Энергетические показатели качества электромагнитных процессов

Преобразование электрической энергии в устройствах силовой электроники характеризуется энергетическими показателями электромагнитных элементов и устройства в целом, определение которых и составляет цель этого раздела.

    Важнейшими из этих показателей являются следующие.

1. Коэффициенты преобразования по напряжению и току

 , ,                                      (1.1)

которые определяются в режимах, соответствующих максимально возможному напряжению на выходе преобразователя, т.е. при отсутствии его регулирования, для полезных составляющих напряжения и тока. В цепях переменного тока полезными составляющими, переносящими активную мощность, являются, как правило, первые гармоники напряжения и тока, а в цепях постоянного тока – средние значения величин в них.

2. Коэффициенты искажения тока и напряжения

                                                                                                                          (1.2)

где I_{(1) –} действующее значение первой гармоники тока; I – действующее значение тока.

3. Коэффициент гармоник тока (коэффициент несинусоидальности) K_н.с.

                                           (1.3)

где I_{в.г. –} действующее значение высших гармоник тока (отличных от первой гармоники).

    Последние два коэффициента очевидным образом связаны между собой:

,                           (1.4)

 

отсюда

                                                     (1.5)

4. Коэффициент сдвига тока относительно напряжения по первой гармонике

                                                      (1.6)

где P₍₁₎ и Q₍₁₎ – активная и реактивная мощности в цепи, создаваемые первыми гармониками напряжения и тока.

5. Коэффициент мощности

                                                                (1.7)

где P – активная мощность; S – полная мощность. В цепи с синусоидальными напряжениями и током этот коэффициент равен

6. Коэффициент полезного действия

                                                              (1.8)

Для идеализированного преобразователя в рамках первого уровня анализа (отсутствие потерь мощности в элементах преобразователя из (1.2.8) следует отношение между коэффициентами сдвига токов входной и выходной цепей преобразователя:

,  , . (1.10)

7. Энергетический коэффициент полезного действия.

                                                     (1.11)

8. Коэффициент пульсаций для цепей постоянного тока

(1.12)

где X_max - амплитуда данной (обычно первой) гармонической составляющей напряжения (тока),

Хср – среднее значение напряжения (тока).

    Расширение традиционной системы показателей качества электромагнитных процессов сделано в лекции 2 введением интегральных коэффициентов гармоник.

    В случаях, когда с помощью вентильного преобразователя создается автономная система электроснабжения (борт судна, самолета, наземного транспортного средства), набор

показателей качества электроэнергии и их числовые значения определяются государственными отраслевыми стандартами, например, качество электрической энергии в электрических сетях общего пользования должно соответствовать ГОСТ 13109-97.

    Для расчета энергетических показателей качества преобразования энергии необходимо знать:

- действующие значения первых гармоник напряжения и тока цепи и угол сдвига между ними;

- действующие значения напряжения и тока;

- действующие значение высших гармоник напряжения и тока;

- активную и реактивную мощности цепи.

    Эти показатели можно рассчитать одним из трех методов:интегральным,спектральным или прямым.