Спосіб визначення ккд перетворювальної системи

Реферат: UA 77433 U UA 77433 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області електротехніки, а саме до перетворювальної техніки, і може використовуватися при визначені енергетичних параметрів потужних джерел вторинного електроживлення, зокрема двоступінчатих перетворювальних систем, що містять AC-DC і DCAC перетворювачі таких, як агрегати безперебійного електроживлення та частотні перетворювачі для електроприводу. Відоме класичне визначення ККД перетворювачів [1, с. 27], згідно з яким цей параметр дорівнює відношенню корисній потужності Ро, що віддається в навантаження на виході, до активної потужності Рin, споживаної від джерела на вході перетворювача:   Po / in . (1) На фіг. 1 зображено схему вимірювання згідно з класичним визначенням ККД для двоступінчатої перетворювальної системи, що складається з послідовно з'єднаних AC-DC і DC. AC перетворювачів, які мають власні ККД, відповідно 1 і 2. Загальний ККД системи  = 1 2 находять способом вимірювання значень активної потужності на вході і виході системи з подальшим обчислюванням його значення по формулі (1). Недоліком відомого способу є низька точність визначення ККД тому, що похибки вимірювання потужностей на вході і виході підсумовуються. Згідно формулі (1) найбільша відносна похибка визначення ККД, яка викликана відносними похибками вимірювання потужностей складає:   Po  Pin . (2) Якщо умовно прийняти, що похибки вимірювання потужностей у формулі (2) мають однакові кількісні значення Po = Pin , то похибка визначення ККД у два рази перевищує похибки вимірювання потужностей. У зв'язку з цим, застосування відомого способу при потрібному на сьогодні значенні відносної похибки визначення ККД в 0,1 % викликає необхідність використання високоточних і дорогих засобів вимірювання потужності змінного струму з похибками, які не перевищують 0,05 %. Іншим недоліком є те, що для визначення ККД потрібно живлячу мережу змінного струму і навантаження, розраховані на повну потужність, а процес проведення вимірювання має низьку енергоефективність, оскільки повна потужність перетворювальної системи виділяється у навантаженні у вигляді марної теплової енергії. Відомо пристрій для випробування перетворювачів електроенергії [2], в основу якого покладено спосіб циклічної регенерації енергії в замкнутому контурі, що складається з послідовно з'єднаних джерела живлення, випробуваного перетворювача і перетворювача електроенергії. Від додаткового джерела живлення електроенергія подається на вхід джерела живлення, з якого виробляється живлення випробуваного перетворювача. При цьому перетворювач електроенергії служить навантаженням для випробуваного перетворювача. Від додаткового джерела живлення відбирається тільки та частина електроенергії, яка витрачається в перетворювачах і обумовлена їх ККД. Позитивним результатом використання принципу циклічної регенерації енергії в замкнутому контурі, є зниження потужності, що відбирається від джерела електроенергії і зниження тепловиділення. Однак, у відомому способі випробування перетворювачів відсутня можливість оцінки або визначення точного значення ККД випробуваного перетворювача з використанням значень потужності, що підводиться від додаткового джерела живлення і потужності, яка циркулює в контурі. Це обумовлено присутністю в замкнутому контурі разом з додатковим джерелом живлення ще джерела живлення і перетворювача електроенергії, які мають свої власні втрати потужності. Найбільш близьким за технічною суттю до нового технічного рішення, що пропонується, є метод випробувань перетворювальної системи [3], що містить AC-DC і DC-AC перетворювачі і пристосований для регенерації енергії та взаємного навантаження цих перетворювачів. На фіг. 2 зображено схему пристрою, що реалізує метод випробувань перетворювальної системи, який використовується як прототип. В ньому передбачено формування замкнутого контуру циркуляції енергії між AC-DC і DC-AC перетворювачами системи. В точку контуру, де з'єднуються перетворювачі по постійному струму від допоміжного джерела живлення підведено додаткову енергію, яка підсумовується до циркулюючої енергії і поповнює виникаючі в системі втрати. Відомий спосіб має потенційну можливість пристосування для приблизної оцінки значення ККД, що ілюструється приведеними на фіг. 2 кількісними значення циркулюючої потужності і тієї, що підводиться ззовні. Але точне визначення ККД системи неможливо тому, що спосіб не містить інформації про те, яким чином і за допомогою яких виміряних енергетичних параметрів можливо точне визначення ККД системи. 1 UA 77433 U 5 10 15 20 25 Задачею винаходу є підвищення точності визначення ККД перетворювальної системи, що містить AC-DC і DC-AC перетворювачі. Поставлена задача досягається тим, що в способі, який включає перетворювальну систему із AC-DC і DC-AC перетворювачів, формують замкнутий контур циркуляції енергії між перетворювачами. В точку контуру, де циркулює постійний струм, підводять додаткову енергію від допоміжного джерела живлення постійному струму. В спосіб введено нову сукупність дій, а саме: вимірюють значення постійного струму від допоміжного джерела живлення та значення постійного струму циркуляції в контурі перед точкою підведення додаткової енергії і обчислюють ККД по формулі: 1 , (3)  Iad.dc 1 Idc де Iad.dc - значення постійного току від допоміжного джерела живлення; Idc - значення постійного току циркуляції в контурі. На фіг. 3 зображена схема вимірювання відповідно до запропонованого способу визначення ККД. Схема включає випробувану перетворювальну систему 1 у складі AC-DC перетворювача 2 і DC-AC перетворювача 3 та допоміжне джерело живлення постійному струму 4. Перетворювачі 2, 3 з'єднані у замкнутий контур шляхом підключення виходу DC-AC перетворювача 3 до входу AC-DC перетворювача 2, вихід якого підключено до входу DC-AC перетворювача 3. Вихід допоміжного джерела живлення 4 підключено до точки 5 контуру, де з'єднані вихід AC-DC перетворювача 2 і вхід DC-AC перетворювача 3. Формулу (1) визначення ККД перетворювальної системи, що містить AC-DC і DC-AC перетворювачі можна представити в іншому вигляді: Po 1 , (4)   P Po  P 1 Po де Po - вихідна потужність змінного струму системи; P - втрати потужності в системі. Перетворимо формулу (4) до виразу через потужності постійного струму. Втрати потужності постійного струму Pdc в контурі (фіг. 3) дорівнюють різниці між потужністю на вході DC-AC перетворювача 3 і потужністю на виході AC-DC перетворювача 2:  1  Po , (5)  Po  1  Po     1   2  2  де 1 , 2 - ККД відповідно AC-DC і DC-AC перетворювачів 2, 3. Потужність енергії циркуляції постійного струму на виході AC-DC перетворювача 2 дорівнює: Pdc  Po  1 . (6) Pdc  30 Після підстановки виразу (6) в (5) з урахуванням того, що 1  2   , маємо: 1  1  2 1   . (7)  Pdc 1  2  З останнього виразу (7) знаходимо формулу для ККД, виражену через потужності постійного струму, яка аналогічна формулі (4): 1 . (8)  Pdc 1 Pdc Втрати потужності постійного струму Pdc поповнюються (компенсуються) в точці 5 контуру додатковою енергією від допоміжного джерела живлення 4 з еквівалентною потужністю Pad.dc  Pdc . Тому формулу (8) можна переписати: Pdc  Pdc  35 40 1 . (9) Pad.dc 1 Pdc Завдяки тому, що постійний струм Iad.dc від допоміжного джерела живлення 4 та постійний струм Idc циркуляції в контурі з'єднуються в одній точці 5 з єдиною напругою Udc , відношення  2 UA 77433 U потужностей в формулі (9) дорівнює відношенню струмів, тобто Pad.dc / Pdc  Iad.dc / Idc . Таким чином, формула визначення ККД перетворювальної систем 3 приймає вигляд формули (3). Покажемо, що застосування запропонованого способу визначення ККД дозволяє підвищити точність визначення. Залежність відносного значення похибки визначення ККД  від впливу 5 відносних похибок вимірювання струмів Iad.dc , Idc , яка випливає з формули (3) виразимо через частинні похідні [4, с.342] в вигляді виразу: I   Idc    ad.dc  Iad.dc    Idc . (10) Iad.dc  Idc  Частинні похідні виразу (3) по змінним Iad.dc , Idc мають вигляд:  10 Iad.dc ;    . 2 Iad.dc Idc  I   I  Idc  1  ad.dc  I2  1  ad.dc  dc   Idc  Idc      Після підстановки останніх до виразу (10) получимо функцію впливу:   1   Iad.dc  Idc . (11)   1 2  Як видно з функції впливу (11), при значеннях ККД близьких до одиниці різниця (1-)