Файл: Electron_SE.pdf

366

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

ìîæå ïðèçâåñòè äî çáî¿â ó ðîáîò³ ³íøèõ ñïîæèâà÷³â, ï³ä³ìêíåíèõ äî ö³º¿

ìåðåæ³.

ϑ

u

i

i

e

∼

L

äæ

R

äæ

u

C

ô

R

í

ϑ

Ðèñ. 12.1- ²ëþñòðàö³ÿ âïëèâó âåíòèëüíîãî ïåðåòâîðþâà÷à íà ìåðåæó æèâëåííÿ

Äëÿ îö³íêè ñòóïåíþ òàêîãî âïëèâó âåíòèëüí³ ïåðåòâîðþâà÷³ ïðèéíÿ-

òî õàðàêòåðèçóâàòè ÿê íåë³í³éíå íàâàíòàæåííÿ çà äîïîìîãîþ âõ³äíîãî

êîåô³ö³ºíòà ïîòóæíîñò³ Ê

ïîò

. Öåé êîåô³ö³ºíò äîð³âíþº â³äíîøåííþ

àêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³, ùî º ñóìîþ âòðàò ³ àêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³, ùî âèä³-

ëÿºòüñÿ ó íàâàíòàæåíí³, äî ïîâíî¿ ïîòóæíîñò³ íà âõîä³.

Òîáòî 

.

S

P

K

ïîò

=

(12.2)

Àêòèâíà ïîòóæí³ñòü âèçíà÷àºòüñÿ ÿê ñóìà ñåðåäí³õ ïîòóæíîñòåé

îêðåìèõ ãàðìîí³ê

,

cos

∑

∞

=

ϕ

=

o

v

v

v

v

I

U

P

(12.3)

äå U

v

, ²

v

, ö

v

 – ä³þ÷³ çíà÷åííÿ íàïðóãè, ñòðóìó ³ ôàçîâèé êóò ãàðìîí³êè v-ãî

ïîðÿäêó. Íóëüîâà ãàðìîí³êà º ïîñò³éíîþ ñêëàäîâîþ.

367

12. ÂÏËÈ ÂÅÍÒÈËÜÍÈÕ ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ÍÀ ÌÅÐÅÆÓ. ÅËÅÊÒÐÎÌÀÃͲÒÍÀ ÑÓ̲ÑͲÑÒÜ

Îñê³ëüêè ê.ê.ä. ïåðåòâîðþâà÷³â äîñèòü áëèçüêèé äî îäèíèö³, òî ìîæíà

ââàæàòè, ùî àêòèâíà ïîòóæí³ñòü Ð õàðàêòåðèçóºòüñÿ ò³ëüêè ïîòóæí³ñ-

òþ, ùî âèä³ëÿºòüñÿ ó íàâàíòàæåíí³.

Ïîâíó ïîòóæí³ñòü çíàõîäÿòü ÿê äîáóòîê ä³þ÷èõ çíà÷åíü íàïðóãè òà

ñòðóìó

.

0

0

2

2

∑ ∑

∞

=

∞

=

=

=

v

v

v

v

I

U

UI

S

(12.4)

Çíà÷åííÿ êîåô³ö³ºíòà ïîòóæíîñò³ íà âõîä³ âåíòèëüíîãî ïåðåòâîðþ-

âà÷à ìîæå áóòè çíàéäåíå ÿê

.

cos

0

0

2

2

0

∑

∑

∞

=

∞

=

∞

=

∑

ϕ

=

v

v

v

v

v

v

v

v

ïîò

I

U

I

U

K

(12.5)

×àñòî âèêîðèñòîâóþòü ôîðìó çàïèñó K

ïîò

, îñíîâàíó íà ïðåäñòàâëåíí³

ïîâíî¿ ïîòóæíîñò³ ó âèãëÿä³ îêðåìèõ ñêëàäîâèõ: àêòèâíî¿, ðåàêòèâ-

íî¿ ³ ïîòóæíîñò³ ñïîòâîðåííÿ. Òîä³ âèðàç (12.2) áóäå ìàòè âèãëÿä

2

2

2

T

Q

P

P

K

ïîò

+

+

=

(12.6)

äå Q, Ò – ðåàêòèâíà ïîòóæí³ñòü òà ïîòóæí³ñòü ñïîòâîðåííÿ â³äïîâ³äíî.

,

sin

1

∑

∞

=

ϕ

=

v

v

v

v

I

U

Q

(12.7)

(

)

.

cos

2

1

1

2

2

2

2

∑

∞

µ

≠

ν

=

µ

=

µ

µ

µ

µ

µ

ϕ

−

ϕ

−

+

=

v

v

v

v

v

v

I

U

I

U

I

U

I

U

T

(12.7)

Íåîáõ³äíî çàçíà÷èòè, ùî äëÿ ÷èñòî àêòèâíîãî íàâàíòàæåííÿ Ò = 0,

òîáòî 

.

2

2

Q

P

S

+

=

Ç âèðàçó (12.6) âèïëèâàº, ùî ó âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â, íàâ³òü

ïðè ¿õí³é ðîáîò³ íà àêòèâíå íàâàíòàæåííÿ, ÷åðåç ñïîòâîðåííÿ ôîðìè

ñïîæèâàíîãî ñòðóìó ó ðåçóëüòàò³ ðåãóëþâàííÿ âèõ³äíîãî ïàðàìåòðó

ïåðåòâîðþâà÷à (íàïðèêëàä, íàïðóãè íà âèõîä³ ðåãóëüîâàíîãî åëåêòðîí-

íîãî êëþ÷ࠖ äèâ. ðîçä³ë 10) ìàºìî Ê

ïîò

 < 1. Ïðè÷îìó, çàçâè÷àé, ÷èì

368

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

øèðøèé ä³àïàçîí çì³í êóòà êåðóâàííÿ ïåðåòâîðþâà÷à, òèì íèæ÷å çíà-

÷åííÿ Ê

ïîò

, à, îòæå, ³ á³ëüø ³ñòîòíèé íåãàòèâíèé âïëèâ ïåðåòâîðþâà÷à

íà ñèñòåìó åëåêòðîïîñòà÷àííÿ.

Òàêèì ÷èíîì, âåíòèëüíèé ïåðåòâîðþâà÷, ÿê ³ áóäü-ÿêå íåë³í³éíå íà-

âàíòàæåííÿ, º äæåðåëîì íåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³, ùî âêëþ÷ຠâ ñåáå

ðåàêòèâíó ïîòóæí³ñòü ³ ïîòóæí³ñòü ñïîòâîðåííÿ. Ïðèðîäíî, ùî, ÷èì

íèæ÷èì º çíà÷åííÿ Ê

ïîò

, òèì ÷àñòêà íåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ ó çàãàëüíî-

ìó ïîòîö³ åëåêòðîåíåð㳿 á³ëüøà.

³äîìî, ùî íåàêòèâíà ïîòóæí³ñòü ïîâ’ÿçàíà ç ïåð³îäè÷íèì îáì³íîì

åëåêòðîåíåð㳺þ ì³æ äæåðåëîì òà ñïîæèâà÷åì, ³ íå âèêîíóº êîðèñíî¿

ðîáîòè. Ó ðåçóëüòàò³ âèíèêຠäîäàòêîâå íàâàíòàæåííÿ ñèñòåìè åëåêò-

ðîæèâëåííÿ ³ äîäàòêîâ³ âòðàòè â ¿¿ ïåðåäàòíèõ êîìïîíåíòàõ.

Êð³ì òîãî, ïîòóæí³ñòü ñïîòâîðåííÿ âèêëèêຠäîäàòêîâ³ âòðàòè ÷åðåç

ñïåöèô³êó ïåðåäà÷³ åíåð㳿 íà ï³äâèùåíèõ ÷àñòîòàõ. Îñîáëèâî öå ïðî-

ÿâëÿºòüñÿ, ÿêùî ïîòóæí³ñòü âåíòèëüíîãî ïåðåòâîðþâà÷à  ñóì³ðíà ³ç

ïîòóæí³ñòþ ìåðåæ³ æèâëåííÿ (äèâ. ðèñ. 12.1).

Ó çâ’ÿçêó ç âêàçàíèì, íà ïðàêòèö³ çíà÷åííÿ íåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³

ïðàãíóòü ì³í³ì³çóâàòè. Âèð³øåííÿ ö³º¿ çàäà÷³ ïðèâåðòຠâåëèêó óâàãó

ÿê ôàõ³âö³â ó ãàëóç³ åëåêòðîåíåðãåòèêè é åëåêòðîòåõí³êè, òàê ³ ðîçðîá-

íèê³â ïåðåòâîðþâàëüíèõ ïðèñòðî¿â ³ âèìàãຠ¿õíüî¿ ñï³ëüíî¿ ðîáîòè.

Àíàë³çóþ÷è äîñâ³ä ðîçðîáêè é åêñïëóàòàö³¿ âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþ-

âà÷³â ó íàø³é êðà¿í³ ³ ó ðîçâèíåíèõ êðà¿íàõ, äå âèñóâàþòüñÿ îñîáëèâî

âèñîê³ âèìîãè äî ÿêîñò³ åëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿, ìîæíà âèä³ëèòè äâà îñíîâ-

íèõ íàïðÿìêè ðîçâ’ÿçàííÿ ö³º¿ äîñèòü ñêëàäíî¿ çàäà÷³:

1) ñòâîðåííÿ âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â ç Ê

ïîò 

áëèçüêèì äî îäèíèö³;

2) êîìïåíñàö³ÿ íåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³, ñòâîðþâàíî¿ âåíòèëüíèìè

ïåðåòâîðþâà÷àìè,  çà  äîïîìîãîþ  äîäàòêîâèõ  äæåðåë  ðåàêòèâíî¿

ïîòóæíîñò³,  ùî  âìèêàþòüñÿ  íà  ¿õíüîìó  âõîä³  (íåêåðîâàíèõ  –  ïà-

ñèâí³ LC-ô³ëüòðè, ó ò.÷. ³ ðåçîíàíñí³; êåðîâàíèõ – àêòèâí³ ô³ëüòðè,

âèêîíàí³ íà îñíîâ³ ïîâí³ñòþ êåðîâàíèõ ñèëîâèõ íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ ïðè-

ëàä³â, àáî êîìá³íîâàí³ ô³ëüòðè, ùî ÿâëÿþòü ñîáîþ ñïîëó÷åííÿ ìàëîïî-

òóæíîãî àêòèâíîãî ô³ëüòðà ³ ïîòóæíîãî ïàñèâíîãî LC-ô³ëüòðà).

Íà äàíèé ÷àñ ðîçðîáíèêàìè âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â çàïðîïîíî-

âàíî äîñòàòíþ ê³ëüê³ñòü òåõí³÷íèõ ð³øåíü ³ îðãàí³çàö³éíèõ çàõîä³â, ùî

äîçâîëÿþòü ³ñòîòíî ï³äâèùèòè çíà÷åííÿ Ê

ïîò

 (òîáòî ïîë³ïøèòè åëåêò-

ðîìàãí³òíó ñóì³ñí³ñòü). ßê ïðèêëàä, ïåðåë³÷èìî íàéá³ëüø õàðàêòåðí³

369

12. ÂÏËÈ ÂÅÍÒÈËÜÍÈÕ ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ÍÀ ÌÅÐÅÆÓ. ÅËÅÊÒÐÎÌÀÃͲÒÍÀ ÑÓ̲ÑͲÑÒÜ

³ç íèõ, ùî çàðàç øèðîêî çàñòîñîâóþòüñÿ ïðè ñòâîðåíí³ íàéá³ëüø ìàñîâèõ

ïåðåòâîðþâàëüíèõ ïðèñòðî¿â – âèïðÿìëÿ÷³â:

l

âìèêàííÿ ïàðàëåëüíî äî íàâàíòàæåííÿ íóëüîâîãî ä³îäà (äèâ ïï. 9.10.3);

l

ïîáóäîâà ïåðåòâîðþâà÷à çà íåñèìåòðè÷íîþ ñõåìîþ ç âèêîðèñòàí-

íÿì ïðè öüîìó ïîñë³äîâíî óâ³ìêíåíèõ ðåãóëüîâàíèõ ³ íåðåãóëüîâàíèõ ìîñ-

òîâèõ âèïðÿìëÿ÷³â, ùî ÷åðåäóþòüñÿ îäèí ç îäíèì;

l

çàñòîñóâàííÿ áàãàòîôàçíèõ ñõåì âèïðÿìëåííÿ (øåñòèïóëüñíèõ òà

äâàíàäöÿòèïóëüñíèõ);

l

çàñòîñóâàííÿ ñõåì ç ïðèìóñîâîþ êîìóòàö³ºþ òèðèñòîð³â àáî âè-

êîíàíèõ íà ïîâí³ñòþ êåðîâàíèõ ïðèëàäàõ.

Îñîáëèâî âåëèê³ ìîæëèâîñò³ â³äêðèëèñÿ ïåðåä ðîçðîáíèêàìè ïåðå-

òâîðþâàëüíèõ ïðèñòðî¿â ç ïîÿâîþ ñèëîâèõ ÁҲǠ(IGBT-òðàíçèñòîð³â),

ðîçðàõîâàíèõ íà ðîáîòó ïðè ñòðóìàõ ïîíàä 1000 À òà íàïðóç³ äî 2000 Â

³ ÿê³ ìîæóòü êîìóòóâàòè â³äïîâ³äí³ äîñèòü âåëèê³ ïîòîêè åíåð㳿 ç ÷àñ-

òîòîþ äî 100 êÃö. Âèêîðèñòàííÿ öèõ ïðèëàä³â ÿê øâèäêîä³þ÷èõ ïîâ-

í³ñòþ êåðîâàíèõ êëþ÷³â ó Ø²Ì-ðåãóëÿòîðàõ ç âèñîêîþ íåñó÷îþ ÷àñ-

òîòîþ  äîçâîëèëî  ôîðìóâàòè  ñïîæèâàí³  ïåðåòâîðþâà÷åì  ñòðóìè,  ç

ôîðìîþ áëèçüêîþ äî ñèíóñî¿äíî¿ çà íèçüêèõ ìàñîãàáàðèòíèõ ïîêàç-

íèê³â çãëàäæóþ÷èõ ô³ëüòð³â.

Ïåðñïåêòèâí³ñòü çàñòîñóâàííÿ òàêèõ ïåðåòâîðþâà÷³â ï³äòâåðäæóºòü-

ñÿ òèì, ùî ó îñòàíí³ ðîêè äàíèé íàïðÿìîê ä³ñòàâ ³íòåíñèâíèé ðîçâèòîê

ó òàêèõ âåäó÷èõ çàõ³äíèõ ô³ðìàõ, ÿê «Siemens» (ͳìå÷÷èíà), «Toshiba»

(ßïîí³ÿ),  «Rocuel»,  «General  Electric»,  «Ñomputer  Production»,

«Westinghause» (ÑØÀ) òà ³í.

Ó çâ’ÿçêó ç òèì, ùî ïîðóøåí³ ïèòàííÿ äîñèòü äåòàëüíî ðîçãëÿäà-

þòüñÿ ó ñïåö³àëüí³é ë³òåðàòóð³, ïðèçíà÷åí³é äëÿ ï³äãîòîâêè ôàõ³âö³â ó

ãàëóç³ ïåðåòâîðþâàëüíî¿ òåõí³êè ³ ñèëîâî¿ åëåêòðîí³êè, ìè ó íàøîìó

ï³äðó÷íèêó îáìåæèìîñÿ, ÿê ïðèêëàäîì, ëèøå íàâåäåíîþ âèùå çàãàëü-

íîþ õàðàêòåðèñòèêîþ ïåðøîãî øëÿõó ïîë³ïøåííÿ åëåêòðîìàãí³òíî¿

ñóì³ñíîñò³ âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â.

Íåîáõ³äíî ìàòè íà óâàç³, ùî ïðè ðîçðîáö³ íîâèõ åëåêòðîòåõí³÷íèõ

âèðîá³â çàâæäè ïîðÿä ³ç íåîáõ³äí³ñòþ ïîë³ïøåííÿ ¿õí³õ òåõí³÷íèõ ïî-

êàçíèê³â âðàõîâóþòü òàêîæ âàðò³ñí³ ïîêàçíèêè, ùî çóìîâëþþòü ö³íó

ïîë³ïøåíü. Öå çà ï³äñóìêîì âèçíà÷ຠåêîíîì³÷íó äîö³ëüí³ñòü ïðèéíÿòòÿ

÷è íå ïðèéíÿòòÿ òîãî ÷è ³íøîãî òåõí³÷íîãî ð³øåííÿ. ßê ðåçóëüòàò, ïîðÿä

³ç ðîçðîáêîþ äîñêîíàëèõ âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â ç Ê

ïîò

 áëèçüêèì äî

370

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

îäèíèö³, ³ íàäàë³ îáîâ’ÿçêîâî áóäóòü âèïóñêàòèñü é ðîçðîáëþâàòèñÿ íîâ³

ïåðåòâîðþâà÷³ ç Ê

ïîò 

< 1, àëå á³ëüø äåøåâ³, ïðîñò³ ³ íàä³éí³. Òîìó â åêñïëóà-

òàö³¿, ÿê ñüîãîäí³, òàê ³ ó ïðîãíîçîâàíîìó ìàéáóòíüîìó áóäå çíàõîäèòèñü

âåëèêà ê³ëüê³ñòü ïåðåòâîðþâà÷³â ç äîñèòü íèçüêèì Ê

ïîò

, ùî ¿õíþ åëåêòðî-

ìàãí³òíó ñóì³ñí³ñòü íåîáõ³äíî áóäå çàáåçïå÷óâàòè çà äîïîìîãîþ ðåàê-

òèâíèõ äæåðåë åíåð㳿, ÿê íåêåðîâàíèõ, òàê ³ êåðîâàíèõ. Òîáòî – éòè ïî

äðóãîìó ³ç âêàçàíèõ âèùå íàïðÿìê³â ï³äâèùåííÿ Ê

ïîò

. Öåé øëÿõ º á³ëüø

óí³âåðñàëüíèì, áî çàáåçïå÷óº åëåêòðîìàãí³òíó ñóì³ñí³ñòü íå ò³ëüêè âåí-

òèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â, àëå ³ áóäü-ÿêèõ ³íøèõ íåë³í³éíèõ íàâàíòàæåíü.

Åôåêòèâí³ñòü êîìïåíñàö³éíèõ äæåðåë ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ îñîá-

ëèâî çðîñëà ó çâ’ÿçêó ç³ ñòâîðåííÿì íà îñíîâ³ âèñîêî÷àñòîòíèõ ïîâí³ñòþ

êåðîâàíèõ ñèëîâèõ íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ ïðèëàä³â (íàïðèêëàä, ÁÒ²Ç) ïî-

òóæíèõ àêòèâíèõ ô³ëüòð³â.

Âàðòî äîäàòè, ùî äæåðåëà ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ íå ò³ëüêè ïîë³ïøó-

þòü åëåêòðîìàãí³òíó ñóì³ñí³ñòü íåë³í³éíèõ íàâàíòàæåíü, àëå ³ äîñèòü

ðàäèêàëüíî âèð³øóþòü ïðîáëåìó åíåðãîçáåðåæåííÿ, âèêëþ÷àþ÷è â

ìåðåæ³ ïåðåïîò³êàííÿ íåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³.

Âèõîäÿ÷è ç íàâåäåíîãî, íà íàøó äóìêó, çíàííÿ ñïåöèô³êè âèð³øåííÿ

ïîðóøåíèõ ïèòàíü äëÿ ôàõ³âö³â åëåêòðîòåõí³÷íîãî ïðîô³ëþ º íå ò³ëüêè

êîðèñíèì, àëå ³ íåîáõ³äíèìè. Òîìó ðîçãëÿíåìî äåòàëüí³øå âèêîðèñòàí-

íÿ êîìïåíñàö³éíèõ äæåðåë ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ äëÿ ïîë³ïøåííÿ Ê

ïîò

âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â.

12.3. Íåêåðîâàí³ äæåðåëà ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³

ϳäìèêàííÿ äæåðåë ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ äî âõîäó âåíòèëüíèõ ïå-

ðåòâîðþâà÷³â êîìïåíñóº íåàêòèâíó ñêëàäîâó ñïîæèâàíî¿ ïîòóæíîñò³ ³

ó òàêèé ñïîñ³á ï³äâèùóº ¿õí³é âõ³äíèé êîåô³ö³ºíò ïîòóæíîñò³. Äæåðåëà

ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ äîçâîëÿþòü ï³äâèùèòè êîåô³ö³ºíò ïîòóæíîñò³ áóäü-

ÿêèõ ê³ë. Îäíàê ¿õ âèêîðèñòàííÿ ðàçîì ç âåíòèëüíèìè ïåðåòâîðþâà÷àìè

ìຠñâî¿ îñîáëèâîñò³, çóìîâëåí³ íåë³í³éíèì õàðàêòåðîì âõ³äíîãî îïîðó

ïåðåòâîðþâà÷³â ³ íåñèíóñî¿äí³ñòþ ñòðóìó, ñïîæèâàíîãî ³ç ìåðåæ³.

Íåêåðîâàí³  äæåðåëà  ðåàêòèâíî¿  ïîòóæíîñò³  ìîæóòü  âèêîíóâà-

òèñÿ ó ð³çíèé ñïîñ³á. Íàéá³ëüøå ïîøèðåííÿ â ïåðåòâîðþâàëüí³é òåõí³ö³

ä³ñòàëè äæåðåëà ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³, ùî ÿâëÿþòü ñîáîþ ñèëîâ³

çãëàäæóþ÷³ ºìí³ñí³ ô³ëüòðè àáî ðåçîíàíñí³ LC-ô³ëüòðè.