Энергетическая эффективность в электрических цепях с полупроводниковыми приборами
DOI:
https://doi.org/10.14529/power200208Ключевые слова:
энергетическая эффективность, преобразователь, напряжение, мощность, входное электрическое сопротивлениеАннотация
Рассмотрена теория энергетических процессов в электрических цепях с полупроводниковыми преобразователями, которые получили широкое применение на предприятиях в различных отраслях экономики. Выполненным анализом известных технических решений по повышению энергетической эффективности и электромагнитной совместимости преобразовательной техники определены задачи исследования. В основу методологии исследования энергетической эффективности в электрических цепях с полупроводниковыми приборами приняты закон сохранения энергии, спектральный анализ несинусоидального напряжения и тока. Для разработки новых энергетических характеристик полупроводниковых преобразователей в статье использованы направления научных работ основателей фундаментальной электротехники. Исследованием доказано влияние непроводящего состояния силовых полупроводниковых приборов преобразователей на продолжительность необратимого преобразования электрической энергии в иной вид энергии и обоснована целесообразность учета спектра гармонических составляющих несинусоидального напряжения и тока. Для снижения потребляемого из сети тока предложено регулировать мощность преобразователями за счет изменения величины и обеспечивать активный характер их входного электрического сопротивления. Методом математического моделирования показана возможность улучшения энергетических показателей электропривода за счет применения электрического полупроводникового вариатора вместо управляемого выпрямителя. Разработанные энергетические характеристики полупроводниковых регуляторов мощности позволяют определить перспективные направления совершенствования преобразовательной техники устранять методологические противоречия в образовательном процессе подготовки специалистов.
Библиографические ссылки
Poynting J.H. On the Transfer of Energy in the Electromagnetic Field. Philosactions of the Royal Society. London, 1884, vol. 175, pp. 343−361.
Demirchan K.S., Neyman L.R., Korovkin N.V. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki [Theoretical Bases of an Electrical Engineering]. St. Petersburg, Piter Publ., 2009, vol. 2. 431 p.
Afanas'ev B.P., Gol'din O.E., Klyatskin I.G. Teoriya lineynykh elektricheskikh tsepey [Linear Electrical Circuit Theory]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1973. 592 p.
Maevskii O.A. Energeticheskie kharakteristiki ventil'nykh preobrazovatelei [Energy Characteristics of Valve Converters]. Moscow, Energiya Publ., 1978. 320 р.
Akagi H., Watanabe E., Aredes M. Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning. The Power Engineering: Handbook. New York, Wiley, 2007. 379 p. DOI: 10.1002/0470118938
Burkov A.T. Elektronika i preobrazovatel'naya tekhnika [Electronics and Converter Technology]. Moscow, UMTs ZhDT Publ., vol. 2, 2015. 307 p.
Zinov'ev G.S. Osnovy silovoi elektroniki [Bases of a Power Electronics Engineering]. Novosibirsk, NSTU Publ., 2004. 672 p.
Khokhlov Yu.I., Safonov V.I., Lonzinger P.V. [External and Energy Characteristics of Twelve-Hase Compensated Vector-Controlled Rectifiers]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2014, vol. 4, no. 14, pp. 37–45 (in Russ.)
Osipov O.I., Mel'nikov V.V., Os'kin A.A., Kutsyy K.P. [Control of Thyristor Exciters of High-voltage Synchronous Motors]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Energetika, 2008, no. 26, iss. 10, pp. 56–60.
(in Russ.)
Francesco V., Luigi I. Dynamic and Control of Switched Electronic Systems. Advanced Perspectives for Modeling, Simulation and Control of Power Converters. Springer, 2012. 492 p.
Rozanov Yu.K., Ryabchitskii M.V., Kvasnyuk A.A. Silovaya elektronika [Power Electronics Engineering]. Moscow, Izdatel'skii dom MEI Publ., 2007. 632 p.
Dahidah M.S.A., Agelidis V.G Selective harmonic elimination PWM control for cascaded multilevel voltage source converters: a generalized formula. IEEE Transactions on Power Electronics, 2008, vol. 23, no. 4,
pp. 1620–1630. DOI: 10.1109/tpel.2008.925179
Usynin Yu.S. Sistemy upravleniya elektroprivodov [Control Systems of Electric Drives]. Chelyabinsk, South Ural State University, 2004. 328 p.
Voronin S.G., Kurnosov D.A. [Adjustment of Echanical Coordinates of the Valve Electric Drive of
the Vector Control Meta-house]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Energetika, 2015, no.3, iss. 15, pp. 52–58. (in Russ.)
Teigelkotter J, Sprenger D. Moshchnye preobrazovateli na IGBT-tranzistorakh dlya primeneniya na zheleznodorozhnom podvizhnom sostave [Powerful IGBT-transistor Converters for Railway Rolling Stock Applications]. Munich, Siemens AG, 2000.
Litovchenko V.V. [4gS-Quadrant converter of AC electric locomotives]. Izv. vuzov. Elektromekhanika [News of Higher Education Institutions of the Electrician], 2000, no. 3, pp. 64–73. (in Russ.)
Kulinich Yu.M., Shukharev S.A., Drogolov D.Yu. [Increase of AC Electric Locomotive Power Factor Due to Change of Converter Structure]. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika [Higher School Proceedings. Electrician], 2019, no. 2, pp. 47–52. (in Russ.)
Dudkin M.M. [Investigation of Noise Immunity of Phase-Shifting Devices for Control of Power Valve Converters]. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika [Higher School Proceedings. Electrician], 2008, no. 4, pp. 35–39. (in Russ.)
Rozanov Yu.K., Grinberg R.P. [Hybrid Filters to Reduce Non-Sinusoidality of Current and Voltage in Power Supply Systems]. Russian Electrical Engineering, 2006, no. 10, pp. 55–60. (in Russ.)
Alekseeva T.L. Ryabchenok N.L., Astrakhantseva N.M., Astrakhantsev L.A. [Effectiveness of an Electrical Power System]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2015, no. 3 (47), pp. 181−186. (in Russ.)
Ryabchenok N.L., Alekseeva T.L., Astrakhantsev L.A. [New Opportunities to Increase the Efficiency of the Educational Process in Educational Institutions of Higher Education]. Materialy III vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem “Sovremennye problemy professional'nogo obrazova-niya: opyt i puti resheniya” [Materials of III All-Russian Scientific and Practical Conferences with International Participation “Modern problems of vocational education: experience and solutions”]. Irkutsk, Irkutsk State University Publ., 2018, рр. 431–434. (in Russ.)
