PFC дроссели EPCOS для ограничения гармоник тока бытовой электроники

№ 4’2002
С 1 января 2002 года в России действует государственный стандарт ГОСТ Р 51317.3.2-99, ограничивающий максимальную эмиссию гармонических составляющих тока технических средств (ТС).

Классификация ТС по стандарту ГОСТ Р 51317.3.2?99

С 1 января 2002 года в России действует государственный стандарт ГОСТ Р 51317.3.2-99, ограничивающий максимальную эмиссию гармонических составляющих тока технических средств (ТС). Этот стандарт распространяется на ТС, максимальная величина потребляемого тока которых (в одной фазе) не превышает 16 ампер. Немаловажной подгруппой данных ТС является бытовая электроника: телевизионные приемники, компьютеры, видеомагнитофоны, пылесосы, стиральные машины, микроволновые печи, кондиционеры и проч.

Стандарт ГОСТ Р 51317.3.2-99 устанавливает различные нормы гармоник тока для разных классов ТС. Бытовая электроника относится к ТС класса D, которые определены данным стандартом как «ТС с потребляемым током, характеризующимся специальной формой кривой (см. рис. 1), и активной мощностью, не превышающей 600 Вт». Ток и мощность ТС класса D, согласно требованиям стандарта, следует измерять в определенных, регламентированных стандартом условиях.

Форма кривой тока во времени для ТС класса D

Перечислим остальные классы ТС, согласно классификации стандарта:

  • класс А — симметричные трехфазные ТС и ТС других видов, исключая относящиеся к классам В, С и D;
  • класс В — переносные электрические инструменты;
  • класс С — световые приборы, включая устройства регулирования.

Нормы гармонических составляющих тока для класса D

Смотри таблицу 1.

Таблица 1. Нормы для ТС класса D по ГОСТ Р 51317.3.2-99 (EN61000-3-2)
Нормы для ТС класса D по ГОСТ Р 51317.3.2-99 (EN61000-3-2)

Стандарты МЭК 61000?3?2?95 и EN61000?3?2 как прообраз российского ГОСТ Р 51317.3.2?99

Российский стандарт ГОСТ Р 51317.3.2-99 основан на европейском стандарте EN61000-3-22 и является гармонизацией EN61000-3-2 (текст обоих стандартов не имеет принципиальных различий, а нормы гармонических составляющих тока одинаковы для всех классов ТС: A, B, C и D). Стандарт EN61000-3-2 уже с 1 января 2000 г. определяет соответствующие нормы эмиссии гармонических составляющих ТС, находящихся в Европейском союзе (ЕС) (то есть европейский стандарт вступил в силу на год раньше российского). Нормы касаются в том числе и того оборудования, которое экспортируется в ЕС.

В свою очередь, европейский стандарт EN61000-3-2 был сформулирован Европейским комитетом по электротехнической стандартизации (CENELEC)3 на основе международного стандарта МЭК61000-3-2-95 (IEC61000-3-2-95)4.

Наличие в цепи гармонических составляющих и функция накопительного конденсатора в мостовой выпрямительной схеме

При наличии гармонических составляющих в токе, питающем нагрузку, его форма отличается от синусоидальной: кроме первой гармоники I1 тока, определяющей активную мощность, в нем присутствуют кратные гармоники (I3, I5, I7 и более старшие — согласно разложению в ряд Фурье).

Причиной возникновения гармоник, как правило, являются нелинейные нагрузки сети, в том числе выпрямители, импульсные блоки питания (ИБП), бесперебойные источники питания (UPS) и т. п. Кроме того, высокочастотные составляющие тока возникают при запуске двигателей, при тиристорной коммутации нагрузки, при работе сварочных аппаратов, а также при флуктуациях нагрузки и при неполном включении нагрузки в сеть.

Наличие гармоник в сети оказывает негативное влияние на нагрузки сети. Гармоники несинусоидального тока на входе ИБП могут усиливаться в самом ИБП, если не предприняты защитные меры. Как известно, импульсными являются блоки питания современных телевизоров. Ток, потребляемый ИБП, имеет форму импульсов, приходящихся на периоды времени, когда напряжение сети превышает напряжение накопительного конденсатора (см. рис. 2). Эти импульсы являются урезанными, сжатыми по времени полуволнами синусоиды (с малым углом отсечки), с увеличенной амплитудой. Малая ширина импульса приводит к тому, что мощность отбирается от сети только в ограниченные интервалы времени, вблизи максимума импульса. Таким образом происходит дополнительное искажение формы тока сети и усиление гармоник тока.

Сглаживающий конденсатор на выходе выпрямительного моста

Данное явление легче всего заметить в вечернее время, когда по окончании рабочего дня люди возвращаются домой и в массовом количестве включают телевизоры. Искаженная форма тока, потребляемого телевизионными приемниками, естественно, негативно отражается и на других нагрузках. Паразитный рост амплитуды тока приводит к ложному срабатыванию интегральной логики и низковольтной аппаратуры, сбоям в телекоммуникационном и микропроцессорном оборудовании, расположенном по соседству; в трехфазных сетях — к возникновению тока в нулевом и заземляющем проводниках, а также к несимметричности тока (или напряжения) в фазных проводах и сопутствующему ряду нежелательных явлений.

Проблема обеспечения норм гармоник тока

Одной из мер несинусоидальности тока является коэффициент мощности (КМ), определяемый отношением активной мощности P, потребляемой нагрузкой, к полной мощности S. С другой стороны, КМ равен косинусу угла между током и напряжением. Таким образом, КМ равен:

cos φ= P/S.

Полная мощность есть произведение полного тока I на напряжение U:

S = I × U,

а полный ток I — суперпозиция основной (первой) гармоники, определяющей активную мощность нагрузки, и кратных (высших) гармоник. Оптимальному режиму эксплуатации нагрузки соответствует КМ=1, так как при этом вся входная мощность потребляется нагрузкой. На практике стараются получить КМ, близкий к единице (например, 0,9), с помощью различных средств коррекции.

В англоязычной литературе коррекция КМ сокращенно обозначается PFC (Power Factor Correction). Соответственно, контроллер коррекции КМ (см. далее) иначе называют PFC-контроллером, а дроссель коррекции КМ — PFC-дросселем. Далее мы будем пользоваться этими терминами.

PFC?контроллеры — сложный («активный») способ решения проблемы

Можно указать два способа коррекции КМ, с помощью которых обеспечиваются требования стандарта ГОСТ Р 51317.3.2-99 (EN61000-3-2) по синусоидальности потребляемого тока (заданный уровень гармоник и величина КМ, близкая к единице):

  • «активная» коррекция КМ;
  • «пассивная» коррекция КМ.

При активной коррекции КМ используется интегральная схема (ИС) PFC-контроллера (корректора КМ). В частности, концерн Infineon Technologies выпускает ИС PFC-контроллеров серий ICE1PD265/165. Такая ИС представляет собой законченный функциональный узел (управляемый выпрямитель, или вольтодобавочный усилитель) и позволяет решить проблему КМ, возникающую при проектировании новых изделий за счет электронного управления формой тока в ИС.

Расположение PFC- и тококомпенсирующего дросселей

Однако подключение ИС PFC-контроллера, как правило, требует пересмотра или перепроектирования схемы блока питания нагрузки. С другой стороны, стандарт ГОСТ Р 51317.3.2-99 относится как к новым изделиям, поступающим на рынок, так и к старым, уже находящимся в эксплуатации, а также к изделиям, выпущенным ранее и находящимся, например, на складах продавцов. Поэтому для готовых (ранее спроектированных) устройств предпочтительна пассивная коррекция КМ. Она обеспечивается подключением на входе нагрузки фильтрующего (сглаживающего) дросселя.

Преимущества применения PFC?дросселей («пассивный» способ)

Кроме простоты подключения, данный вариант характеризуется низкой стоимостью компонентов (дросселей) и компактностью их размещения на плате (не требуется теплоотвода, как для случая с ИС PFC-контроллера). При этом КПД пассивной схемы (98–99 %) весьма близок к КПД активной.

Задача PFC?дросселя и его расположение в блоке питания

PFC-дроссель затягивает фронт импульса входного тока, снижая при этом его амплитуду. Соответственно, снижается уровень высших гармоник тока, а также реактивная мощность, а КМ повышается.

PFC-дроссель устанавливают на входе ИБП, до выпрямительного моста, согласно рис. 4 (но после тококомпенсирующего дросселя). При одновременном использовании Х-конденсатора и тококомпенсирующего дросселя последний рекомендуется подключать между Х-конденсатором и PFC-дросселем, чтобы исключить возможность образования ими резонансного контура.

Уровень гармоник тока

Как следует из рис. 4а, в отсутствие PFC-дросселя ток потребления ИБП явно не удовлетворяет нормам стандарта ГОСТ Р 51317.3.2-99 (EN61000-3-2). При включении PFC-дросселя с индуктивностью L = 18 мГн гармоники выше третьей не выходят за пределы стандарта. Дело в том, что величина третьей гармоники I3, как правило, является наиболее критичной в отношении верхнего лимита. Соответствующий лимит стандарта отмечен на рис. 4 линией красного цвета.

Обеспечение требований стандарта ГОСТ Р 51317.3.2?99 с помощью PFC?дросселей серии B82991?S концерна EPCOS

Опыты инженеров концерна EPCOS показали, что требования стандарта ГОСТ Р 51317.3.2-99 (EN61000-3-2) относительно гармоник тока можно обеспечить PFC-дросселем с L ≥ 36 мГн или несколькими PFC-дросселями с бОльшим значением индуктивности. В практических схемах EPCOS рекомендует использовать PFC-дроссели с L ? 40 мГн. Уровень гармоник тока для этого случая иллюстрирует рис. 4в.

Например, при использовании PFC-дросселя B82991-S2601-N1 (см. табл. 2) с индуктивностью 68 мГн амплитуда полного тока снижается более чем в два раза (0.859/1.977 = 43 % от исходной величины). Изменение формы кривой тока показано на рис. 5.

Фильтрация гармоник тока на входе блока питания
Таблица 2

Данные табл. 2 и рис. 5 соответствуют экспериментальным данным, полученным специалистами концерна EPCOS при измерениях в блоке питания телевизора мощностью 75 Вт.

На рис. 6 графически показан (сплошная линия) лимит гармоник для ТС класса D мощностью 75 Вт в соответствии со стандартом ГОСТ Р 51317.3.2-99 (сравните с данными табл. 1). Пунктирная кривая, соответствующая обычному уровню гармоник на входе блока питания телевизора (75 Вт), не удовлетворяет стандарту. Применение PFC-дросселя (штрих-пунктир) снижает уровень гармоник до величины, меньшей, чем та, что определена стандартом.

Ограничение гармоник ниже уровня, требуемого стандартом

Номенклатура PFC?дросселей концерна EPCOS

Концерн EPCOS производит широкий спектр дросселей, предназначенных для подавления сетевых помех, и в том числе высших гармоник тока. В частности, группа B82991-S PFC-дросселей концерна EPCOS состоит из трех дросселей с различной индуктивностью (см. табл. 3).

Таблица 3. Номенклатура (спецификация) дросселей серии B82991-S концерна EPCOS
Номенклатура (спецификация) дросселей серии B82991-S концерна EPCOS

Группы B82991-Sx-N1 и B82991-Sx-N2 (см. табл. 4) отличаются друг от друга только типом разъема: «проушины» разъема дросселя B82991-Sx-N1 удобны для подпаивания контактных проводников, а штыри разъема дросселя B82991-Sx-N2 обеспечивают монтаж дросселя на печатной плате.

Таблица 4. Параметры, одинаковые для всех дросселей серии B82991-Sx
Параметры, одинаковые для всех дросселей серии B82991-Sx

Стоит заметить, что для значений тока, лежащих в диапазоне 1–10 А, с целью компенсации его гармоник можно также использовать дроссели с тороидальным (кольцевым) порошкообразным сердечником (Ring Powder Core) серий B82615/17/23…25/27.

Сердечник дросселей группы B82991-S выполнен из многослойного железа.

Однако при мощности нагрузки, не превышающей 200 Вт (ток не превышает 1,5 А), PFC-дроссель серии B82911-S обладает оптимальными параметрами (заданный уровень подавления гармоник тока при ограниченной массе и габаритных размерах) благодаря сердечнику, выполненному из многослойного железа, что исключает режим насыщения сердечника.

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonxosofutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *