1.1. 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), х_ср – 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;

Эти показатели можно рассчитать одним из трех методов:интегральным ,спектральным или прямым. активную и реактивную мощности цепи .