Przekształtnik AC/AC wysokiej częstotliwości 100kHz część 2

W ramach tego badania przygotowano stanowisko składające się z modułu filtru sieciowego wraz z
prostownikiem or az sztuczne obciążenie. Układ zasilono z sieci 230 V. Do pomiaru napięcia AC wykorzystano sondę różnicową połączoną bezpośrednio do zacisków wejściowych urządzenia. Prąd AC zmierzono przystawką oscyloskopową do pomiaru prądu.

Wykonano dwa pomiary oscyloskopowe (rys. 1, 3) których wyniki zapisano w postaci arkusza
kalkulacyjnego, na podstawie których wykonano później analizę harmonicznych za pomocą programu Sigview.

Na rys. 1 przedstawiono przebieg napięcia nieobciążonej sieci AC.  Podczas tego pomiaru sprawdzono poziom zakłóceń w sieci z której miał zostać wykonany właściwy pomiar. Rys. 3 przedstawia przebieg napięcia i prądu sieci AC obciążonej prostownikiem. Widoczny jest znaczny  spadek wartości skutecznej  napięcia o ponad 21 V. Taka wartość spadku napięcia na odbiorniku końcowym spowodowana przepływem dużego prądu w trakcie doładowywania baterii kondensatorów. 

Na rys. 2 przedstawiono  analizę przy pomocy FFT (ang. Fast Fourier Transform) przebiegu napięcia nieobciążonej sieci 230 V. Zawartość harmonicznych w tym przebiegu wynosi 0,253% co można uznać za poprawny wynik na podstawie norm zagranicznych[1].

Taką samą analizę wykonano dla przebiegu napięcia (rys. 4) i prądu (rys. 5) podczas obciążenia sieci
prostownikiem. W przebiegu napięcia 3 i 5 harmoniczna posiada podwyższoną wartość wynoszącą odpowiednio 6,5% i 2,3%. Przebieg prądu składa się z podstawowej harmonicznej 50Hz oraz znacznej ilości wyższych harmonicznych, z których dominującą wartością jest 3. (69,5%) i 5. (28,1%) harmoniczna.

Prostownik po stronie DC obciążono dwiema grzałkami połączonymi szeregowo o rezystancji  wypadkowej R_w=58Ω w temp. 20*C.

Przy napięciu sieci U_s=230 V szacowana wartość prądu obciążenia DC I_ODC wynosiła:

Po stronie AC szacowana wartość skuteczna prądu obciążenia I_OAC wynosiła by wtedy: 

Wartość prawdziwego współczynnika mocy TPF (ang. true power factor) dla obwodów nieliniowych[2]
na podstawie wyników pomiarów:

Tabela 3 Wyniki pomiarów obciążenia sieci prostownikiem bez układu PFC

	Przed załączeniem obciążenia	Po załączeniu obciążenia
Napięcie AC RMS	218,24 V	196,78 V
Wartość skuteczna prądu AC	0 A	7,104 A
Amplituda prądu AC	0 A	18 A
Prąd DC	0 A	7,075 A
Współczynnik THDi dla prądu	– – –	32,83%
Współczynnik THDu dla napięcia	0,253%	3,212%
Kąt φ między wartością szczytową napięcie i prądu	– – –	54*
cos φ	– – –	0,588
Pavg	– – –	552,72 W
Prąd pierwszej harmonicznej I1	– – –	5,07 A
Prąd trzeciej harmonicznej I3	– – –	3,02 A
Prąd piątej harmonicznej I5	– – –	1,363 A
Napięcie pierwszej harmonicznej U1	213,18 V	176,1 V
Napięcie trzeciej harmonicznej U3	1,03 V	10,78 V
Napięcie piątej harmonicznej U5	1,31 V	4,27 V
TPF	– – –	0,585