Основная часть

1 Исследование кпд полупроводниковых преобразователей напряжения

Одним из важнейших элементов высоковольтной кабельной электропередачи повышенной частоты является полупроводниковый преобразователь напряжения. В данном случае используется преобразователь, собранный по мостовой схеме (рисунок 1). По конструктивному исполнению преобразователь выполняется с применением транзисторов полевого типа или биполярных транзисторов с изолированным затвором (Insulated-gatebipolartransistor–IGBT). Входное напряжения преобразователя носит постоянный характер, выходное напряжение формируется преобразователем с частотой от 8 до 20 кГц.

Применение напряжения с повышенной рабочей частотой увеличивает эксплуатационные характеристики электропередач, однако существуют проблемы измерения физических величин. Отсутствие в настоящее время промышленно изготавливаемых и калиброванных приборов для измерения несинусоидальных (нетрадиционных) физических величин (токов и напряжений) создаёт препятствия к непосредственному вычислению КПД через отношения мощностей/энергий по классической формуле. Поэтому необходимо рассмотреть альтернативные методы измерения.

Для измерения КПД полупроводникового преобразователя напряжения была предложена энергетическая методика эксперимента и расчёта. Основные положения базируются на расчёте затраченной энергии на нагрев теплоносителя в среде с известной теплопроводностью и снятии показаний с приборов, измеряющих токи и напряжения промышленной частоты и в звене постоянного тока.

1.1 Описание физической модели

Для осуществления исследований и вычисления КПД полупроводникового преобразователя было принято решение о создании физической модели такого преобразователя.

Схема проведения опыта по экспериментальному определению КПД полупроводникового преобразователя представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Схема эксперимента по экспериментальному определению КПД полупроводникового преобразователя:

1 – лабораторный автотрансформатор (ЛАТР); 2 – блок контрольно-измерительной аппаратуры; 3 – полупроводниковый выпрямитель, собранный по мостовой схеме; 4 – полупроводниковый преобразователь напряжения; 5 – нагрузка (электронагреватель)

Мощность, получаемую из сети переменного тока через ЛАТР (1) фиксирует блок КИП (2), в котором установлены вольтметр, амперметр и ваттметр. Полупроводниковый выпрямитель, собранный по мостовой схеме (3), преобразует переменное напряжение сети в постоянное. В качестве преобразователя напряжения используется два типа полупроводниковых преобразователей: на силовых полевых транзисторах FQA11N90C в первом опыте и на транзисторах IGBT– во втором. В качестве потребителя электроэнергии используется ёмкость с водой, температура которой изменяется под воздействием электронагревателя (5). На поверхности ёмкости размещена теплоизоляция, состоящая из пенополистирола и пенополиуретана.

Экспериментальная модель для исследования КПД является частью физической модели высоковольтной кабельной электропередачи повышенной частоты, представленная на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2. Лабораторная модель высоковольтной кабельной электропередачи повышенной частоты.

1- ЛАТР, 2 – КИП – комплект измерительных приборов, 3 – преобразователь напряжения с повышающим трансформатором, 4 – кабель РК-50 12 метров, 5 – понижающий трансформатор, 6,7 – нагрузка, 8 – делитель напряжения, 9 – осциллограф