Μελέτη αέργου ισχύος και μέθοδοι βελτίωσης συντελεστή ισχύος και βαθμού απόδοσης συστημάτων μετατροπής ενέργειας αποτελούμενα από ηλεκτρονικούς μετατροπείς εξαναγκασμένης μετάβασης

Abstract

This PhD dissertation deals with the reactive power and power losses reduction. It is well known that the use of a power electronic converter to control the output electrical and electromechanical variables is the best choice. In this case the power electronic converter causes influences on the power efficiency and on the power factor. If the converter’s switching frequency is low (e.g. 50 Hz) the power efficiency is high but the power factor is significant low. On the contrary by increasing the switching frequency of the semiconductor converter elements the power factor increases while the converter’s efficiency decreases. In this work a study of the switching frequency influence on the power factor and on the power efficiency is carried out. From the results we can determine a frequency by which both the efficiency and the power factor get optimal. This frequency depends on the converter’s input passive filter. For the investigation a controlled bidirectional AC DC converter is used which enables the achieve of high power factor. This work also deals with a switching technique to eliminate the phase angle between the grid’s voltage and the current basic harmonic. The idea is to remove this phase angle through the converter switching pulses. The effect of the proposed switching technique on the power factor and the power efficiency has been investigated for an AC DC converter as well as for an AC AC converter. Usually to control a load through a power electronic converter some high order harmonics with low frequency are generated (e.g. 150 Hz). It is well known that it is not easy to eliminate these high order harmonics. In the present work this is carried out through a current injection technique. The idea is to inject the required current harmonic through the converter switching pulses. In this thesis the studied issues were mainly realized through simulation (using the program Matlab/Simulink) as well as experimentally. For the experimental work the prototype converters and the electrical devices were designed and constructed in the laboratory.

Στην εργασία αυτή μελετάται εκτενώς η επίδραση της διακοπτικής συχνότητας επί του συνολικού συντελεστή ισχύος και επί του βαθμού απόδοσης. Προσδιορίζεται η διακοπτική συχνότητα για την οποία επιτυγχάνεται ο υψηλότερος δυνατός συντελεστής ισχύος και βαθμός απόδοσης. Αυτή η συχνότητα εξαρτάται άμεσα από το παθητικό φίλτρο ανωτέρων αρμονικών που συνήθως είναι τοποθετημένο στην είσοδο του ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος. Η διερεύνηση για την εύρεση της διακοπτικής συχνότητας για την οποία ο συντελεστής ισχύος και ο βαθμός απόδοσης αποκτούν τη μέγιστη δυνατή τιμή πραγματοποιείται για ένα μονοφασικό μετατροπέα εναλλασσόμενης τάσης σε συνεχή με διπλή κατεύθυνση ρεύματος.