3-fazowy układ zasilający z równomiernym podziałem mocy

Środa, 12 grudnia 2007 | Technika

W celu minimalizacji mocy biernej pobieranej z sieci elektroenergetycznej w nowo projektowanych zasilaczach dużej mocy należy zapewnić wysoką wartość współczynnika mocy, czyli innymi słowy zapewnić zerowe przesunięcie fazowe między prądem a napięciem, stosując odpowiedni układ korekcyjny.Jednak w systemie 3-fazowym, oprócz dokładnego śledzenia przebiegu napięcia przez przebieg prądu w poszczególnych fazach, wymagane jest także zapewnienie jednakowego obciążenia każdej fazy.

3-fazowy układ zasilający z równomiernym podziałem mocy

Rys. 1. Napięcia 3-fazowej linii elektroenergetycznej przedstawione w funkcji czasu

Realizacja takiego złożonego celu wymaga przeprojektowania układu wejściowego zasilacza. Na rys. 1 pokazano zależności między poszczególnymi napięciami wszystkich trzech faz. Faza 0 reprezentowana jest przez najgrubszą (czerwoną) linię. Faza 1 (czarna linia) wyprzedza fazę 0 o 120°. Faza 2 (linia fioletowa) jest wyprzedzana przez fazę 0 o 120°. Podanie takiego napięcia na 3-fazowy prostownik znajdujący się na wejściu korektora współczynnika mocy powoduje, że tak jak pokazano na rys. 3, falowe przebiegi prądu w przewodach nie osiągną pożądanego rezultatu.

Jak widać, prąd każdej fazy nieodpowiednio zaprojektowanego układu jest okresowo przerywany, mimo, że napięcie znacznie przewyższa 0 V, co przedstawiają wykresy napięć z rys. 1. Dodatkowo napięcia szczytowe dla każdej z faz mogą przyjmować różne wartości, dlatego przy współpracy z tradycyjnym prostownikiem szczytowym nie daje się zapewnić równomiernego rozkładu pobieranej mocy pomiędzy wszystkie fazy.

Rys. 2. Prądy powstające w obwodzie z jednym korektorem PFC

Prawidłowo przebiegi prądowe powinny być analogiczne do przebiegów napięć z rys. 1, co oznacza, że skuteczne rozwiązanie powinno zapewnić funkcję PFC dla każdej z faz oraz dodatkowo zrównoważyć ich obciążenie.

Rozwiązanie

Rys. 3. Podstawowy 3-fazowy obwód PFC z ograniczeniem maksymalnego poboru prądu

Pierwszym obwodem jest sekcja korektora PFC, składająca się z trzech oddzielnych układów. Za korektorem znajdują się trzy izolowane zasilacze obniżające napięcie, których wyjścia zostały połączone. Zasilacze te pracują niezależnie, gdyż napięcie wejściowe każdego z nich jest wyjściem innego układu PFC. Równomierne rozłożenie obciążenia poszczególnych faz wymaga dodania układu kontroli prądu w poszczególnych gałęziach (rys. 3).

Zapewnienie wyrównania mocy w poszczególnych gałęziach wymaga obecnie budowy dość złożonego obwodu sterującego zasilaczem. Największym problemem jest odseparowanie sygnałów sterujących dla wszystkich trzech obwodów od siebie, gdyż każda z sekcji korektora i zasilacza znajduje się na innym potencjale. Niemniej wydaje się, że ta niedogodność z czasem będzie coraz mniejsza. Zasilacze współpracujące z siecią trójfazową i zapewniające równomierne obciążenie są bowiem naturalnym krokiem rozwojowym systemów zasilających, który z pewnością będą wspierać producenci układów scalonych.

Grzegorz Michałowski