Вращающимися векторами

с вращающимися выпрямителями................................................. 18

В данной работе авторы излагают принципы построения комбинированных систем автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов с самовозбуждением и саморегулированием. Рассматриваются комбинированные системы регулирования бесконтактных генераторов с вращающимися выпрямителями, с внутризамкнутым магнитопроводом, смешанного возбуждения. Особое внимание уделяется рассмотрению систем регулирования с использованием энергии высших гармоник поля в воздушном зазоре машины. Исследуются статические и динамические режимы работы бесконтактных синхронных генераторов с системами гармонического компаундирования, излагаются методы расчета параметров при нормальных, и аварийных режимах работы, рассмотрены вопросы практической реализации систем гармонического компаундирования. Изложенные принципы применимы для совершенствования разнообразных генераторов с саморегулированием при создании автономных источников электропитания.

Известные типы бесконтактных генераторов с электромагнитным возбуждением могут быть разделены на две основные группы: бесконтактные генераторы с вращающимися выпрямителями и генераторы с неподвижными обмотками возбуждения.

В настоящее время широкое распространение получили синхронные генераторы с вращающимися выпрямителями. Из всех известных конструкций бесконтактных генераторов они обладают минимальной массой (с системой непосредственного жидкостного охлаждения удельная масса генератора достигает 0,217 кг/кВА, с системой охлаждения продувом забортным воздухом - 1 кг/кВА), удовлетворяют требованиям работы на борту летательных аппаратов и являются основным источником питания систем электроснабжения переменного тока.

Бесконтактный синхронный генератор с вращающимися выпрямителями предложен в 1955 году профессором А.И.Бертиновым и представляет собой систему, состоящую из трех электрических машин, 1.2 [4].

Таблица 1.2 Параметры генераторов с вращающимися выпрямителями

К недостаткам бесконтактных генераторов с вращающимися выпрямителями можно отнести сложность машины и большую постоянную времени системы регулирования напряжения. Как отмечалось выше, бесконтактный генератор с вращающимися выпрямителями представляет систему, состоящую из трех синхронных машин. Это увеличивает длину машины даже в интегральном исполнении - размещение в одном корпусе и привода постоянной частоты, и бесконтактного генератора усложняет вопрос консольного крепления привода с генератором на авиадвигателе.

В результате переменная составляющая, равная х ~^min). имеет максимум, которому и соответствует максимум кривой характеристики холостого хода и короткого замыкания (см. 1.5,в ). Дальнейшее увеличение тока возбуждения приводит к снижению ЭДС генератора. Поэтому магнитная система в индукторных машинах должна быть слабо насыщена, что приводит к дополнительному увеличению массы генератора, которая на 40-60% выше, чем у генераторов с вращающимися выпрямителями.

В [17] рассматриваются вопросы создания комбинированных систем автоматического регулирования бесконтактных синхронных генераторов с вращающимися выпрямителями.

Бесконтактный генератор переменного тока с вращающимися выпрямителями выполняется с линейной характеристикой "вход-выход" возбудителя, поэтому все выходные характеристики бесконтактного генератора можно рассматривать, вводя :•- -осредствекно ток возбуждения возбудителя, а не генератора, как

Для определения степени компаундирующего действия системы гармонического компаундирования в бесконтактном генераторе с вращающимися выпрямителями необходимо знать зависимость тока возбуждения возбудителя от тока нагрузки основной обмотки генератора /до- =/(/) при различных коэффициентах мощности нагрузки и питании системы возбуждения возбудителя выпрямленным напряжением гармонической обмотки.

В цепях синусоидальных ЭДС ток и напряжение изменяются синусоидально, поэтому они могут быть представлены вращающимися векторами и законы Кирхгофа записаны в векторной форме.

А. Представление синусоидальных величин вращающимися векторами. Для представления синусоидально изменяющейся величины

4.5. Изображение синусоидальных э. д. с. вращающимися векторами при

При изображении синусоидальных э.д.с., напряжений и токов вращающимися векторами на декартовой плоскости из начала координат проводят векторы, равные амплитудным значениям синусоидальных величин, и вращают эти векторы против движения стрелки часов с угловой скоростью, равной угловой частоте ю. Фазовый угол при вращении отсчитывают от положительной оси абсцисс, как показано на 4.5 для t > 0. Проекции вращающихся векторов на ось ординат равны мгновенным значениям э.д.с. ег и ez-

Числитель формулы (5.4) в некотором относительном масштабе пропорционален текущей амплитуде напряжения, а знаменатель — текущей амплитуде тока. Таким образом, чтобы построить векторную диаграмму напряжения и тока в линии, нужно, отложив на плоскости горизонтальный вектор единичной длины (он соответствует амплитуде падающей волны), геометрически сложить его с двумя вращающимися векторами рг и —р;.

Следует дать все три формы записи комплексов, причем сначала необходимо оперировать вращающимися векторами (отмечаемыми звездочками), записываемыми с помощью множителя вращения е'ш*, ввести комплексные сопротивления и проводимости и лишь после сокращения в уравнениях Кирхгофа множителя вращения переходить к общепринятым расчетам. Необходимо обратить внимание на следующую эволюцию расчетных методов при переходе от цепей постоянного тока при отсутствии в них внутренних э.д.с. (например, термо-э.д.с.) к синусоидальному току:

А. Представление синусоидальных величин вращающимися векторами. Для представления синусоидально изменяющейся величины

водимость с их составляющими, называемые треугольниками сопротивления и проводимости. Следует обратить внимание на то, что точки над комплексными величинами Z и У не ставятся, чтобы отличать их от комплексных амплитуд напряжений и токов, которые изображаются вращающимися векторами и являются представлениями синусоидальных функций времени. 7.3 Введение комплексных сопротивлений и

щественной 0 и мнимой /со осями, имеющими размерность 1/с. Эту плоскость не следует смешивать с плоскостью комплексных амплитуд напряжений или токов, где они представляются вращающимися векторами. Обычно значения комплексной частоты на плоскости s изображаются точками или крестиками: двум сопряженным значениям s0 и s0 будут соответствовать две точки (крестика), расположенные симметрично относительно оси 0: либо в левой полуплоскости (00<0) —в случае затухающей по экспоненте синусоиды, либо в правой полуплоскости (00>0) — при нарастающей по экспоненте синусоиде. Оба эти случая изображены на 7.13, а, б, где слева показаны значения комплексной частоты на плоскости s, а справа— соответствующие им функции времени. В частном случае 00 = 0 и S0 = /coo, когда точки располагаются на мнимой оси, будем иметь незатухающую синусоидальную функцию ( 7.14, а). В другом крайнем случае со0 = 0 и s0 = 00, когда точки лежат на вещественной оси, колебаний не будет и получаем вещественную экспоненциальную

Синусоидальные функции времени могут быть представлены тригонометрической формой записи, линейными диаграммами изменения синусоидальной величины во времени, вращающимися векторами и комплексными числами.

где ?,„ — амплитуда э. д. с.; ф — • начальная фаза э. д. с. фазы А. При этом какая-либо определенная (по значению и знаку) э. д. с. имеет место вначале в фазе А, затем, спустя одну треть периода, — в фазе В и еще через треть периода — в фазе С (точки /, 2, 3 на 4-1, 6). Такая многофазная система э. д. с. называется симметричной трехфазной системой э. д. с. При данном направлении вращения ротора, когда порядок чередования э. д. с. в фазах совпадает с направлением вращения, эта система э. д. с. является симметричной системой прямой последовательности э. д. с. При изображении э. д. с. вращающимися векторами ( 4-1, в) они проходят относительно любой оси в «прямом» порядке: ЕА, ER, Ec.