Tài liệu Điều chỉnh hệ số công suất – PFC ppt

Điều chỉnh hệ số công suất – PFC (Power Factor
Correction)
1/Điều chỉnh hệ số công suất tuyến tính
Điều chỉnh PFC truyến tính áp dụng cho các thiết bị tiêu thụ trực tiếp điện áp lưới. Việc
điều chỉnh có thể đạt được bằng việc thêm vào hay bớt ra các cuộn dây hay tụ điện cho
thiết bị. Như động cơ mang tính cảm kháng có thể điều chỉnh PFC bằng việc đấu thêm
một tụ song song cuộn dây vận hành nhằm giúp triệt tiêu công suất phản kháng, làm giảm
công suất biễu kiến và tăng hệ số PF. Thiết bị điều chỉnh hệ số công suất không những
được áp dụng trong ngành công nghiệp điện mà nó còn có thể sử dụng với người dùng cá
nhân khi muốn làm giảm tổn hao trên đường truyền và ổn định điện áp cho tải.
Thiết bị điều chỉnh hệ số công suất thực chất là một thiết bị cung cấp một công suất phản
kháng tương ứng và đối nghịch lại với công suất phản kháng được tạo ra của thiết bị.
Thêm tụ điện hay cuộn dây vào quá trình để huỷ bỏ đi hiệu ứng cảm ứng hay điện dung
tương ứng được tạo ra. Động cơ có tính cảm ứng có thể được bù bằng các tụ lọc, lò hồ
quang điện có tính điện dung có thể bù bằng các cuộn dây.
Khi thêm vào hay lấy ra các thiết bị bù công suất phản kháng có thể tạo ra sự biến động
điện áp hay tạo ra các méo hài, trong trường hợp xấu nhất các thành phần bù công suất
phản kháng có thể tạo ra hiện tượng cộng hưởng với hệ thống được bù, làm cho điện áp
tăng cao và gây mất ổn định cho hệ thống. Do vậy việc điều chỉnh hệ số PFC không thể
đơn giản là việc thêm hay bớt các thành phần, mà nó cần được tính toán kỹ phù hợp với
từng mức công suất tải trên thiết bị.
Để tránh trường hợp trên, ứng dụng việc bù hệ số công suất PFC bằng các thiết bị bù tự
động. Thiết bị này bao gồm nhiều tụ điện được đóng hay ngắt ra khỏi thiết bị được bù
công suất phản kháng bằng các công tắt. Các công tắt này lại được điều khiển bằng một
thiết bị điều khiển trung tâm có khả năng đo hệ số công suất bằng việc đo dòng tải và
điện áp của thiết bị qua các cảm biến dòng được gắn trên đường truyền dẫn điện năng,
trước khi vào thiết bị. Tuỳ thuộc vào tải và hệ số công suất của thiết bị, bộ điều khiển sẽ
đấu nối tuần tự các tụ bù vào mạch sao cho giá trị hệ số công suất luôn ở trên giá trị được
chọn.
Một cách khác để điều chỉnh hệ số công suất là dùng động cơ đồng bộ, động cơ đồng bộ
cung cấp một công suất phản kháng có chiều nghịch với chiều công suất phản kháng của

thiết bị, tính chất tiêu thụ công suất phản kháng của động cơ đồng bộ được xem là một
tính chất đặt biệt của loại động cơ này, nó được xem tương đương như một tụ đồng bộ.
Ngoài ra trong ngành công nghiệp điện còn có nhiều phương pháp để điều chỉnh hệ số
công suất khác như bằng các thiết bị điện tử sử dụng Thyristor chẳng hạn.
2/Điều chỉnh hệ số công suất phi tuyến tính
Tải phi tuyến thường là dạng tải chỉnh lưu, không sử dụng trực tiếp từ điện xoay chiều
mà nắn lại thành dạng điện một chiều-chỉnh lưu như các bộ nguồn máy tính (PSU),
adaptor,…hay các thiết bị sử dụng năng lượng gián đoạn-liên tục như máy hàn, bóng đèn
huỳnh quanh, ,các thiết bị này trong quá trình tiêu thụ năng lượng còn tạo ra các dạng
sóng hài có tần số là bội số của tần số điện lưới, chèn vào tần số điện lưới. Các thành
phần linh kiện tuyến tính như cuộn dây và tụ điện không thể loại bỏ được các dải tần số
mới được tạo ra này, vì vậy nó phải dùng các bộ lọc hay bộ điều chỉnh hệ số công suất có
thể làm phẳng dòng điện ra trên mỗi chu kỳ nhằm giảm dòng hài.
Trong các loại tải phi tuyến tính đó thì PSU được sử dụng nhiều nhất, với thiết kế chuyển
đổi năng lượng theo kiểu đóng/cắt (switching). Trước đây các bộ nguồn này chỉ đơn giản
được thiết kế với một cầu nắn điện chỉnh lưu toàn sóng nạp một mức điện áp dưới mức
chịu đựng được của tụ điện. Điều này sẽ tạo ra một dòng điện nạp ban đầu rất cao, hệ số
công suất rất thấp, đồng thời tạo ra các sóng hài không có lợi.
Điều chỉnh hệ số công suất thụ động – Passive PFC
Phương pháp Passive PFC đơn giản chỉ là sử dụng một bộ lọc, bộ lọc này chỉ cho qua
dòng điện có tần số bằng với tần số điện lưới (50Hz hoặc 60Hz) và chặn không cho các
tần số sóng hài đi qua. Lúc này tải phi tuyến tính có thể xem như một tải tuyến tính, hệ số
công suất đã được nâng cao hơn.
Tuy nhiên yêu cầu cần phải có cuộn cảm có giá trị cảm kháng lớn đã làm cho bộ lọc cồng
kềnh và có giá thành cao, nhưng thực tế với mạch Passive PFC có cuộn dây tuy lớn hơn
cuộn dây của mạch điều chỉnh hệ số công suất tích cực Active PFC nhưng giá thành
chung lại rẻ hơn. Đây là một phương pháp đơn giản và rẻ tiền để điều chỉnh hệ số công
suất và làm giảm sóng hài tuy nhiên nó lại không hiệu quả bằng phương pháp điều chỉnh
hệ số công suất tích cực Active PFC.
Điều chỉnh hệ số công suất tích cực – Active PFC

Là một hệ thống điện tử công suất có chức năng kiểm soát năng lượng cung cấp cho tải,
điều chỉnh hệ số công suất ở mức tốt nhất trên mọi mức tải. Trong thiết kế thực tế, mạch
Active PFC điều khiển dòng nạp cho tải sao cho dạng sóng của dòng vào cùng pha với
dạng sóng ở đầu vào (ở đây là sóng sin). Về cơ bản có 3 dạng mạch Active PFC được sử
dụng, là; Boost, Buck và Buck-Boost.
Hình ảnh này đã bị thu nhỏ. Nhấp vào hình để xem kính thước thật
(800x534).
Trong PSU, dạng mạch được sử dụng thông dụng nhất là Boost. Một mạch chuyển đổi
được chèn vào giữa cầu nắn điện và tụ lọc chính. Nó tạo một điện áp DC ổn định ở đầu ra
và duy trì dòng điện vào luôn đồng pha với tần số của điện áp vào. Phương pháp này đòi
hỏi phải thêm một số linh kiện chuyển mạch bán dẫn công suất và mạch điều khiển
nhưng bù lại nó có kích thước nhỏ hơn mạch Passive PFC.
Dạng mạch điều chỉnh hệ số công suất Active PFC có thể hoạt động trên một dải điện áp
vào rất rộng, từ 90VAC đến 264VAC, đặt tính này rất được người dùng chào đón, nó
giúp cho họ không cần quan tâm tới mức điện áp phù hợp với PSU tại khu vực mình đang
ở, ngoài ra nó còn giúp PSU hoạt động được ở những khu vực có điện áp AC không ổn
định.
Hình ảnh này đã bị thu nhỏ. Nhấp vào hình để xem kính thước thật
(800x438).
Mạch Passive PFC thực tế trong PSU
Hình ảnh này đã bị thu nhỏ. Nhấp vào hình để xem kính thước thật
(800x434).
Mạch Active PFC thực tế trong PSU
3/Tầm quan trọng của việc điều chỉnh hệ số công suất trong việc truyền
dẫn điện năng
Thực tế cho thấy công ty cung cấp điện bán điện cho người dùng dưới 2 giá trị là điện áp
và dòng điện (VA) nhưng hoá đơn lại được tính bằng Watt. Nếu hệ số công suất của thiết
bị có giá trị thấp hơn 1 thì cần phải có nhiều công suất VA được truyền đi để có thể đáp
ứng được công suất Watt thật, ngoài ra nó còn làm tăng chi phí thực hiện việc truyền dẫn
điện.

Ví dụ, hệ số công suất là 0.5, thì công suất biểu kiến sẽ gấp 2 lần công suất thật được tiêu
thụ bởi tải, đường dây điện cũng vì đó mà có kích thước lớn hơn 2 lần so với khi hệ số
công suất bằng 1. Đồng nghĩa với việc điện lực phải đầu tư các thiết bị như máy phát
điện, biến thế, dây dẫn, chuyển mạch có kích thước lớn hơn.
Lưu ý: hiệu suất làm việc của thiết bị sử dụng điện không phụ thuộc vào việc thiết bị đó
có hay không có PFC.