bib.irb.hr · web viewizlazna snaga konstanta. zbog toga, u krugu za ispravljanje faktora snage,...
TRANSCRIPT
SVEUCˇ ILIŠTE U ZAGREBUFAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA
ZAVRŠNI RAD br. 4408
Simulacijski modeli sklopova učinske elektronike za korekciju
faktora snageDamjan Godec
Zagreb, lipanj 2016.
SADRŽAJ
1. Uvod............................................................................................................................1
2. Faktor snage..............................................................................................................2
2.1. Faktor snage u izmjeničnom strujnom krugu s linearnim opterećenjem..........2
2.2. Faktor snage u izmjeničnom krugu s nelinearnim opterećenjem.......................5
2.3. Faktor snage u izmjeničnom krugu s nelinearnim opterećenjem i izobličenjem napona........................................................................................................................7
3. Korekcija faktora snage...........................................................................................9
4. Metode korekcija faktora snage............................................................................10
4.1. Pasivne metode korekcije faktora snage..............................................................10
4.1.1. Pojedinačna kompenzacija.................................................................................11
4.1.2. Grupna kompenzacija........................................................................................11
4.1.3. Centralna kompenzacija.....................................................................................12
4.1.4. Mješovita kompenzacija.....................................................................................13
4.2. Aktivne metode korekcije faktora snage..............................................................14
4.2.1. Jedno-stupanjski sklopovi za korekciju faktora snage....................................15
4.2.2. Dvo-stupanjski sklopovi za korekciju faktora snage.......................................16
5. Simulacija primjene kondenzatorskih baterija....................................................17
6. Zaključak.................................................................................................................22
7. Literatura.................................................................................................................23
1. Uvod
Generiranje, prijenos i korištenje električne snage i energije jedan je od
najzahtjevnijih problema u električnom inženjerstvu. ITehnologije, koje se bave
opskrbom električne energije, prolaze kroz duboke promjene, kako bi omogućile
sigurnu opskrbu električne energije širom svijeta.
Sve veći manjak prirodnih resursa, te sve veća potražnja za električnom
energijom razlozi su za promjene sustava opskrbe. Zbog zaštite okoliša i ostalim
regulacijama sprječava se dodatno građenje elektrana na fosilna goriva i
dalekovoda. Temeljita analiza mogućih opcija za maksimalno iskorištenje
dosadašnjih sustava, kako bi se zadovoljila potražnja, pokazala je da je
najefikasnije rješenje, korištenje različitih sklopova učinske elektronike. Opća je
suglasnost, da je nova oprema i način korištenja sklopova učinske elektronike
potencijalna zamjena za zastarjela rješenja u elektroenergetskom sustav, koja su se
temelje na elektromehaničkoj tehnologiji. Ta tehnologija ima sporo vrijeme odziva i
skuplja je za održavanje.
Neovisno o strukturi elektroenergetskog sustava, tok snage kroz mrežu je
većinom distribuiran kao funkcija impedancije prijenosnih linija. Prijenosna linija s
niskom impedancijom omogućuje veći tok snage, nego prijenosna linija s visokom
impedancijom. To nije najpoželjniji ishod, jer vrlo često to izaziva mnoštvo
operativnih problema u praksi. Posao operatora sustava je da pokuša postići
preraspodjelu protoka energije. Primjeri problema, do kojih neregulirana korisna i
jalova snaga mogu dovesti su: nestabilnost sustava, petlje tokova snaga, veliki
gubitci u prijenosu, prekoračenje graničnog napona, nemogućnost korištenja
dalekovoda do termičke granice i tako dalje. Takvi problemi u prošlosti su se
rješavali gradnjom novih elektrana i dalekovoda. Gradnja novih elektrana i
dalekovoda je skupa i zahtjeva vrijeme izgradnje. Stoga je puno lakše osloniti se na
rješenja koja nam omogućuju regulaciju korisne i jalove snage, a da nije potrebno
građenje novih struktura, već samo nadogradnja postojećih.
1
2. Faktor snage
Faktor snage potječe iz potrebe za određivanje veličine koja
pokazuje koliko efikasno neko trošilo koristi struju iz izmjenične mreže.
Faktor snage u istosmjernom krugu je uvijek jednak 1. Istosmjerni krug
nema reaktivne komponente, pa su napon i struja uvijek u fazi. Fazni
pomak (𝜑) između struje i napona je nula stupnjeva, a cos(0) je 1.
2.1. Faktor snage u izmjeničnom strujnom krugu s
linearnim opterećenjem
U izmjeničnom strujnom krugu postoji fazni pomak između struje i
napona. Taj fazni pomak je rezultat jalove snage, koju stvaraju reaktivne
komponente(zavojnice i kondenzatori) u krugu.
Zavojnice apsorbiraju jalovu snagu. Kada je napon inicijalno
doveden na zavojnicu, magnetsko polje jača, i struja doseže maksimalnu
vrijednost nakon određenog vremena. To uvjetuje da struja kasni za
naponom u fazi.
Kondenzatori su generatori jalove snage. Kada struja prolazi kroz
kondenzator, naboj na njemu raste i proizvodi razliku u naponu unutar
nekog vremena. Pošto se kondenzator protivi promjeni napona, napon će
kasniti za strujom u fazi.
Djelatna snaga je:
𝑃 = 𝑈 ∗ 𝐼 ∗ cos(𝜑) (1)
2
gdje su U i I efektivne vrijednosti napona i struje.
Jalova snaga je:
Q=U∗I∗sin (φ) (2)
Prividna snaga je:
S=√P2+Q2=√U 2∗I2∗[cos2 (φ )+sin2 ( φ )]=U∗I (3)
Prividna snaga je vektorski zbroj jalove i djelatne snage, slika 1.
Slika 1. Fazni prikaz odnosa snaga u sustavu
Na slici 2 je prikazan međusobni odnos prividne, djelatne i prividne snage
u vremenskoj domeni
3
Slika 2. Valni oblici snaga u AC sustavu
Faktor snage je jednak omjeru djelatne i prividne snage:
λ=PS=
U∗I∗cos (φ)U∗I
=cos (φ) (4)
Iz slike 1. se vidi da se sa smanjenjem kuta između prividne i
djelatne snage povećava faktor snage. Važno je napomenuti da
jednadžba (4) vrijedi kada u krugu nema nelinearnih opterećenja.
Faktor snage u izmjeničnom krugu bez nelinearnih opterećenja
jednak je faznom pomaku.
2.2. Faktor snage u izmjeničnom krugu s
nelinearnim opterećenjem
4
Ako je trošilo u izmjeničnom krugu nelinearno, a napon i dalje ima
oblik sinusoide, struja mreže sadrži harmonike, te se za računanje
prividne, djelatne i jalove snage ne mogu koristiti formule (1), (2) i (3). Iz
čega slijedi da faktor snage nije jednak samo faznom pomaku između
napona i osnovnog harmonika struje, to jest formula (4) više nije važeća.
Djelatna snaga je srednja vrijednost trenutačne snage, pa se može
izračunati pomoću formule:
P=U∗I 1cos (φ1) (5)
gdje je:
I 1 osnovni harmonik struje trošila
φ1- fazni pomak između napona i osnovnog harmonika struje
Ukupna efektivna vrijednost struje je funkcija ukupnog harmonijskog
izobličenja struje i osnovnog harmonika struje:
I=I 1∗√1+THD I2 (6)
THD I predstavlja ukupno harmonijsko izobličenje struje
Faktor snage u ovom slučaju je:
λ=PS=
U∗I1∗cos (φ1)U∗I
=I 1∗cos (φ1)
I 1∗√1+THD I2=cos
(φ1 )∗1
√1+THD I2 (7)
cos (φ1 ) se naziva i faktor faznog pomaka (λ faz), jer ovisi o kutu
5
između struje i napona, te je sličan faktoru snage s linearnim
opterećenjem.
Izraz 1
√1+THD I2 naziva se faktor izobličenja (k d ¿, jer ovisi o strujnom
harmoničkom izobličenju.
Ukupni faktor snage umnožak faktora izobličenja i faktora faznog
pomaka:
λ=λ faz∗kd (8)
Ako se jalova snaga u opterećenju poveća, fazni pomak između
napona i struje se također poveća i ukupni faktor snage se smanje.
Također ako se ukupno harmonijsko izobličenje poveća, faktor snage se
smanjuje.
Korekcija faktora snage podrazumijeva korekciju, tj. smanjenje
faktora izobličenja i faktora faznog pomaka. To se postiže tako se da
smanji kut između struje i napona, te da se smanji ukupno harmoničko
izobličenje struje. Ako se oba faktora ne korigiraju, već samo je dan,
ukupni faktor snage će se povećati, ali moguće da je neće biti dovoljno da
se zadovolje minimalni uvjeti mreže.
2.3. Faktor snage u izmjeničnom krugu s
nelinearnim opterećenjem i izobličenjem napona
Na slici 3. prikazana je shema izmjeničnog strujnog kruga s
nelinearnim opterećenjem (dioda) i s izobličenjem napona.
6
Slika 3. Primjer izmjeničnog kruga s nelinearnim opterećenjem i
izobličenjem napona
Djelatna snaga je prosječna vrijednost od trenutačne snage, pa se
može izračunati pomoću formule:
P=∑n=1
N
Un∗I n cos (φn) (9)
Gdje je:
U n je n-ti harmonik napona trošila
I n je n-ti harmonika struje trošila
φn je fazni pomak n-tog harmonika
Faktor snage se može dobiti kao omjer djelatne i prividne snage,
λ=PS=∑n=1
N
U n∗I ncos (φn)
U∗I (10)
Ukupna efektivna vrijednost napona U je jednaka:
U=U 1∗√1+TDHU2 (11)
7
Uvrštavanjem jednadžbe (6) i (11) u jednadžbu (10) dobijemo
λ=
PS1
∗1
√1+T H DU2 ∗√1+THD I
2 (12)
Izraz PS1
je veza između djelatne snage, koja uključuje harmoničke
komponente, i osnovne prividne snage. Taj izraz u ovom slučaju ne
predstavlja faktor faznog pomaka.
Izraz 1
√1+T H DU2 ∗√1+T H D I
2 je faktor izobličenja (k d), koji ovisi o
izobličenju napona i struje.
Ukupni faktor snage je:
λ= PS1
∗kd (13)
Izraz PS1
možemo raspisati:
PS1
=U 1∗I 1∗cos (φ1)
U 1∗I1+∑n=2
N
U n∗I n∗cos (φn)
S1
(14)
Uvrštavanjem jednadžbe (14) u jednadžbu (13) dobijemo konačno:
8
λ=( λfaz+∑n=2
N
U n∗I n∗cos (φn )
S1)kd
(15)
Isto kao i kod kruga s nelinearnim opterećenjem i bez izobličenja napona, s
povećanjem jalove snage na opterećenju, kut između struje i napona se
poveća, a faktor snage se smanji.
Ako se izobličenje struje i napona poveća, faktor izobličenja se
smanji, a pošto je po jednadžbi (15) faktor izobličenja proporcionalan
ukupnom faktoru snage, faktor snage se smanjuje.
U tablici 1 nalaze se jednofazni aparati, koji su uobičajeni u kućanstvima
razvijenih država. I njima su pridruženi faktor izobličenja, faktor faznog
pomaka, ukupno harmoničko izobličenje struje i ukupni faktor snage
Tablica 1: Uobičajeni kućanski aparati i njihovi faktori snage
9
Trošila λ faz THD I k d λ
Stropni
ventilator
0,999 1,8 1 0,999
Hladnjak 0,875 13,4 0,991 0,867
Mikrovalna
pećnica
0,998 18,2 0,984 0,982
Usisavač 0,951 26 0,968 0,921
Fluorescentna
lampa
0,956 39,5 0,930 0,889
Televizor 0,988 121 0,637 0,629
Računalo i
printer
0,999 140 0,581 0,580
3. Korekcija faktora snage
Korekcija faktora snage podrazumijeva mjere poboljšanja faktora snage do
mjere koja je još uvijek ekonomski isplativa.
Kako bi se smanjili gubitci u distribucijskim sustavima, korekcija faktora
snage se uobičajeno provodi upotrebom kondenzatora. Dodavanjem
kondenzatorskih baterija neutralizira se više jalove struje. Kondenzatori pri
korekciji faktora snage uzimaju struju koju pretvaraju u napon, te tako
poboljšavaju faktor snage.
Korekcija faktora snage vrši se kako bi se iz mreže moglo uzeti što je
moguće više djelatne snage. Na slici 4 prikazana je razlika između snaga
koje se uzimaju kada se koristi korekcija i kada se ne koristi.
Slika 4. Prikaz iskorištene snage sa i bez korekcije faktora snage
Uobičajeni faktor snage je između 0.92 i 0.95.
Neke od prednosti korekcija faktora snage su: korisnost za okoliš ( manja 10
potrošnje energije zbog poboljšanje energetske učinkovitosti), smanjenje
pada napona u dugačkim kablovima, produženi vijek trajanja opreme.
4. Metode korekcija faktora snage
Dva su osnovna načina korekcije faktora snage: pasivni i aktivni.
4.1. Pasivne metode korekcije faktora snage
Pod pasivnim metodama korekcije snage smatramo dodavanje
kondenzatora u krug, koji smanjuje vrijednost jalove energije kada je
spojen paralelno, slika 5. S postavljanjem kondenzatora postiže se manji
gubitak energije u prijenosu i manji padovi napona
Na pasivnu metode utječu fluktuacije u okolini postavljenog
kondenzatora. Pasivna metoda korekcije faktora snage zahtjeva da se
napon izmjenične mreže postavi ručno.
Slika 5. Dodavanje kondenzatora za pasivnu korekciju faktora snage
Postoje četiri vrste pasivne korekcije faktora snage:
-pojedinačna
-grupna
-centralna
11
-mješovita.
4.1.1. Pojedinačna kompenzacija
Odgovarajući kondenzator postavljen je paralelno sa svakim
induktivnim trošilom. Na taj se način u potpunosti eliminira opterećenje na
kablove, uključujući i kabel, te se dovodi električna energija
kompenziranom potrošaču.
Slika 6. Karakteristična pojedinačna kompenzacija
Nedostatak ove metode je u tome, da je taj kondenzator samo
u upotrebi onda kada korisnik koristi električnu energiju. Također nije
lako postaviti kondenzatore direktno na uređaje koji trebaju
kompenzaciju.
4.1.2. Grupna kompenzacija
Grupna kompenzacija se koristi onda, i samo onda, kada dva
ili više uređaja (aparata) rade isključivo istovremeno, pa je moguće
umjesto pojedinačne kompenzacije na svakome uređaju staviti jedan
zajednički kondenzator. Zajednički kondenzator kompenzira
zajedničku jalovu snagu.
12
Slika 7. Karakteristična grupna kompenzacija
Grupna kompenzacija je povoljnija od pojedinačne, ali
nedostatak je taj što je moguća samo kod određenih korisnika koji se
istovremeno koriste.
4.1.3. Centralna kompenzacija
Kod ovog tipa kompenzacije kondenzator je postavljen na jednom
centralnom mjestu, na primjer, na glavnoj ploči distribucije niskog napona.
Ovaj sustav pokriva ukupnu potražnju za jalovom električnom energijom.
Kapacitet je podijeljen na nekoliko dijelova koji se automatski uključuju i
isključuju, ovisno o zahtjevima sustava.
Centralna kompenzacija je danas najkorištenija od svih pasivnih
metoda kompenzacije. Pošto je kondenzator na jednom, centralnom,
mjestu lako ga je sustavno provjeravati. Pomoću kontrolera moguće je
provjeravati jalovu i djelatnu snagu, cos(φ) i prisutnost harmonika u
distribucijskom sustavu.
Slika 8. Karakteristični centralni sustav za kompenzaciju faktora snage 13
Nedostaci centralne kompenzacije su: jalova snaga unutar
korisnikovog distribucijskog sustava nije smanjena i postoji dodatni trošak
za automatski kontrolni sistem.
4.1.3. Mješovita kompenzacija
Ekonomske analize sustava često pokažu da je isplativo kombinirati
više vrsta kompenzacije. Na slici 9. prikazana je shema mješovitog sustava
za kompenzaciju faktora snage.
Slika 9. Karakteristični mješoviti sustav za kompenzaciju faktora snage
Općenito, prednosti pasivnih metoda korekcije faktora snage su:
jednostavnost
isplativost pri niskim snagama
pouzdanost
ne stvaraju se elektromagnetske smetnje
mogu poslužiti kod filtriranja elektromagnetskih smetnji
zajednički faktor snage za linearne terete.
14
Nedostaci su:
nemogućnost potpunog ispravljanja kod nelinearnih tereta
potrebna rekonstrukcija u slučaju promjene karakteristike tereta
potreba za zavojnicama u slučaju kapacitivnog tereta
faktor snage ne prelazi 0.9.
4.2. Aktivne metode korekcije faktora snage
Aktivna metoda korekcije faktora snage je poželjniji način korekcije
faktora snage, jer faktor snage može doseći vrijednost od 95%. Aktivna
metoda također se rješava harmonika.
Aktivni način korekcije faktora snage koristi aktivne poluvodičke
komponente, a rad same korekcije se temelji na korištenju kontrolera i
pretvarača. Korištenje pretvarača i kontrolera omogućuje kompenzaciju
harmonijskih članova te smanjenje faktora izobličenja.
Zbog kompleksnosti aktivne kompenzacije, moguće je lakše
upravljati nego s pasivnom, no cijena je sukladno tome i veća.
Slika 10. Prikaz jednofaznog ispravljača s kapacitivnim trošilom i pripadajući 15
valni oblici
4.2.1. Jedno-stupanjski sklopovi za korekciju faktora
snage
Struktura jedno-stupanjskog pretvarača za korekciju faktora snage
dana je na slici 11. ¸
Slika 11. Struktura jedno-stupanjskog pretvarača za korekciju faktora snage
Jedno-stupanjski pretvarač koristi samo jednu sklopku i jedan
regulator za oblikovanje ulazne struje i izlaznog napona. Kontroler se
koristi za brzu regulaciju izlaznog napona. Iako slabljenje harmonika struje
kod jedno-stupanjskog pretvarača nije dobro kao u dvo-stupanjskom, ono
je dovoljno za ispunjenje zahtjeva IEC 1000-3-2.
U pravilu, za svaki pretvarač, trenutna ulazna snaga varira tijekom
ciklusa, dok je izlazna snaga konstanta. Zbog toga, u krugu za ispravljanje
faktora snage, mora biti kondenzator, koji sprema ne uravnoteženu
energiju. Kod jedno-stupanjskog pretvarača, taj kondenzator nije strogo
definiran, obično napon na njemu iznosi oko 130V. Budući da cijena s
povećanjem kapaciteta kondenzatora raste, postoji kompromis koji
uravnotežuje cijenu kondenzatora i štednju koju donosi jedno-stupanjski
pretvarač s većim kapacitetom kondenzatora.
16
Najveći nedostatak je to što izlazni DC napon ovisi o mrežnom
naponu i trošilu.
4.2.2. Dvo-stupanjski sklopovi za korekciju faktora snage
Struktura dvo-stupanjskog pretvarača za korekciju faktora snage je
dana na slici 12
Slika 12. Struktura dvo-stupanjskog pretvarača za korekciju faktora snage
Na slici 12 se vidi da dvo-stupanjski pretvarač ima dva samostalna dijela.
Prednji dio se sastoji ispravljača i sklopa koji se bavi korekcijom faktora
snage (engl. power factor corection – PFC). Ulazni pretvarač na prednjoj
strani se sastoji od sklopke, diode, prigušnice i kondenzatora. PFC
kontroler detektira izlazni istosmjerni napon na kondenzatoru CB i prisiljava
ulaznu struju da valnim oblikom prati sinusni napon kako bi se postiglo da
je ulazni faktor snage jednak jedinici. Budući da je napon kondenzatora koji
skladišti energiju labavo reguliran, u naponu U B, pored istosmjerne
komponente je i harmonik drugog reda.
Nedostaci u odnosu na jedno-stupanjski pretvarač su: veća cijena i
kompleksnost aktivnog dijela kruga.
17
5. Simulacija primjene kondenzatorskih baterija
Za primjer fazne kompenzacije u programskom alatu za simulaciju
učinske elektronike Ansoft Simplorer® konstruiran je trofazni sustav sa
simetričnim LR trošilom. Na sljedećoj slici dan je sustav u kojem je
kompenziran utjecaj jalove energije.
Slika 13. Trofazni sustav sa simetričnim RL trošilom
U gornjem primjeru faktor snage λ1 iznosi 0,847 i kondenzatorske
baterije prikazane su kao idealni kapaciteti C1, C2 i C3. Kako bi se odabrao
povoljan iznos kondenzatora za kompenzaciju potrebno je odabrati
konačni tj. željeni faktor snage. Neka novi faktor snage bude λ2=0,95. S
obzirom da radna snaga iznosi P=38,116 kW , potrebna snaga pojedinog
kondenzatora može se izračunati iz:
QC=P [ tan (cos−1 λ1 )−tan (cos−1 λ2 )] (16)
18
te za ovaj slučaj iznosi 11,394 kVAr. Iznos potrebnog kapaciteta
kondenzatora se tada može izračunati iz:
C=QC
2 πf U f2 (17)
S obzirom da je fazni napon U f=230 V eff taj kapacitet iznosi 685 µ F što
odgovara i rezultatima simulacije prikazanim na sljedećoj slici.
Slika 14. Primjer kompenzacije. a) Nekompenzirani λ=0,847 b)
Kompenzirani λ=0,95
Problem nastaje ako zbog nekog razloga napon mreže padne, tada
će kondenzatorski kompenzator sustav opskrbljivati i višestruko manjim
iznosom jalove energije. Ako se promijeni induktivitet samog tereta
potrebno je povećati iznos kapaciteta kako bi faktor snage ostao isti.
Ovakav sustav je stoga dobro projektiran za rad samo u jednoj točki.
Kako bi proširili radno područje ovakvih kompenzatora najčešće se
koriste kondenzatorske baterije ili MSC (eng. Mechanically Switched
Capacitor) - sustav od više kondenzatora upravljani prekidačima.
Uklapanje kondenzatorskih baterija povlači veliku struju uklopa što se
odražava kao nagli skok ulazne struje. Sljedećom jednadžbom moguće je
19
približno odrediti maksimalni iznos te struje u ovisnosti o naponu i
kapacitetu samih kondenzatorskih baterija.
Imax=√2U f √ CL0
(18)
Gdje je L0 zbroj svih induktiviteta u krugu koje mogu prigušiti struju.
U gornjem primjeru će dodavanje kompenzatora rezultirati praktički
beskonačnom strujom (prema simulaciji više od 200 kA u trenutku kada je
napon maksimalan), stoga se struja najčešće ograničava serijskim
prigušnicama i predotpornicima. Struju je potrebno ograničiti prema
osiguračima koji su često dimenzionirani do najviše 200 % I n što je struja pri
nazivnom opterećenju. Ako struja nije ograničena osiguračima, potrebno ju
je ograničiti prema maksimalnoj struju koju realne komponente mogu
podnijeti. Vrlo često se koriste takozvani NTC otpornici čiji otpor pada s
porastom temperature i brzo prigušuju nastale oscilacije prigušnice i
kondenzatora. Od ostalih metoda za suzbijanje prevelike struje uklopa
koriste se fiksni otpori, fazna odgoda uklopa te prednabijanje
kondenzatora. Na sljedećoj slici prikazani su rezultati simulacije uklapanja
kondenzatora istog kapaciteta kao onaj dobiven iz (17).
Na slici 14.a prikazani su napon (plavo) i struja (crveno) izvora za
vrijeme uklopa kondenzatorskih baterija. U trenutku uklopa t u=25ms struja
izvora naglo poraste na preko 200 kA. Napon je ovdje skaliran faktorom
250. Napon je na slici skaliran 2,5 puta.
Na slici 14.b prikazan je uklop u istom trenutku. Induktivitet je prema
(18) povećan na način da maksimalna struja ne bude veća od 750 A tada
je potrebno koristiti prigušnicu induktiviteta 200 μH . Prijazna pojava struje
uklopa traje oko 10 perioda napona i frekvencija najvećeg višeg harmonika
ovisi o umnošku L i C prema:
f 0=1
2π √L0C(19 )
20
Slika 14. Rezultati simulacije uklopa kondenzatorskih baterija
Na slici 14.c struja je ograničena pomoću termistora (NTC otpornika)
kojem je početni otpor samo 1,5Ω nakon čega linearno pada usred
samozagrijavanja. Iz grafa je vidljivo da struja uklopa ne prelazi 450 A.
Na slici 14.d prikazana je fazna struja kada su trenuci uklopa po
fazama prilagođeni na način da ona bude minimalna. Vidljivo je da je to
najbolji slučaj, međutim valja napomenuti kako je teško postići uklop u
točno određenom trenutku zbog nesavršene prirode realnih sklopova, a
gotovo nemoguće ukoliko je uklapanje izvedeno mehanički.
21
Kako je vidljivo iz gornjih rezultata kondenzatorske baterije su dobar
kompenzator jalove energije dok su uvjeti relativno stabilni. U trenucima
kada postoji zahtjev za većim izvorom jalove energije dodatne
kondenzatore je potrebno uklapati u krug, što je moguće činiti samo u
diskretnim koracima za vrijeme kojih neizbježno dolazi do struja uklapanja.
Kondenzatorske baterija dakle imaju mogućnost dati samo unaprijed
određene iznose jalove energije. Za vrijeme uklapanja, dok traje prijelazna
pojava, osim struje uklapanja, mogu se pojaviti istitravanja između
kondenzatora i prigušnica u sustavu koja onečišćuju struju izvora višim
harmonicima.
22
6. Zaključak
Korekcija faktora snage je važna jer povećava efikasnost mreže, a s
tim se smanjuje i opterećenja na mrežu.
Korekcija se faktora snage provodi se primjenom pasivnih i aktivnih
metoda. Ukoliko uspoređujemo jedno-stupanjski sklop za aktivnu korekciju
faktora snage s dvo-stupanjskim sklopom, može se zaključiti da jedno-
stupanjski ima jednostavnije upravljanje. Međutim, jedno-stupanjski sklop
ima nižu djelotvornost Za niže snage, jedno-stupanjski PFC regulator
predstavlja zadovoljavajuće rješenje.
23
7. Literatura
[1] Artesyn: Power Factor Correction,
http://www.coolpowersolutions.fi/Library/Power_Factor_C.pdf, Cool Power
Solutions Ltd, 2012
[2] Lazić Miroslav, Dragan Stajić: Neprekidno napajanje pc računara sa
korektorom faktora snage,
http://www.telfor.rs/telfor2005/radovi/PEL-7.21.pdf, Iritel Beograd, TELFOR
2005.
[3] Cinčić I., Dropučić K.: Korekcija faktora snage. Seminarski rad. Zagreb,2013.
[4] Godec D. : Uređaji učinske elektronike za kompenzaciju jalove snage, Zagreb,
2016.
[5] Azazi H.Z., EL-Kholy E. E., Mahmoud S.A., Shokralla S.S. : Review of
Passive and Active Circuits for Power Factor Correction in Single Phase, Low
Power ACDC Converters , Cairo University, Egypt, 2010.
[6] Jha Birla A. K., Fernandes B. G.,Kishore A. : A Single Phase Single Stage
AC/DC Converter with High Input Power Factor and Tight Output Voltage
Regulation, Cambridge, USA, 2006.
[7] Zhang J. ,Jovanović M. M., Lee F. C. : Comparison Between CCM Single-
Stage And Two-Stage Boost PFC Converters , 1999.
[8] Despotović Ž. : Korekcija faktora snage u kolima energetske elektronike ,
Beograd, 2012.
24
Popis slika
Slika 1. Fazni prikaz odnosa snaga u sustavu
Slika 2. Valni oblici snaga u AC sustavu
Slika 3. Primjer izmjeničnog kruga s nelinearnim opterećenjem i izobličenjem
napona
Slika 4. Prikaz iskorištene snage sa i bez korekcije faktora snage
Slika 5. Dodavanje kondenzatora za pasivnu korekciju faktora snage
Slika 6. Karakteristična pojedinačna kompenzacija
Slika 7. Karakteristična grupna kompenzacija
Slika 8. Karakteristični centralni sustav za kompenzaciju faktora snage
Slika 9. Karakteristični mješoviti sustav za kompenzaciju faktora snage
Slika 10. Prikaz jednofaznog ispravljača s kapacitivnim trošilom i pripadajući valni
oblici
Slika 11. Struktura jedno-stupanjskog pretvarača za korekciju faktora snage
Slika 12. Struktura dvo-stupanjskog pretvarača za korekciju faktora snage
Slika 13. Trofazni sustav sa simetričnim RL trošilom
Slika 14. Rezultati simulacije uklopa kondenzatorskih baterija
25
Popis tablica
Tablica 1: Uobičajeni kućanski aparati i njihovi faktori snage
26
Simulacijski modeli sklopova učinske elektronike
za korekciju faktora snage
Sažetak
U završnom radu analizirani su uzroci nastanku jalove snage. Objašnjene su formule koje opisuju ovisnost faktora snage o nelinearnosti trošila i izobličenju napona. Predstavljena je važnost stabilnog iznosa faktora snage. Navedene su razlike pasivnih i aktivnih načina korekcije faktora snage. Predstavljena su četiri metode pasivne korekcije faktora snage, te su objašnjene razlike između njih. Aktivni način korekcije faktora snage ostvaruju se upotrebom komponenata i uređaja učinske elektronike. U radu su predstavljeni jedno-stupanjski i dvo-stupanjski pretvarač za korekciju faktora snage, te su opisane razlike između njih.
Kljucˇne rijecˇi: faktor snage, korekcija faktora snage, pasivni način korekcije faktora snage, aktivni način korekcije faktora snage
Simulation models of power electronics circuits
for power factor compensatione
Abstract
In this work is analyzed the reasons for the formation of reactive power. The paper explains the different formulas for power factor depending on the nonlinearity of load and voltage distortion. Paper presents importance of stable power factor. Differences between passive and active mode power factor correction are pointed. Paper presents four ways passive power factor correction, and the provided difference between them. Active mode of correction consists of various circuits and power electronics circuits, and the paper presented single-stage regulator and a two-stage regulator for power factor correction, and are given the differences between them. With the development of power electronics will result in an improvement of the power factor correction and thus optimizing the power factor.
Keywords: power factor, power facor correction, passive methods for PFC, active methods for PFC