 |
В синусоидальной сети с линейной нагрузкой
|
|
|
|
КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
МОСКОВСКОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА (ТУ)
__________________________________________________________________
Е.Е.ЧАПЛЫГИН, Н.Г.КАЛУГИН
пробел
пробел
пробе
л
пробел
пробел
пробел
пробел
ТЕОРИЯ МОЩНОСТИ
В СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ
пробел
пробел
Учебное пособие
для студентов, обучающихся по специальности
«Промышленная электроника»
пробел
пробел
пробел
пробел
пробел
пробел
пробел
пробел
пробел
пробел
пробел
пробел
Москва
2006 год
:
пробел
Аннотация
Содержит изложение электромагнитных процессов в линейных и нелинейных одно- и трехфазных цепях переменного тока, в том числе при работе сети на вентильные преобразователи электрической энергии, рассматриваются способы повышения коэффициента мощности, что позволяет использовать пособие при подготовке к практическим занятиям, выполнении курсовых и дипломных работ.
Предназначено для студентов специальности «Промышленная электроника».
пробел
Чаплыгин Евгений Евгеньевич
Калугин Николай Георгиевич
ТЕОРИЯ МОЩНОСТИ В СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ
Учебное пособие
©Кафедра Промышленной электроники Московского энергетического института
©Чаплыгин Е.Е., Калугин Н.Г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..…………………………..………………………………………….4
1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СИНУСОИДАЛЬНОЙ
СЕТИ С ЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ…... …..………………………...5
1.1. Работа сети на активную нагрузку……………………………5
1.2. Комплексная нагрузка. Реактивная мощность сдвига………….7
1.3. Источники и компенсаторы реактивной мощности…..………..10
1.4. Энергетические процессы в симметричных
трехфазных цепях………………………………………………….14
|
|
|
1.5. Энергетические процессы в несимметричных
трехфазных цепях…………………………………………………..15
1.6. Анализ энергетических процессов методом
симметричных составляющих……………………………………19
2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СИНУСОИДАЛЬНОЙ
СЕТИ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ…... ……………………….21
2.1. Нестационарные процессы в линейной нагрузке………………21
2.2. Коэффициент мощности неуправляемых выпрямителей…….. 23
2.3. Коэффициент мощности управляемых выпрямителей……….30
2.4. Способы компенсации мощности искажения…………………36
3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В НЕСИНУСОИДАЛЬНОЙ
СЕТИ ……………..………………….…………………………….....…41
3.1. Сеть ограниченной мощности………………………………………41
3.2. Составляющие полной мощности при питании
линейной нагрузки…………………………………………………..43
3.3. Составляющие полной мощности при питании
нелинейной нагрузки………………………………….……………..46
3.4. Работа трехфазной нагрузки от сети ограниченной
мощности….…………………………………………………………49
3.5. Нормативы на показатели качества
электрической энергии….………………………………………….50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….52
Контрольные вопросы и задачи………………………………………………53
Библиографический список…………………………………………………….56
ВВЕДЕНИЕ
ПРОБЕЛПРОПРНЕППРОБЕ
Устройства силовой электроники преобразуют до половины электрической энергии, потребляемой в развитых странах мира. Для большинства силовых преобразователей источником энергии является одно- или трехфазная сеть переменного тока, чаще всего электрическая сеть общего назначения.
При анализе, разработке и применении преобразовательных устройств необходимо принимать во внимание три аспекта:
· Устройство должно удовлетворять требованиям потребителя как по величине выходного напряжения (или тока), так и по его качественным показателям, среди которых важнейшим является гармонический состав напряжений и токов на выходе преобразователя;
|
|
|
· Устройство должно быть оптимизировано по стоимости, массогабаритным показателям, обладать максимальными коэффициентом полезного действия и надежностью;
· Преобразователь не должен оказывать негативного воздействия на источник энергии, т.е. на питающую сеть.
При изучении курса «Основы преобразовательной техники» рассмотрение первых двух аспектов не вызывает больших трудностей, хотя в дальнейшем специалистам по силовой электронике, как правило, необходимо более глубокое знакомство с характеристиками и особенностями работы потребителей преобразованной энергии. Рассмотрение же процессов в системе «питающая сеть переменного тока – преобразователь» должно основываться на фундаментальных знаниях в области Теории мощности, и здесь студенты испытывают значительные трудности, так как в курсе «Теоретические основы электротехники» этот раздел представлен очень кратко, и многие существенные для специалистов по силовой электронике проблемы не затрагиваются. Данное пособие призвано восполнить этот пробел.
Однако при этом возникает естественная трудность. Ключевой (вентильный) преобразователь для сети является существенно нелинейной нагрузкой, и для изучения процессов в системе «преобразователь – сеть» необходимо достаточно детальное знание особенностей функционирования преобразователя. В то же время и изучение преобразователя требует знания механизмов взаимодействия сети с нелинейной нагрузкой, которые рассматриваются в Теории мощности. Эта проблема в данном пособии решается следующим образом. Знакомство с преобразователями ограничено изучением идеализированных устройств, при этом вопросы, связанные с первыми двумя аспектами анализа преобразователей, почти не затрагиваются. Это позволяет выделить только те проблемы, которые непосредственно связаны со взаимодействием преобразователя с питающей сетью. Изучение материала, изложенного в пособии, не требует предварительного изучения принципов построения преобразовательных устройств, и может предварять изучение основных положений преобразовательной техники, являясь развернутым введением в курс «Основы преобразовательной техники". Такая методика принята в последние годы на кафедре Промышленной электроники МЭИ. В дальнейшем, при более детальном изучении преобразовательных устройств, целесообразно возвращаться к положениям, изложенным в данном пособии.
|
|
|
Основы Теории мощности начали разрабатываться еще в 30-е годы XX века, когда актуальность многих проблем еще не была очевидной. Большую роль в развитии Теории мощности сыграли основатель Московской школы электротехники К. А. Круг, а также И. Л. Каганов, О. А. Маевский и другие отечественные ученые, в том числе специалисты Московского энергетического института.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В СИНУСОИДАЛЬНОЙ СЕТИ С ЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ
1.1.Работа сети на активную нагрузку
Рассмотрим энергетические процессы в линейных цепях. Изображенный на рис.1.1,а двухполюсник потребляет электрическую энергию, если полярность напряжения u (t) и тока i (t) совпадают, и, напротив, является источником мощности, если полярности напряжения и тока противоположны. Произведение тока на напряжение p (t) = u (t) · i (t) называется мгновенноймощностью. Таким образом, если мгновенная мощность положительна, p (t) > 0, энергия потребляется двухполюсником, а при отрицательной мгновенной мощности, p (t) < 0, – отдается во внешнюю цепь.
Рассмотрим приложение синусоидального напряжения u = Um sin q к активной нагрузке R, где Um – амплитудное значение напряжения u (t); q = wt; w – круговая частота питающего напряжения. Схема представлена на рис. 1.1б. Ток через резистор
i (q) = 
где Im – амплитудное значение тока i (t).
Рис. 1.1
Временные диаграммы тока i, напряжения u и мгновенной мощности p представлены на рис. 1.2. Кривая мгновенной мощности определяется выражением
|
|
а) б)
Рис. 1.2
p (q) = u (q)× i (q) = Um sin q × Im sin q = UmIm sin2 q.
|
|
|
