Вентильный генератор с полупроводниковым выпрямителем, имеющем нулевой вывод.

Обычно бесконтактные вентильные генераторы (ВГ) выполняют с трехфазной якорной обмоткой, то есть на базе синхронных машин. Рассмотрим работу ВГ, когда для выпрямления тока применяют многофазные ПВ с нулевым выво­дом на диодах или тиристорах (рис. 2.3). Пусть ПВ, подключенный к синхронному генератору, работает на активно-индуктивную нагрузку, при которой выпрямленный ток можно считать сглаженным и непрерывным ( = const), что обычно обеспечивается на практике, а вентили ПВ являются уп­равляемыми, т. е. позволяют осуществлять задержку их включе­ния по сравнению с моментом подачи на них прямого напря­жения.

Будем считать, что актив­ное сопротивление якорной обмотки равно нулю. Тогда на выходе явнополюсного генератора действует напряжение:

. (2.1)

Временные диаграммы фазных напряжений и токов приведены на

Рис. 2.3

рис. 2.4,а. При отсутствии регу­лирования вентили переключаются в точках пересечения кривых положительных полуволн фазных напряжений. Включается тот вен­тиль, у которого на аноде положительный потенциал больше, чем у других вентилей, находящихся в отключенном состоянии. Напри­мер, в точке а включается вентиль 1 (рис. 2.3) и отключается вентиль 3, поскольку после включения вентиля 1к вентилю 3при­ложено обратное напряжение ,и происходит его естествен­ная коммутация. В точке б включается вентиль 2 и т. д.

 

 

а) б)

Рис. 2.4

Номера работающих вентилей показаны на соответствующих участках синусоид . Благодаря поочередному включению вентилей, пропускающих ток в определенном направлении, осуществляется выпрямление переменного тока ОЯ. В схеме с нулевым выводом вклад в выпрямленное напряжение дают только положительные полуволны кривых напряжений, причем каждая фаза и соответствующий вентиль работают в течение 1/3 периода.

Пусть теперь ПВ работает в регулируемом режиме, т. е. вен­тили включаются с некоторым запаздыванием, которое определя­ется на временной диаграмме углом управления (рис. 2.4,а). Тогда для рассматриваемого идеального случая среднее выпрям­ленное напряжение равно:

(2.2)

где — действующее значение фазного напряжения обмотки якоря.

Таким образом, меняя , можно регулировать выпрямленное напряжение ВГ. При мгновенном переключении (коммутации) вентилей токи в них имеют ступенчатый характер и смыкаются в точках переключения.

 

Учет процесса коммутации

В реальных случаях индуктивное сопротивление при переклю­чении вентилей не равно нулю. Поэтому время, за которое ток в отключаемом вентиле спадает от до 0, а во включаемом вен­тиле нарастает от 0 до , будет конечным. На временной диаг­рамме напряжений этому периоду, называемому периодом комму­тации, соответствует угол коммутации (рис. 2.4, б ). При одно­временной работе вентилей 1 и 2(рис. 2.3)ветви с обмотками фазА и Ввключены параллельно и напряжение на их кон­цах одинаковое. Поэтому, если пренебречь активными сопротивле­ниями обмоток и вентилей, имеем:

или

(2.3)

где L_K и — индуктивность и индуктивное сопротивление обмотки фазы во время коммутации.

Сопротивление коммутации соответствует ЭДС самоиндук­ции, наводимой в обмотках быстро изменяющимися магнитными потоками во время коммутации. Поскольку это время мало, пото­ки, соответствующие Х_К,замыкаются примерно по тем же путям, что и потоки при внезапном коротком замыкании генератора. Поэтому параметр Х_к имеет порядок .Более точный анализ показывает, что процесс коммутации вентилей близок по своей физической природе к начальной стадии внезапного двухфазнoro короткого замыкания генератора и поэтому

, (2.4)

где — индуктивное сопротивление обратного следования фаз, приближенно выражаемое в виде:

Поэтому окончательно получаем:

.

Поскольку обычно не сильно отличается от ,в более грубомприближении будет:

В оценочных расчетах часто принимают значение Х_к равным индуктивному сопротивлению рассеяния якорной обмотки .

Так как во время коммутации = const, то

.

Поэтому согласно (2.3) будет:

. (2.5)

Обозначим через . В общем случае:

. (2.6)

После подстановки (2.6) в формулу (2.5) получим:

(2.7)

Путем интегрирования (2.7), учитывая, что при ток , найдем:

. (2.8)

Поскольку при период коммутации завершается и , из равенства (2.8) имеем:

. (2.9)

Из этого выражения можно определить длительность коммутации . Легко видеть, что она тем больше, чем больше коммутационное индуктивное сопротивление обмотки якоря и ток нагрузки . Для неуправляемого ПВ, когда , получим:

.

Отсюда можно сделать вывод, что сростом угол коммутации уменьшается.

Уравнение (2.8) можно записать для номинального режима в безразмерном виде, если поделить обе его части на и ввести дей­ствующий фазный ток в виде , где - коэффициент преобразования тока.

. (2.10)

Здесь - от­носительное индуктивное коммутационное сопротивление.

На рис. 2.5 приведены кривые для = 0,8 и различных при типич­ных значениях = 0,1 (сплошные линии) и = 0,2(пунктирные ли­нии). Рост и снижение приводят к уменьшению — угла, при кото­ром достигает еди­ницы. При 10... 15° зависимости стано­вятся близкими к прямым линиям, а при =0° их кривизна

 

Рис. 2.5

существенна. На этом основании при инженерных расчетах часто аппроксимируют кривую в период коммутации параболой - для неуправляемых ПВ ( =0°) или линейной зависимостью - для управляемых ПВ .

Напряжение на коммутирующих вентилях и_т равно полусумме напряжений отключающейся и включающейся фазы. Действитель­но, согласно (2.3):

,

.

Складывая оба выражения и деля результат на 2 получим:

Таким образом, во время коммутации напряжение снижается по сравнению с напряжением включающейся фазы, которое действо­вало бы без коммутации.

Коммутация возникает с периодичностью , поэтому из-за коммутации среднее значение падения выпрямленного напряжения равно:

,

откуда с учетом условия при следует:

. (2.11)

Окончательно, с учетом (2.2) среднее значение выпрямленного напряжения равно: