При исследовании работы высокочастотной системы возбуждения оказалось, что к. з. в цепи статора главного генератора сопровождается кратковременным уменьшением выпрямленного напряжения иногда до нуля, хотя система регулирования стремится дать форсировку возбуждения. Причина этого явления заключается в том, что свободный ток ротора, появляющийся в момент к. з. и превышающий более чем в 2 раза номинальный ток, увеличивает падение напряжения в сопротивлении коммутации и переводит выпрямитель в III режим.
Поэтому вместо форсировки получается развозбуждение. Затем после увеличения напряжения вспомогательного генератора до определенного значения выпрямитель переходит во II режим и начинается форсировка возбуждения.
Рис. 53. Кривые токов и напряжений неуправляемой мостовой схемы выпрямления во втором режиме.
а —диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с.; б— токи в вентилях; в —кривая выпрямленного напряжения; г— кривая фазного напряжения фазы С; 1 — начало режима ат=0, γ = 60о; 2 — конец режима am=30, γ=60.
Во II или III режимах оказывается выпрямитель системы самовозбуждения с последовательными трансформаторами (и без них) при близком к. з. в цепи статора. Здесь причина перехода выпрямителя в глубокие режимы иная: из-за запаздывания АРВ углы регулирования рабочей и форсировочной групп вентилей оказываются некоторое время неизменными, тогда как анодное напряжение рабочей группы (а без последовательных трансформаторов и форсировочной группы) вентилей резко уменьшается, в то время как ток ротора столь же резко увеличивается. Поэтому угол коммутации возрастает до 60° и более.
Приведенные выше примеры показывают актуальность изучения глубоких режимов выпрямителя. Рассмотрим построение диаграмм II режима неуправляемого мостового выпрямителя (или управляемого при α=0). Режим II характеризуется появлением угла «запаздывания» зажигания ат. При увеличении выпрямленного тока ат изменяется от 0 до 30°.
Появление угла «запаздывания» объясняется следующим образом. В точке а напряжение фазы В превышает напряжение фазы А и вентиль 3 должен был бы пропускать ток. Однако фактически напряжение фазы B в это время определяется как 0,5(еb + ес), поскольку в это время еще продолжается коммутация четных вентилей 6 и 2. Наибольшая продолжительность запаздывания определяется неравенством
которое выполняется до точки b. В этой точке кончается коммутация вентилей 6 и 2 и начинается коммутация вентилей 1 и 3. Диаграммы токов в вентилях строятся на основании следующих расчетных соотношений.
Выпрямленный ток во II режиме может быть определен по одной из следующих формул [Л. 1, 2, 3]:
(1)
где хγ — сопротивление коммутации; Е — э. д. с. за сопротивлением коммутации;
или
(2)
где φ=аm.
Формула (1) справедлива и для I режима. Амплитуда тока двухфазного к. з., возникающего при коммутации токов, определяется выражением
(3)
где
Очевидно, что А равно амплитуде тока трехфазного к. з. Периодическая слагающая тока к. з.
(4)
Поскольку в контуре коммутации имеется значительное индуктивное сопротивление, ток к. з. не может появиться скачком. Следовательно, в момент начала коммутации в контуре коммутации появляется апериодический ток обратного направления, значение которого равно:
(5)
(5)
Учитывая, что процесс коммутации длится всего некоторую часть периода, а отношение индуктивного сопротивления цепи коммутации к активному велико, то с большой степенью точности можно считать апериодический ток неизменным. Тогда ток вентиля, вступающего в работу, определяется по формуле
(6)
Ток вентиля, кончающего работу, определяется как разность выпрямленного тока и тока вентиля, вступающего в работу:
(7)
Коммутация вентилей кончается, когда ток, определяемый выражением (6), станет равным Id, а ток, определяемый выражением (7), — нулю. Из сказанного выше вытекает порядок построения диаграммы тока в вентиле. В начале режима в точке а (рис. 53) вступает в работу вентиль 5. Строится кривая междуфазного напряжения есb. Строится кривая тока двухфазного к. з., сдвинутая относительно есb на 90°. Амплитуда тока определяется по выражению (3). Определяется значение тока tк.п соответствующее углу ат и равное значению апериодического тока. Откладывая от этой точки величину тока, определенную по выражению (1), находим точку пересечения d кривых тока U и iк.п +iк.ап, в которой кончается коммутация вентилей 5 и 3. Кривая cd и есть кривая изменения тока в вентиле 5. Аналогично строятся кривые токов для конца II режима.
Рассмотренное правило построения применимо для всех режимов. Однако формула определения выпрямленного тока различна в разных режимах и схемах выпрямления. Своеобразие III режима состоит в том, что из-за увеличения угла коммутации свыше 60° возникает кратковременный режим «прямого горения» двух вентилей (6 раз в период), т. е. ротор оказывается закороченным через вентили одной фазы. Кривая иа имеет шесть треугольных импульсов и шесть площадок нулевого потенциала на период. Длительность закорачивания ротора определяется по выражению
Выпрямленный ток в III режиме определяется по формуле [Л. 27]:
Ток в вентиле может быть определен по правилу, приведенному выше.
Таблица 1
* Предложено доктором техн. наук Е. Л. Эттингером.
Построение диаграмм выпрямленного напряжения и токов в вентилях в III режиме облегчается с помощью табл. 1 *, в которой наличие тока в вентиле отмечается крестиком, а равенство тока вентиля выпрямленному— символом Ιd.
Рис. 54. Кривые токов и напряжений неуправляемой мостовой схемы выпрямления в режиме III.
а — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с.; б —токи в вентилях; в — таблица одновременной работы вентилей; г — кривая выпрямленного напряжения; д — кривая фазного напряжения фазы А.
Весь период разбивается на 12 участков. За начало первого участка принимается переход э. д. с. фазы А через нуль (рис. 54). На четных участках ток одного из вентилей равен выпрямленному, на нечетных участках имеет место режим прямого горения. В эту часть периода вентили одной фазы «перекрывают» друг друга.
При построении диаграмм управляемого выпрямителя следует иметь в виду, что во II и III режимах влияние управления начинает сказываться только при а>30°, т. е. если угол регулирования больше угла задержки коммутации. Если а≤300, то диаграммы управляемого и неуправляемого выпрямителей одинаковы.
Диаграммы схемы с нулевым выводом и уравнительным реактором строятся по тем же правилам; при этом работа каждой звезды рассматривается отдельно.
