Вентильний генератор із напівпровідниковим випрямлячем, що має нульовий вивід.

Розглянемо роботу ВГ, коли для випрямляння струму застосовують багатофазні ПВ з нульовим виводом на діодах або тиристорах (рис. 2.3). Хай ПВ, підключений до синхронного генератора, працює на активно-індуктивне навантаження, при якому випрямлений струм можна вважати згладженим і безперервним ( = const), що зазвичай забезпечується на практиці, а вентилі ПВ є керованими, тобто дозволяють здійснювати затримку їх включення відносно моменту подачі на них прямої напруги.

Вважатимемо, що активний опір якірної обмотки дорівнює нулю. Тоді на виході явнополюсного генератора діє напруга:

. (2.1)

Часові діаграми фазної напруги і струмів показано на рис. 2.4,а. За відсутності регулювання вентилі перемикаються в точках перетину кривих позитивних півхвиль фазної напруги. Включається той вентиль, у якого на аноді позитивний потенціал більший, ніж у інших вентилів, що знаходяться у відключеному стані. Наприклад, в точці а включається вентиль 1 (рис. 2.3) і відключається вентиль 3, оскільки після включення вентиля 1 до вентиля 3 прикладена зворотна напруга і відбувається його природна комутація. У точці б включається вентиль 2 і так далі.

Номери працюючих вентилів показано на відповідних ділянках синусоїд . Завдяки почерговому включенню вентилів, пропускаючих струм в певному напрямі, здійснюється випрямляння змінного струму ОЯ. У схемі з нульовим виводом внесок у випрямлену напругу дають тільки позитивні півхвилі кривої напруги, причому кожна фаза і відповідний вентиль працюють протягом 1/3 періоду.

 

 

 

 

Хай тепер ПВ працює в регульованому режимі, тобто вентилі включаються з деяким запізнюванням, яке визначається на часовій діаграмі кутом управління (рис. 2.4,а). Тоді для даного ідеального випадку середня випрямлена напруга рівна:

(2.2)

де — ефективнезначення фазної напруги обмотки якоря.

Таким чином, міняючи можна регулювати випрямлену напругу ВГ. При миттєвому перемиканні (комутації) вентилів струми в них мають ступінчастий характер і змикаються в точках перемикання.

Урахування процесу комутації

У реальних випадках індуктивний опір при перемиканні вентилів не дорівнює нулю. Тому час, за який струм у вентилі, що відключається, спадає від до 0, а у вентилі, що включається, наростає від 0 до , буде скінченним. На часовій діаграмі напруги цьому періоду, який називається періодом комутації. якщо нехтувати активними опорами обмоток і вентилів, маємо:

або

(2.3)

де L_K і — індуктивність і індуктивний опір обмотки фази під час комутації.

Опір комутації відповідає ЕРС самоіндукції, що наводиться в обмотках магнітними потоками, що швидко змінюються, під час комутації. Оскільки цей час малий, потоки, відповідні Х_K, замикаються приблизно по тих же шляхах, що і потоки при раптовому короткому замиканні генератора. Тому параметр X_K маєпорядок .Точніший аналіз показує, що процес комутації вентилів близький по своїй фізичній природі до початкової стадії раптового двухфазнoro короткого замикання генератора і тому

, (2.4)

.

Тому остаточно отримуємо:

.

Оскільки зазвичай не сильно відрізняється від , у грубішому наближенні буде:

Оскільки під час комутації = const, то

.

Тому згідно (2.3) буде:

. (2.5)

. (2.6)

(2.7)

Шляхом інтеграції (2.7), враховуючи, що при струм знайдемо:

. (2.8)

. (2.9)

З цього виразу можна визначити тривалість комутації . Легко бачити, що вона тим більше, чим більше комутаційний індуктивний опір обмотки якоря і струм навантаження . Для некерованого ПВ, коли , отримаємо:

.

Звідси можна зробити висновок, що із зростанням кут комутації зменшується.

Комутаційні процеси за формулами (2.8) і (2.9) розглядалися без урахування активного опору фази обмотки R_а. В більшості випадків це припустимо, оскільки роль комутаційної ЕРС при комутаційному струмі, що швидко змінюється, превалює над омічним падінням напруги в комутуючій фазі. Це зазвичай виконується для ВГ середньої і великої потужності з регульованими ПВ при = 0,1...0,4 радіан.