, высокую стабильность в сочетании с низким уровнем запасаемой энергии. Далее приведены некоторые приме- ры системных параметров: ● средняя мощность до 1 МВт; ● пульсации лучше, чем 0,015% (пик–пик); ● выходная накопленная энергия менее 10 Дж; ● стабильность лучше, чем 10 ppm/°C (10 × 10 –6 /°C); ● регулирование лучше 0,0001%; ● КПД 90%; ● отклик на появление дуги – быстрее 50 мкс. З АРЯДКА В РЕЖИМЕ НЕИСПРАВНОСТИ НАГРУЗКИ Источники питания ALE рассчитаны на работу в условиях циклических про- цессов, которые часто выражаются в де- сятках или сотнях циклов заряда/разря- да в секунду. В этом случае время заряд- ки конденсатора короткое, и источник питания достигает запрограммирован- ного выходного напряжения обычно в течение нескольких единиц либо десят- ков миллисекунд. Когда источники питания исполь- зуются в режиме зарядки большими то- ками в течение нескольких секунд или дольше, источник будет сигнализиро- вать о неисправности нагрузки или о состоянии перегрузки. Система отсле- живания неисправности нагрузки – это простая схема на основе таймера внутри источника питания, предназначенная для защиты его самого и подключённой нагрузки в случае внешнего короткого замыкания или проблем с нагрузкой. Если выходное напряжение не достига- ет запрограммированного значения после зарядки в течение 500 мс, выход питания выключается (переход в со- стояние «выкл.») и источник указывает на неисправность нагрузки. По истече- нии 500 мс в состоянии «выкл.» инди- кация неисправности нагрузки исчезает и источник питания автоматически снова начинает перезаряжать нагрузку. Эти циклы (500 мс вкл. / 500 мс выкл.) продолжаются до тех пор, пока не будет достигнуто запрограммированное вы- ходное напряжение, что приводит к АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А / ИС ТОЧНИКИ ПИ ТАНИЯ СТА 3/2021 78 www.cta.ru