Проектирование синхронной машины с постоянными магнитами, страница 13

Рисунок 3.4.- Временные диаграммы ЭДС (а) и токов (б) при нагрузке.

Из уравнения (8) видно, что длительность коммутационного процесса возрастает с увеличением коммутационного сопротивления обмотки якоря и тока нагрузки. При больших токах нагрузки возможна ситуация, когда два коммутирующих вентиля будут работать в момент входа в коммутацию третьего вентиля. Такому случаю соответствует критический угол коммутации . Из-за этого требуется выполнение сложных расчетов по работе и коммутации выпрямительных устройств и рассмотрении из как части единой системы генератор – выпрямитель – нагрузка.

Режим нагрузки:

 При  выпрямленное напряжение на участке  состоит из напряжения на участке (рисунок 6.4,а) и напряжения на участке (рисунок 3.4, б):

 (9)

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения под нагрузкой:

  (10)

Пульсации выпрямленного напряжения также зависят от угла коммутации:

 (11)

Для рассматриваемой схемы при  , а при . Таким образом, по мере увеличения нагрузки происходит все большее искажение кривых напряжений, а кривые фазных токов, наоборот, приближаются к синусоидальному изменению. Уменьшение выпрямленного напряжения при нагрузке можно оценить коэффициентом коммутации . Снижение выпрямленного напряжения происходит за счет индуктивного сопротивления коммутации. Постоянная составляющая падения выпрямленного напряжения с учетом, что коммутация возникает с периодичностью , и что при  ,

  (12)

Или используя (8) и (10) можно записать:

   (13)

Входящие в состав выражений амплитудное значение неискаженной ЭДС  зависит от угла коммутации и от тока нагрузки. Действующее значение может быть найдено из векторной диаграммы (рисунок 3.5), построенной для действующих значений первых гармонических напряжения и тока.

Рисунок 3.5.- Векторная диаграмма генератора, работающего на выпрямительную нагрузку.

Если принять напряжение фазы на коммутационном участке постоянным (), то ток нагрузки будет изменяться по линейному закону  (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6.- Выделение первых гармоник фазного напряжения (а) и тока (б).

Амплитуда первой гармоники фазного напряжения при этом:

      (14)

где

Амплитудное значение первой гармоники фазного тока:

   (15)

Первая гармоника фазного тока отстает от аналогичной гармоники фазного напряжения на угол:

,  (16)

 где .

Поскольку угол  заранее неизвестен, его приходиться определять методом последовательных приближений, полагая вначале в (8) . Уточненное значение угла  находиться после построения векторной диаграммы генератора.

    С учетом активного сопротивления обмотки якоря и падения напряжения на диоде  постоянная составляющая выпрямленного напряжения на нагрузке:

где среднее падение выпрямленного напряжения на активном сопротивлении фазы за период коммутации  при линейном изменении тока в зоне :

 (18)

Выражение (16) описывает внешнюю характеристику генератора. Основное падение напряжения происходит за счет коммутационных процессов и размагничивающего действия реакции якоря. И с увеличением нагрузки уменьшается коэффициент мощности генератора.

   Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что мощность генератора работающего на выпрямительную нагрузку отличается от мощности генератора переменного тока, работающего на активную нагрузку. Она прямо пропорционально зависит от коэффициента использования генератора. Так коэффициент использования для трехфазного генератора с двухполупериодным выпрямителем примерно равен единице, при условии идеальной коммутации (чего не бывает в реальной жизни). В реальности снижение мощности бывает очень заметным. Это вынуждает проектировщиков на этапе проектирования закладывать в генератор больше мощности, с учетом ее падения, что увеличивает размеры генератора и ухудшает его экономические показатели.  

4  Оценить потери, возникающие при данном режиме работы