2.3.1 Điều chỉnh hệ số cơng 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 cơng nghiệp điện mà nó cịn 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, lị hồ quang điện có tính điện dung có thể bù bằng các
cuộn dây.
Khi thêm vào hay lấy ra các thiết bị bù cơng 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 cơng 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 tốn kỹ phù hợp với từng mức cơng 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 cơng suất bằng việc đo dịng 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 cơng suất phản kháng có chiều nghịch với chiều cơng suất phản kháng của thiết bị, tính chất tiêu thụ cơng 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. Ngồi ra trong ngành cơng nghiệp điện cịn có nhiều phương pháp để điều chỉnh hệ số công suất khác như bằng các thiết bị điện tử sử dụng Thyristor chẳng hạn.
2.3.2 Điều chỉnh hệ số cơng 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 q trình tiêu thụ năng lượng cịn 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 cơng suất có thể làm phẳng dịng 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 tồn 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 khơng 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 dịng điện có tần số bằng với tần số điện lưới (50Hz hoặc 60Hz) và chặn khơng cho các tần số sóng hài đi qua. Lúc này tải phi tuyến tính có thể xem như một tải tuyến tính, hệ số cơng 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 cơng 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 khơng hiệu quả bằng phương pháp điều chỉnh hệ số cơng suất tích cực Active PFC.
* Điều chỉnh hệ số cơng suất tích cực – Active PFC
Là một hệ thống điện tử cơng suất có chức năng kiểm sốt 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 dịng 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.
Trong bộ nguồn của máy tính hay thiết bị điện tử, viễn thơng…, 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 dịng điện vào ln 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 cơng suất Active PFC có thể hoạt động trên một dải điện áp vào rất rộng, từ 90VAC đến 264VAC, đặc tính này rất được người dùng chào đón, nó giúp cho họ không cần quan tâm tới mức điện áp phù hợp với bộ nguồn tại khu vực mình đang ở, ngồi ra nó cịn giúp bộ nguồn hoạt động được ở những khu vực có điện áp AC khơng ổn định.
Từ những phương pháp điều chỉnh hệ số công suất nêu trên ta thấy phương pháp Active PFC có ứng dụng nhiều nhất trong các bộ nguồn PSU hay các bộ
nguồn của các thiết bị điện tử, viễn thơng… Và phương pháp này có dải hoạt động rất rộng, từ 90 VAC đến 264 VAC và nó cịn giúp bộ nguồn hoạt động ở những khu vực có điện áp khơng ổn định.
