Pasywna korekcja współczynnika mocy
Założenia:
Głównym źródłem wyższych harmonicznych są odbiorniki które w sposób nieliniowy pobierają prąd.
Istnienie w układzie wyższych harmonicznych przekłada się na zmniejszenie sprawności całego układu oraz wzrost wartości impedancji wyjściowej zasilacza co w następstwie powoduje duży spadek napięcia pod obciążeniem.
Prostownik który jest elementarnym podzespołem zasilacza 325V 1kW poprzez impulsowy przebieg prądu przepływającego przez układ wprowadza do sieci głównie 3 i 5 harmoniczną prądu.
Kolejnym nieliniowym podzespołem jest transformator. Aby skompensować jego wpływ na sieć zasilającą należałoby zastosować dodatkowy filtr wyższych harmonicznych bezpośrednio przy uzwojeniu pierwotnym transformatora.
Zbudowany przeze mnie filtr harmonicznych składa się z szeregowego obwodu rezonansowego RLC wyliczonego tak, aby tłumić 3 harmoniczną prądu.
2 podstawowe elementy takiego obwodu rezonansowego to dławik(cewka z rdzeniem) oraz kondensator. Trzecim elementem jest element pasożytniczy, którym jest rezystancja uzwojeń dławika oraz rezystancja wewnętrzna kondensatora.
 |
| Schemat ideowy |
| Parametry obwodu rezonansowego | |||||||
| Częstotliwość rezonansowa | Symbol dławika | Indukcyjność zmierzona metodą techniczną | Reaktancja indukcyjna | Indukcyjność wyznaczona przy częstotliwości rezonansowej dla znanej pojemności | Reaktancja pojemnościowa | Pojemność | Impedancja |
| ~250Hz | DA3 | 11,9mH* | 1,35mH | 2,12Ω | 301uF | Z~R=0,17Ω | |
| 150Hz | DB+DC | 3,54Ω | 3,74mH | 3,54Ω | 301uF | Z~R =0,01Ω | |
| 50Hz | DB+DC | 3,74mH | 1,79Ω | 3,74mH | 10,61Ω | 301uF | 9Ω char. poj. |
| 150Hz | Dd | 491mH | 462,76Ω | — | 462,76Ω | 2,293uF | 3Ω |
*przy 50Hz
Jak wynika z tabeli powyżej filtr który ma częstotliwość rezonansową 150Hz oparty na kondensatorze 300uF działa za mało selektywnie tłumiąc częstotliwość podstawową 50Hz.
Przy częstotliwości 50Hz i napięciu 230V taki filtr stanowi ponad 5,7kVAr obciążenia biernego.
Rozwiązaniem tego problemu byłoby użycie dławika o dużej indukcyjności wynoszącej nawet 1H wraz z kondensatorem 1uF.
 |  |
| Wersja testowa filtru 3-harmonicznej | Wersja końcowa filtru 3-harmonicznej |
Wpływ nieliniowości indukcyjności dławików na częstotliwość rezonansową układu RLC
Częstotliwość rezonansowa jest zależna od wartości reaktancji pojemnościowej i indukcyjnej.
Zakładając, że wartość pojemności kondensatora nie zmienia się się pod wpływem przepływającego prądu, jednocześnie uwzględniając wpływ nieliniowości indukcyjności dławika przy przepływie prądu można dojść do wniosku, że istnieje więcej niż jedna częstotliwość rezonansowa dla układu RLC.
Poniżej wykres przedstawiający zależność reaktancji pojemnościowej i indukcyjnej dla różnych prądów. Przecięcie się linii niebieskiej oznaczającej reaktancję pojemnościową z jakąkolwiek inna linią oznacza rezonans.
Pierwotną przyczyną zmiany wartości indukcyjności jest zmiana wartości skutecznej napięcia na zaciskach dławika.
Dla tego układu częstotliwość rezonansowa zależy od wartości napięcia na zaciskach.
Przy niskich napięciach zasilania układ posiada niższe częstotliwości rezonansu niż dla wyższych.
 | |
| Wykres uproszczony reaktancji dla różnych prądów, C=2,293uF 491mH | |
 |  |
| Wykres rozszerzony reaktancji dla różnych prądów | Indukcyjność dławików w funkcji prądu |
Dławik DA
| Wartość rezystancji izolacji poszczególnych uzwojeń dławika | ||
| L1-L2,L3,PE | L2-L1,L3,PE | L3-L1,L2,PE |
| >10GΩ | >10GΩ | >10GΩ |
 |  |
| Dławik 3x15mH 2,5A | |
| Pomiar indukcyjności metodą techniczną poszczególnych uzwojeń dławika DA1* |  | |||
| Opis wyprowadzeń | L1-L1.1 | L2-L2.1 | L3-L3.1 | |
| Spadek napięcia DC | 0,250V | 0,251V | 0,250V | |
| Prąd DC | 0,5A | 0,5A | 0,5A | |
| Rezystancja | 0,5Ω | 0,502Ω | 0,5Ω | |
| Spadek napięcia AC | 8,77V | 9,66V | 8,79V | |
| Prąd AC | 2,5A | 2,5A | 2,5A | |
| Impedancja | 3,508Ω | 3,864Ω | 3,516Ω | |
| Reaktancja | 3,472Ω | 3,831Ω | 3,483Ω | |
| indukcyjność zmierzona | 11,052mH | 12,194mH | 11,087mH | |
| Indukcyjność deklarowana | 15mH ±10% | |||
*Pozostałe uzwojenia dławika rozwarte
| Pomiar indukcyjności metodą techniczną uzwojeń połączonych szeregowo dławika DA2 |  | |
| Opis wyprowadzeń | L1-L2-L3 | |
| Spadek napięcia DC | 0,751V | |
| Prąd DC | 0,5A | |
| Rezystancja | 1,502Ω | |
| Spadek napięcia AC | 8,22V | |
| Prąd AC | 2,5A | |
| Impedancja | 3,288Ω | |
| Reaktancja | 2,924Ω | |
| indukcyjność zmierzona | 9,307mH | |
| Indukcyjność deklarowana | – | |
| Pomiar indukcyjności metodą techniczną uzwojeń połączonych równolegle dławika DA3 |  | |
| Opis wyprowadzeń | L1-L2-L3 | |
| Spadek napięcia DC | 0,0834 | |
| Prąd DC | 0,5A | |
| Rezystancja | 0,167Ω | |
| Spadek napięcia AC | 9,33V | |
| Prąd AC | 2,5A | |
| Impedancja | 3,732Ω | |
| Reaktancja | 3,73Ω | |
| indukcyjność zmierzona | 11,873mH | |
| Indukcyjność deklarowana | — | |
| Pomiar indukcyjności metodą techniczną uzwojeń połączonych równolegle z uzwojeniem środkowym niezgodnym dławika DA3 |  | |
| Opis wyprowadzeń | L1-L2-L3 | |
| Spadek napięcia DC | 0,0834V | |
| Prąd DC | 0,5A | |
| Rezystancja | 0,167Ω | |
| Spadek napięcia AC | 3,95V | |
| Prąd AC | 2,5A | |
| Impedancja | 1,58Ω | |
| Reaktancja | 1,571Ω | |
| indukcyjność zmierzona | 5mH | |
| Indukcyjność deklarowana | — | |
Dławik DB
| Wartość rezystancji izolacji poszczególnych uzwojeń dławika DB |
| L,PE |
| > GΩ |
| Pomiar indukcyjności metodą techniczną dławika DB | |
| Opis wyprowadzeń | La-Lb |
| Spadek napięcia DC | V |
| Prąd DC | A |
| Rezystancja | Ω |
| Spadek napięcia AC | V |
| Prąd AC | A |
| Impedancja | Ω |
| Reaktancja | Ω |
| indukcyjność zmierzona | mH |
| Indukcyjność deklarowana | – |
| Wartość rezystancji izolacji poszczególnych uzwojeń dławika DC |
| L,PE |
| > GΩ |
| Pomiar indukcyjności metodą techniczną dławika DC | |
| Opis wyprowadzeń | La-Lb |
| Spadek napięcia DC | V |
| Prąd DC | A |
| Rezystancja | Ω |
| Spadek napięcia AC | V |
| Prąd AC | A |
| Impedancja | Ω |
| Reaktancja | Ω |
| indukcyjność zmierzona | mH |
| Indukcyjność deklarowana | – |
