38. Условия эксплуатации преобразователей.

Надежность устройств энергетической электроники, как и устройств другого назначения, зависит от того, насколько допустимая нагрузочная способность больше реальной нагрузки. Последняя определяется режимом работы потре­бителей, подключенных к данному устройству, Uм питающей сети, климатическими условиями, изменениями мощности нагрузки и т.д. Допус­тимая нагрузочная способность преобразовательных устройств зависит от выбора вентилей, схемы преобразователя, параметров используемого транс­форматора, устройств защиты и т.д.

Для обеспечения взаимопонимания между изготовителями и потребителями устройств и установок, для возможно большей стандартизации компонентов и всего устройства в целом, для упрощения проектирования полезно, если из­готовитель заранее предусматривает, что условия эксплуатации (или по воз­можности большая их часть), существенно влияющие на нагрузку требуемого устройства, соответствуют действующим стандартам.

Далее рассмотрим некоторые из этих условий.

Если условия эксплуатации отличаются от действующих норм,то потреби­тель должен согласовывать эти условия с изготовителем.

39. Коэффициент полезного действия преобразователя.

Коэффициент полезного действия преобразователя определяется как отношение отдаваемой мощности к мощности, потребля­емой преобразователем при номинальном рабочем режиме: ,(4.33) где

P_{d ном} =U_{d ном}·I_{d ном} — номинальная мощность на стороне постоянного тока; P_n — суммарная мощность потерь в номи­нальном режиме.

Наиболее существенные потери, которые необходимо учиты­вать при расчете КПД:

• потери мощности в вентилях в проводящем и запертом состояниях и потери мощности на охлаждение (∆P_V)

• потери в трансформаторах преобразователя, уравнитель­ном реакторе, сглаживающем фильтре, добавочных реак­торах, включенных на стороне сети (например для огра­ничения тока короткого замыкания), в фазоповоротных и регулирующих трансформаторах P_Ф);

• потери в симметрирующих устройствах, устройствах изме­рения, защиты, управления, регулирования, а также в раз­делительных трансформаторах для вспомогательных цепей (Р_всп);

• потери на стороне выпрямленного тока, обусловленные на­личием высших гармонических ( P_г).

Таким образом, ∆P_V + ∆P_T + ∆P_Ф + ∆P_г + ∆P_всп . (4.34)

Потери в вентилях ∆P_v можно определить по формуле: ∆P_V = n·U_F ·I_F (4.35)где п — количество вентилей в схеме выпрямителя, U_F и I_F — соответственно падение напряжения и средний ток вентиля.

Потери в трансформаторе вычисляются следующим образом: ∆P_T =P_ХХ + K_з·P_кз, (4.36) где P_хх — потери холостого хода (в стали) трансформатора;

P_кз — потери короткого замыкания (в меди) трансформатора:

К_з — коэффициент загрузки трансформатора, который с доста­точной точностью можно рассчитать по формуле:

К_з = (4.37)

Потери мощности в сглаживающих фильтрах и т.д. определяют­ся главным образом активными сопротивлениями обмоток r_обм этих элементов по формуле: ∆P_Ф =I²r_обм (4.38)

Потери во вспомогательных устройствах обычно составляют 0,5 - 3% от значения Р_d. При этом большие значения Р_всп при­сущи малым величинам Р_d.

Потери от высших гармонических можно найти по формуле: (4.39)

где U_n,I_n,U_k,I_k-действующие значения напряжения и то­ка n-й и k-й гармоник; К_HCU — результирующий коэффициент содержания гармоник, определяемый по (4.12).

КПД выпрямительной установки часто представляют в виде произведения КПД трансформатора _T и КПД выпрямительной части схемы _B. Второй сомножитель без учета потерь во вспомогательных устройствах и фильтрах примерно равен КПД используемых вентилей _V : _V =U_d/(U_d +U_F) (4.40)

Величина U_F диодов и тиристоров с изменением режима ра­боты изменяется незначительно. Поэтому значение _V с повы­шением напряжения возрастает, приближаясь к единице, и ока­зывает относительно меньшее влияние на общий КПД выпрями­тельной установки, чем, в частности, КПД трансформатора _T . Поэтому в расчетах можно принимать _T.

Коэффициент полезного действия выпрямителя можно так­же определить с помощью измерения мощности ваттметром на стороне постоянного и переменного токов.