Power factor correction là gì? Phân loại và ứng dụng

Nếu các bạn vẫn đang thắc mắc rằng PFC (Power Factor Correction) là gì? Cách thức thiết bị tiêu thụ năng lượng xoay chiều này diễn ra như thế nào? Và những ứng dụng thực tiễn của chúng trong đời sống mỗi ngày ra sao? Hãy cùng Meanwell chính hãng tìm lời giải đáp ngay trong bài viết dưới đây nhé!

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 2- 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.

Hiệu chỉnh hệ số công suất hoặc PFC là để cải thiện tỷ lệ giữa công suất biểu kiến ​​và công suất thực. Hệ số công suất vào khoảng 0,4~0,6 ở các mẫu không có PFC. Trong các mô hình có mạch PFC, hệ số công suất có thể đạt trên 0,95. Công thức tính toán như sau: Công suất biểu kiến ​​= Điện áp đầu vào x Dòng điện đầu vào (VA), Công suất thực = Điện áp đầu vào x Dòng điện đầu vào x Hệ số công suất (W).
Từ quan điểm thân thiện với môi trường, nhà máy điện cần tạo ra công suất cao hơn công suất biểu kiến ​​để cung cấp điện ổn định. Việc sử dụng điện thực tế được xác định bởi công suất thực. Giả sử hệ số công suất là 0,5, nhà máy điện cần sản xuất nhiều hơn 2WVA để đáp ứng mức sử dụng điện năng thực 1W. Ngược lại, nếu hệ số công suất là 0,95 thì nhà máy điện chỉ cần tạo ra hơn 1,06VA để cung cấp 1W công suất thực, Tiết kiệm năng lượng sẽ hiệu quả hơn với chức năng PFC.
Các cấu trúc liên kết PFC hoạt động có thể được chia thành PFC hoạt động một giai đoạn và PFC hoạt động hai giai đoạn, sự khác biệt được thể hiện như trong bảng bên dưới.

cấu trúc liên kết PFC	Lợi thế	Điều bất lợi	giới hạn
PFC hoạt động  một giai đoạn	Chi phí thấp Sơ đồ đơn giản Hiệu quả cao trong   ứng dụng công suất nhỏ	Kiểm soát phản hồi phức hợp   Ripple khổng lồ	1.Không có thời gian chờ đợi. Đầu ra bị ảnh hưởng trực tiếp bởi đầu vào AC. 2. Dòng điện gợn lớn dẫn đến vòng đời đèn LED thấp hơn. (điều khiển trực tiếp đèn LED) 3. Đáp ứng động thấp, dễ bị ảnh hưởng bởi tải.
PFC  hoạt động hai giai đoạn	Hiệu quả cao PF cao hơn Điều khiển phản hồi dễ dàng Khả năng áp dụng cao đối với điều kiện tải	Chi  phí cao hơn	Thích hợp cho tất cả các loại sử dụng