Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом




Скачать 63.23 Kb.
НазваниеАнализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом
Дата публикации29.03.2014
Размер63.23 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Физика > Документы
АНАЛИЗ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ МГНОВЕННОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

Малякова М. С., асп., Калинов А. П., к.т.н., доц.

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского

ул. Первомайская, 20, 39600, г. Кременчуг, Украина, e-mail: marry_88@mail.ru, scenter@kdu.edu.ua
Введение. На сегодняшний день полупроводниковые элементы являются неотъемлемой составляющей электротехнических устройств и систем. При проектировании и эксплуатации полупроводниковых преобразователей важным является определение их энергетических показателей. Исследователи часто оперируют понятием полная мощность, которая определяется произведением среднеквадратичных значений тока и напряжения [1]:

.

(1)

В соответствии с существующими классическими методами анализа энергопроцессов в цепях с несинусоидальными токами и напряжениями полная мощность S включает в себя три составляющие: активную мощность P0, реактивную мощность или мощность Q сдвига и мощность T искажения [1, 3, 4]:

,

(2)

где – сумма составляющих активной мощности, – сумма составляющих реактивной мощности, k – номер гармоники мощности, K – количество анализируемых гармоник мощности.

Существующие теории позволяют оценивать значение постоянной, реактивной мощностей, а также мощности искажения. Но до сих пор исследователи считают целесообразным уделить внимание уточнению анализа процессов, которые протекают в цепях с полупроводниковыми преобразователями, являющимися элементами с явно выраженной нелинейностью [1-2]. Это вызвано тем, что существующие интегральные методы анализа энергетических процессов, не позволяют выявить в полной мере те закономерности энергопреобразования, которые присущи системам с полупроводниковыми элементами.

^ Цель работы. Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрических цепей, содержащих полупроводниковые элементы с использованием как классических теории мгновенной мощности, так и альтернативных теорий, базирующихся на анализе уравнений баланса ортогональных составляющих мгновенной мощности.

^ Материал и результаты исследования. Для исследований была использована простейшая схема, состоящая из последовательно подключенных идеализированного тиристора и активного сопротивления (рис. 1). Было принято, что схема питается от синусоидального источника напряжения. При этом, в частном случае: при нулевом угле управления тиристором α=0, и его можно рассматривать как диод.



Рисунок 1 – Исследуемая электрическая цепь с тиристором

Анализ баланса составляющих мгновенной мощности рассматриваемой электрической цепи осуществлялся аналитически с использованием автоматизированного метода формирования составляющих мгновенной мощности [5]. Исследование аналитических зависимостей показало, что баланс составляющих мгновенной мощности цепи сходится только при учете составляющих на полупроводниковом элементе, даже если он представлен как идеальный элемент.

При работе тиристора с углом управления α≠0 его нелинейная характеристика плохо поддается аппроксимации, поэтому для данного исследования был выбран путь анализа результатов численного моделирования. Во внимание принимались только весомые гармоники напряжения и тока исследуемой цепи, которые были получены в результате расчета математической модели данной электрической цепи в среде Matlab. С помощью автоматизированного метода формирования гармонических составляющих мгновенной мощности был получен баланс уравнений ортогональных составляющих мгновенной мощности исследуемой цепи.

Численные расчеты, как и аналитические исследования, показали, что отличие соответствующих составляющих и интегральных характеристик мгновенной мощности на источнике питания и нагрузке объясняется наличием составляющих мгновенной мощности на тиристоре. При увеличении точности аппроксимации нелинейности тиристора или с увеличением точности численных расчетов значения активной мощности на полупроводниковом элементе стремятся к нулю. Любое увеличение точности расчетов не приводит ортогональные составляющие мгновенной мощности к нулевым значениям. Восстановление кривой мгновенной мощности на полупроводниковом элементе во временной области отражает существенный всплеск, который соответствует крутым фронтам тока и напряжения при коммутации тиристора.

С увеличением количества анализируемых гармоник тока и напряжения мгновенная мощность на нелинейном элементе приближается к истинному виду – нулевому значению на протяжении всего периода. Следовательно, во временной области компоненты ортогональных составляющих мгновенной мощности на нелинейном элементе взаимно компенсируются.

При интегральной оценке мгновенной мощности на нелинейном элементе с использованием среднеквадратичных значений составляющих мощности взаимной компенсации не происходит. Необходимо отметить, что при этом совпадает баланс по квадратичным значениям среднеквадратичной мощности, полной мощности и мощности искажения источника (S), нагрузки (C) и тиристора (VS):



(3)

;

(4)

,

(5)

так же совпадает баланс по реактивной мощности:

,

(6)

Вольтамперная характеристика тиристора при разных углах управления будет иметь разный вид, следовательно, при изменении угла управления изменяется степень нелинейности тиристора. Для оценки степени нелинейности можно воспользоваться уравнением баланса активной мощности:

,

(7)

где – активная мощность источника питания; k-е составляющие активной мощности нагрузки.

В качестве коэффициента нелинейности полупроводниковых преобразователей предложено использовать отношение активной составляющей мощности основной гармоники на нагрузке к активной мощности этой гармоники на источнике питания:



(8)

Для линейного элемента =1, для абсолютно нелинейного =0. Под абсолютно нелинейным элементом имеется в виду полупроводниковый преобразователь, на выходе которого отсутствуют составляющие тока или напряжений с частотой питающей сети.

Проведенный физический эксперимент цепи (рис. 1) с реальным тиристором подтвердил результаты аналитических исследований и численного моделирования.

Выводы. 1. Баланс составляющих мгновенной мощности цепи сходится только при учете составляющих на полупроводниковом элементе, даже если он представлен как идеальный элемент.

2. При учете составляющих полной мощности на нелинейном элементе совпадает баланс по активной и реактивной мощностям. По параметрам полной мощности и мощности искажения, а также среднеквадратичным значением составляющих мгновенной мощности баланс совпадает по квадратичным значениям.

3. Предложено оценивать степень нелинейности полупроводникового преобразователя по отношению активной составляющей мощности основной гармоники на нагрузке к активной мощности этой же гармоники источника питания.
Литература

  1. Czarnecki L.S. Budeanu and Fryze: two frameworks for interpreting power properties of circuits with nonsinusoidal voltages and currents // Electrical Engineering (Archive Fur Electrotechnik). – 1987. – vol. 80, No.6. – P. 359–367.

  2. Долбня В.Т. Об одном парадоксе, возникающем при анализе цепей с выпрямителями (в порядке обсуждения) // Науково-технічний журнал “Електроінформ”, “Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика” – Львов: ЕКОінформ, 2009. – С. 448 – 451.

  3. Krogeris A., Rasevitcs K., Sinka J., Treimanics E. Power in circuits or nonsinusoidal current and voltage.– Riga: Riga educational typography, 1993. – 294 p. (in Russian).

  4. Czarnecki L.S. Phisical interpretation of the reactive power in terms of the CPC power theory // Electrical power quality and utilization, journal. – 2007. – vol. 13, No.1. – P. 87–93.

  5. M. Zagirnyak, A. Kalinov, M. Maliakova An algorithm for electric circuits calculation based on instantaneous power component balance // Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review). – 2011. – R. 87, No. 12b. – P. 212–215.




Малякова М. С., Калинов А. П.

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом

Электромеханические и энергетические системы, методы моделирования и оптимизации. Х Международная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов в городе Кременчуг 28 29 марта 2012 г. Кременчуг: КрНУ, 2012. – С. ХХ–ХХ.

Для анализа энергопроцессов в электрических цепях с полупроводниковыми элементами были использованы как классический метод мгновенной мощности так и метод, базирующийся на уравнениях баланса ортогональных составляющих мгновенной мощности. Показано, что баланс составляющих мгновенной мощности цепи сходится только при учете ее составляющих на полупроводниковом элементе, даже если он представлен как идеальный элемент. Предложен коэффициент для оценки степени нелинейности полупроводникового преобразователя.

M. Maliakova, A. Kalinov

Analisys and interpretation of instantaneous power components of electric circuit with a semiconductor elements

Electromechanical and energy systems, modeling and optimization methods. The 10th International conference of students and young researchers in Kremenchuk march 28–29, 2012. – Kremenchuk: КrNU, 2012. – P. ХХ–ХХ.


Both a classical instantaneous power method and a method based on equations of instantaneous power orthogonal components balance have been used to analyze power processes in electric circuits with semiconductor elements. It has been shown that the balance of the circuit instantaneous power components is identical only if its components on the semiconductor element are taken into account, even if this element is represented as an ideal one. A coefficient for estimation of a semiconductor converter nonlinearity degree has been offered.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconПроводимости и сопротивления
Анализ нелинейных электрических цепей с использованием ортогональных составляющих мгновенной

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconКурсовая работа по дисциплине : «Электротехника и электроника» тема:...

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом icon1 основные теоретические положения
Приступая к изучению линейных цепей постоянного тока, прежде всего необходимо ознакомиться с основными понятиями электрической цепи,...

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconЕнергетика та енергоресурсозбереження
Метод IX, Iy теории мгновенной мощности в задачах управления качеством электроэнергии в системах электропривода

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconАнализ средств компенсации реактивной мощности в электрических сетях украины
В статье проведен анализ существующих систем компенсации реактивной мощности, определены проблемы, которые возникают при ее компенсации...

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconВ электрических цепях и методах анализа цепей с обратной связью
Применительно к электрическим цепям обратная связь проявляется,в воздействии выходной величины электриче­ской цепи на ее вход, благодаря...

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconОбъем ы поставки электрической энергии и мощности

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconЭлектротехника и электроника
Дайте определение понятию «электрическая цепь». Нарисуйте одну из возможных схем электрической цепи

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconЛабораторная работа №45
Цель работы: исследовать зависимость мощности и коэффициента полезного действия от величины силы тока в цепи

Анализ и интерпретация составляющих мгновенной мощности электрической цепи с полупроводниковым элементом iconСчетчики электрической энергии однофазные статические РиМ 189. 02 РиМ 189. 04
РиМ 189. 04) (далее – счетчик) предназначен для измерения активной и реактивной электрической энергии и мощности (активной, реактивной...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<