1

Уровень завад, КПД, Електромагнитная совместимость, Масогабаритные параметры.

2 Електромагнитна сумісність з мережею живлення

Актуальність питань практичної реалізації оптимальних енергетичних режимів зростає з включенням вентильного перетворювача в замкнену систему, де закони модуляції вентилів у перехідних режимах безперервно змінюються. В цьому випадку питання забезпечення якісної енергетики тісно переплітаються з питаннями якісного управління, що особливо актуально для вентильних систем високої точності.

Показники якості процесів енергоперетворення оцінюються за допомогою коефіцієнтів, основні з яких перераховані нижче.

Коефіцієнт зсуву характеризує фазовий зсув між векторами активної і повної потужності на вході перетворювача:.

Коефіцієнт спотворення дозволяє врахувати, що у вхідному струмі перетворювача присутній нескінченний спектр вищих гармонік, які пульсують між мережею і перетворювачем, спотворюючи в мережі електромагнітну енергію. Ступінь цього спотворення оцінюється коефіцієнтом , який важко піддається розрахунку. Тут P, Q, T - активна, реактивна потужності і потужність викривлення.

Коефіцієнт несіметрії характеризує погіршення якості електромагнітної енергії, викликане існуючої несіметрією фаз живлячої напруги: .

Спільним для перерахованих коефіцієнтів є те, що вони характеризують погіршення якості електроенергії через фазового зсуву струму, викликаного наявністю реактивного навантаження, фазовою несиметрії, відхиленням форми вхідного струму від синусоїдальної. Вплив факторів, що погіршують якість електроенергії, можна врахувати узагальнено допомогою коефіцієнта потужності: . Наведена система оцінки якості електроенергії широко застосовується, хоча і має ряд недоліків. Один з них - можливість отримання рівнозначних значень коефіцієнта потужності при різних значеннях , , . Іноді цей недолік може призводити до суперечностей при оцінці ефективності процесів перетворення електроенергії. У деяких випадках, наприклад в системах живлення обчислювальних комплексів і установок точної технології, необхідно стежити за відхиленнями змінної напруги від синусоїдальної форми.

В основі критерію якості напруги мережі лежить оцінка ступеня її відхилення від синусоїдальної форми.

Крім цього можна вказати порядок «К» і діюче значення Uк вищих гармонійних, а також відносне відхилення миттєвого напруги мережі від миттєвого значення амплітуди основної гармоніки.

.

Частотний коефіцієнт змісту гармонік, , де U – діюче значення реальної кривої напруги мережі, і результуючий повний коефіцієнт вмісту гармонік – характеризують спектральний склад напруги живлячої мережі.

Проблема забезпечення стандартних значень параметрів струмів, напруг в будь-якому вузлі електричної мережі розглядається як проблема електромагнітної сумісності електрообладнання. Цим підкреслюється вплив електрообладнання один на одного і на живильну мережу. Термін «якість електроенергії» підкреслює ставлення до електроенергії як до товару.

У системах перетворювальної техніки негативний вплив на мережу надає власне перетворювач, який виконує роль своєрідного генератора високочастотних гармонік струму в електромережі.

Оскільки живляча мережа за своїми характеристиками близька до джерела ЕРС і має, порівняно, постійну форму і амплітуду напруги, то регулюванням величини і форми споживаного від мережі струму можна регулювати і відбирається від мережі потужність. Природно, що, процес регулювання форми споживаного струму можливий в замкнутій системі стежить обмеженої потужності і зводиться до забезпечення його синусоїдальної форми. Пристрої, які виконують цю функцію, носять назву коректорів коефіцієнта потужності (ККП).

3ККМ

Оскільки живляча мережа за своїми характеристиками близька до джерела ЕРС і має, порівняно, постійну форму і амплітуду напруги, то регулюванням величини і форми споживаного від мережі струму можна регулювати і відбирається від мережі потужність. Природно, що, процес регулювання форми споживаного струму можливий в замкнутій системі стежить обмеженої потужності і зводиться до забезпечення його синусоїдальної форми. Пристрої, які виконують цю функцію, носять назву коректорів коефіцієнта потужності (ККП).

Схемна реалізація ККП показана на рис.1.6. Він побудований за схемою стабілізатора постійної напруги на основі широтно-імпульсного перетворювача з паралельним ключем К2 і накопичувальним дроселем L. Його роботу пояснюють часові діаграми (рис.1.7).

Вхідна напруга мережі U1 подається на вхід випрямляча D1 і далі на ключ К2. Система управління ключем К2 побудована за принципом стеження. Як еталон стеження за формою споживаного струму використовується напруга з виходу прецизійного випрямляча U2. Ця напруга надходить на один з входів аналогового перемножувача. На його другий вхід подається різниця напруг(Uзав – Uн).В результаті, на виході аналогового перемножувача формується опорний сигнал U4, за формою повторює випрямлена мережеве напруга і по амплітуді - пропорційний величині помилки регулювання. Цей сигнал надходить на прямий вхід компаратора напруги з гістерезисом. На його інвертується вхід подається сигнал з перетворювача струм/напруга, яка пропорційна модулю миттєвого значення вхідного струму.

Рис. 1.7

Припустимо, в момент t=t0 миттєве значення напруги U6 задовольняє нерівність: U₆<U₄+δ,, де δ - ширина гістерезису компаратора, що свідчить про те, що величина струму I1 менше допустимої. В результаті відкривається ключ К2, напруга на аноді вентиля Д2 стає зворотна він закривається. Через дросель L протікає струм I1 зі швидкістю.

, де U (t) миттєве значення напруги мережі. Оскільки індуктивність дроселя L невелика (близько 30 мГн), а напруга мережі велика, то швидкість наростання струму може досягати кілька КА/сек. У момент часу t = t1 виконується нерівність, U₆>U₄+δ що приводить до замикання ключа К2.

В індуктивності L наводиться проти-ЕРС величиною Е і до анода вентиля Д2 прикладається позитивна напруга, яка дорівнює сумі напруги мережі та протидії ЕРС Е. Ця напруга перевищує напругу на конденсаторі С і діод Д2 відкривається. Електромагнітна енергія, що запасена в дроселі L передається в конденсатор С і навантаження R. При цьому величина проти Е.Р.С зменшується, струм 1 знижує і в момент часу t = t2 знову виконується нерівність і ключ К2 відкривається, діод Д2 закривається, відбувається повторне запасання енергії в дроселі L і т.д. В результаті струм I1 повторює за формою еталону напругу U4 з точністю ± 1. Струм на вході вентильного мосту Д1 (споживаної від мережі) Iвх буде повторювати струм I1 в моменти часу, коли виконуються наведені вище вирази. Застосування коректорів коефіцієнта потужності рекомендується в усіх джерелах живлення, потужність яких перевищує 50 Вт. При цьому досягається високе значення коефіцієнта потужності (до 0,99) і добра електромагнітна сумісність з мережею живлення.

Для згладжування вищих гармонійних складових, які при використанні ККП мають незначні амплітуди, на вхід джерел живлення рекомендується вмикати фільтри високочастотних завад.

4 Масогабаритні показаники

Підвищення питомих характеристик систем електроживлення досягається, в основному, за рахунок збільшення частоти перемикання, підвищення рівня інтеграції схем, поліпшення тепловідводу та застосування мережевих (безтрансформаторних) випрямлячів.

Збільшення частоти перемикання дозволяє знизити габарити трансформаторів і фільтрів. Перехід з частоти сотень кГц на частоту мегагерцового діапазону на зменшення габаритів джерела живлення впливає мало, однак, при цьому виникають інші переваги - можливість використання паразитних елементів схеми (індуктивності розсіювання трансформатора, проміжелектродні ємності силових напівпровідникових приладів) як згладжуючих фільтрів, тому що їх значення в цьому випадку відповідають вимогам якісної фільтрації. Якщо навчитися регулювати величини цих параметрів в процесі виробництва, то їх можна використовувати замість дискретних компонентів фільтрів.

Розміри тепловідводу визначаються величиною потужності, що розсіюється. При цьому необхідно знижувати тепловий опір між напівпровідниковим приладом і тепловіводом. Найзручніший варіант - розміщення напівпровідникового приладу безпосередньо на тепловідвід. У цьому випадку усувається потреба в проміжних шарах, за винятком шару припою. Однак, різниця в коефіцієнтах розширення і необхідність ізоляції виключає таке рішення. Зниження обсягу джерела живлення досягається і в результаті відмови від силового трансформатора на вході випрямляча. Такий випрямляч називається мережевим, він працює на ємнісне навантаження.

Якість перетворювачів по габаритними показниками оцінюється кількістю потужності (Вт) на одиницю об'єму-питома характеристика. Сучасні джерела живлення цей показник мають в межах .