Проектирование синхронной машины с постоянными магнитами, страница 12

Как было сказано выше основное применение стартер-генератора в автомобилестроении, обеспечение систем электроэнергией (различные системы контроля, стабилизации(SRS), акустическая система и т.д.). Данный вид нагрузки налагает свои особенности на работу синхронной машины. Особенности заключаются в том, что все эти системы питаются постоянным током. Для получения постоянного тока от машины переменного тока осуществляется путем подключения к его зажимам выпрямительного блока. Блок состоит из диодов, тиристоров или транзисторов. Как известно из ранее изученных курсов обучающего процесса существует несколько схем выпрямления переменного тока: мостовая и нулевая. Наибольшее распространение получила первая схема, т.к. у нее есть много преимуществ, такие как малые пульсации выпрямленного напряжения. Различают три процесса работы генератора на выпрямительную нагрузку: холостой ход, коммутационный процесс, режим нагрузки. Все эти процессы будут рассмотрены ниже. На рисунке 3.1 представлена схема СГПМ с двухполупериодным выпрямительным блоком на основе диодов.

Рисунок 3.1.- Схема СГПМ с двухполупериодным выпрямительным блоком.

  При работе генератора на выпрямительную нагрузку пульсации выпрямленного напряжения зависит от фаз генератора и нагрузки.

Обычно выпрямительный блок состоит из диодов. В мостовой схеме различают две группы: катодная и анодная. При мгновенной коммутации вентили переключаются в точках естественной коммутации (пересечение фазных ЭДС): один из катодной группы, у которого к аноду приложен наибольший положительный потенциал, и один из анодной группы, у которого к катоду приложен наименьший отрицательный потенциал. Таким образом, в схеме работают всегда два вентиля. Продолжительность работы каждого  вентиля составляет , а каждой фазы- . При холостом ходе генератора выпрямленное напряжение на участке :

 (1)

Из выражения (1) видно, что выпрямленное напряжение не остается постоянным. При  напряжение максимально:  , при - минимально: . И постоянная выпрямленного напряжения:

(2)

Относительная пульсация напряжения:

(3)

Для рассматриваемой схемы , , . На рисунке 3.2 представлены диаграммы ЭДС и напряжений при холостом ходе.

Рисунок 3.2.- Временные диаграммы ЭДС и напряжений при холостом ходе.

Коммутационный процесс:

При нагрузке из-за большой индуктивности генератора в ней накапливается электромагнитная энергия, которая заставляет ток на вентилях исчезать не сразу, а ток открывающего вентиля тоже плавно нарастает до установившегося значения. Длительность процесса изменения тока называется углом коммутации . В период коммутации коммутируемые фазы с соответствующими вентилями работают одновременно и включены параллельно (рисунок 3.3, а).

Рисунок 3.3.- Расчетные схемы для коммутационного (а) и межкоммутационного (б) процессов.

Поэтому напряжение  во время коммутации на их концах одинаковое. Если пренебречь падением напряжения на вентилях и активных сопротивлениях обмотки якоря:

(4)

Здесь под мгновенными ЭДС ,  понимают неискаженные ЭДС генератора (ЭДС за сопротивлением  со стороны выходных зажимов):

 .(5)

Сопротивление коммутации  соответствует ЭДС самоиндукции, наводимой магнитными потоками от быстро изменяющихся токов. Коммутационный процесс эквивалентен по физическому смыслу начальной стадии внезапного двухфазного короткого замыкания генератора. В оценочных расчетах можно принять , где - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря.

    Полагая, что индуктивность дросселя в звене постоянного тока велика и ток нагрузки сглажен до постоянного во времени, для режима непрерывного тока , можно записать  и получить из (4) дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными:

Интегрируя это уравнение и учитывая начальные условия , найдем токи и напряжения на коммутационном участке:

       (7)

Из уравнения (7) видно, что напряжение коммутируемых фаз в период коммутации изменяется во времени по косинусоиде, исходящих из точки пересечения фазных ЭДС (рисунок 3.4, а). Кривые изменения токов в фазах показаны на рисунке 3.4, б. Также из уравнения (7) нетрудно найти угол коммутации, если учесть, что при ,  :

               (8)