PFC là gì? Các loại PFC trong bộ nguồn

PFC là từ viết tắt của Power Factor Correction bộ điều chỉnh hệ số công suất. Nhiệm vụ của PFC bộ điều chỉnh hệ số công suất là giảm thiểu lượng công suất phản kháng do máy móc thiết bị tạo ra. Công suất phản kháng là công suất do tụ điện và cuộn cảm của một thiết bị lưu trữ và giải phóng. Với các thiết bị điện công suất phản kháng là vô dụng nhưng nó vẫn được tính vào chi phí lượng điện năng mà người dùng phải trả cho các công ty điện lực. Khoản phí này được giảm khi sử dụng PFC.

Hệ số công suất

Hệ số công suất Cosφ hay PF của hệ thống điện xoay chiều trong kỹ thuật điện được định nghĩa là tỷ lệ công suất thực tiêu thụ bởi tải và công suất biểu kiến chảy trong mạch điện. Đại lượng này có giá trị từ -1 đến 1.

Hệ số công suất nói chung được tính bởi công thức: PF=Cosφ = P/S

Trong đó:

  • P: Công suất tiêu thụ (W)
  • S: Công suất biểu kiến (VA)
  • Q: Công suất phản kháng (VAR)

Hình 1- Mối quan hệ giữa công suất tiêu thụ, phản kháng, biểu kiến

Hệ số công suất thấp làm tăng lượng năng lượng bị mất trong hệ thống phân phối, tạo ra dòng điện lớn. Điều này góp phần làm cho tiết diện dây dẫn lớn hơn và các thiết bị bảo vệ đi kèm đắt tiền hơn, làm tăng chi phí cho khách hàng công nghiệp hoặc thương mại. Để tối đa được điện năng sử dụng chúng ta cần có một hệ số công suất cao nhằm giảm tối đa lượng điện năng vô ích do công suất phản kháng tạo ra.

Với một mạch tải tuyến tính có hệ số công suất thấp chúng ta có thể điều chỉnh hệ số công suất bằng tụ điện hoặc cuộn cảm. Trong trường hợp tải không tuyến tính, chúng ta có thể sử dụng phương pháp hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động hoặc chủ động để nâng cao hệ số công suất cũng như chống lại hiện tượng méo dòng.

Hiệu chỉnh hệ số công suất chủ động Active PFC

Active PFC sử dụng thiết bị điện tử công suất để thay đổi dạng sóng của dòng điện của tải để cải thiện hệ số công suất. Có nhiều loại mạch Active PFC, nhưng một bộ chuyển đổi tăng cường được chèn giữa bộ chỉnh lưu cầu và các tụ điện đầu vào chính là phương pháp phổ biến được sử dụng trong nguồn điện chuyển mạch.

Hình 2 – Sơ đồ khối từ datasheets MEANWELL RSP-320

Dựa trên sơ đồ khối (Hình 2), chúng ta thấy rằng một khi điện áp một chiều được điều chỉnh đến từ bộ chuyển đổi nguồn, nó sẽ đi qua một bộ chỉnh lưu cầu, bộ chuyển đổi tăng áp và sau đó là một bộ lọc. Bộ chuyển đổi tăng cường cố gắng duy trì điện áp một chiều không đổi ở đầu ra, đồng thời tạo ra dòng điện có cùng tần số và cùng pha với điện áp đường dây. Sau đó, nó được đưa trở lại mạch phát hiện để xác định chất lượng nguồn điện để xem liệu PFC có cần thiết hay không.

Hiệu 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 vì thế được nâng cao hơn. (Hình 2) là một ví dụ về PFC thụ động.

Hình 3 – Ví dụ về mạch Passive PFC từ Wikipedia

Lợi ích hiệu chỉnh hệ số công suất

Lợi ích kỹ thuật: giảm sụt áp, biến dạng sóng hài, công suất biểu kiến của tải và cải thiện chất lượng điện năng đây là một lợi ích rất lớn trong bất kỳ ngành công nghiệp nào chưa sử dụng bộ nguồn với PFC.

Lợi ích kinh tế: PFC giúp giảm chi phí tiêu thụ và truyền tải cho hệ thống phân phối, hóa đơn điện cho người tiêu dùng, điều này cực kỳ có lợi cho bất kỳ công ty nào, đặc biệt là trong các thiết kế kỹ thuật.