О влиянии электромагнитной несимметрии ротора на величину тока нагрузки импульсного машинно-вентильного генератора

ИЗВЕСТИЯ'

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 284 ' 1974

О ВЛИЯНИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ НЕСИММЕТРИИ РОТОРА НА ВЕЛИЧИНУ ТОКА НАГРУЗКИ ИМПУЛЬСНОГО МАШИННО-ВЕНТИЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА

КХ И. РЯБЧИКОВ, Г. А. СИПАИЛОВ, А. В. ЛООС

(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и аппаратов

и общей электротехники)

Применяемые в настоящее время для получения мощных однопо-лярных импульсов тока регулируемой длительности машинно-вентильные генераторы в большинстве случаев представляют собой трехфазный синхронный генератор, работающий на нагрузку через выпрямитель, собранный по мостовой схеме Ларионова.

В процессе экспериментальных исследований режимов работы генераторов такого типа, а также исследований, проводимых на математической модели, установлено, что на импульс тока генератора в случае активной нагрузки оказывают влияние не только параметры генератора по продольной оси и величина сопротивления нагрузки н, но и в значительной мере — параметры генератора по поперечной оси. Иными словами, ток нагрузки импульсного машинно-вентильного генератора зависит от электромагнитной несимметрии ротора, которая для генератора с неявновыраженными полюсами определяется параметрами демпферных контуров по продольной и поперечной осям. В связи с задачами оптимального проектирования, а также проблемами повышения отбора мощности от электромашинных импульсных источников, исследование этого явления вызывает вполне определенный интерес. Ниже с целью получения выражений, отражающих количественную и качественную сторону данного явления, приводятся аналитические исследования, основывающиеся на результатах предыдущих исследований, изложенных в [1]. Как показано в [1], в случае активной нагрузки анализ электромагнитных процессов импульсного машинно-вентильного генератора можно вести по уравнениям синхронного трехфазного генератора, работающего

2

на симметричную эквивалентную нагрузку

о

Записанные во вращающихся осях, жестко связанных с ротором, эти уравнения при известных допущениях имеют вид:

р —ТОй^Ой,

РХРод=~ Г0д1'0д,

где

, р — символ дифференцирования; Я — #э+г?

г — активное сопротивление фазы генератора; остальные обозначения являются общепринятыми.

Поскольку точное решение системы (1) в общем виде не представляется. возможным, ограничимся отысканием начальных значений всплесков токов, для чего полагаем контуры ротора сверхпроводящими, то есть:

/;=гш=Го9г=0,

Если включению генератора на нагрузку предшествовал режим холостого хода, то системе (1) соответствуют начальные условия:

^¿0= ^айЧ0э

ЧГд0 = ЧГОд0=0.

С учетом (2) и (3) система (Г) может быть сведена к сн-:тс:,:е двух дифференциальных уравнений:

Ьарьа+Ша 0,

Ее решение:

Рх—Рг Р1—Р2

р.дЬдВ+У Ьаа1/0ср^ Р,ЦВ[[} (Р1—Р->)^я {Рх-Р2)С,

где

А = —В =--'—А

Я

2 и, Ц) V 4 ( С I

При переходе к фазным координатам постоянные составляющие в решении (5) дают начальное значение амплитуды первой гармоники фазного тока:

тФ ХаЪ + Я* х'ах'ч + Я2 '

2 Заказ 2146

?

17

Переменные же составляющие решения (5), в общем случае, да юг набор периодических и апериодических составляющих тока фазы. Исследования показали, что при значениях нагрузки ЯНУ близких к согласованным, затухание этих составляющих происходит настолько быстро, что на величину всплеска тока нагрузки они не оказывают сколько-нибудь существенного влияния. Это обстоятельство делает возможным, не допуская большой погрешности, пренебречь ими, чем существенно облегчается дальнейший анализ. С учетом сказанного, выражение для определения начального всплеска выпрямленного тока может быть представлено в виде

Лг Кп/тф,

где

кп— коэффициент, учитывающий пульсации выпрямленного тока.

Рис. 1 а. Осциллограмма импульса тока нагрузки при симметричном роторе

Рис. 1 б. Осциллограмма импулься1 тока нагрузки при разомкнутой демпферной обмотке по поперечной осп

Принимая во внимание (7), окончательно запишем

£тоУ (х,)2-; /?• хахя+Я2

Выражение (8) устанавливает зависимость начального всплеска тока в нагрузке от параметров генератора. Нетрудно, например, видеть, что для увеличения тока /н необходимо при проектировании таких генераторов принимать меры, обеспечивающие минимально-возможное значение сверхпереходного индуктивного сопротивления по продольной оси. Так как непосредственно из (8) установить влияние сверхпереходного индуктивного сопротивления по поперечной оси затруднительно, (8) продифференцируем по параметру хя . Получим

аи

Приравняв (9) к нулю, найдем, что точка хя — ха, для тока 1Н, как функции параметра хя, является критической. Поскольку при переходе данной точки в положительном направлении производная меняет знак с минуса на плюс, этой точке соответствует минимум, определяемый выражением:

£

/н=Кп77=^===".

Исходя из этого, можно заключить, что введением электромагнитной несимметрии ротора (хяфха ) может быть достигнуто некоторое увеличение начального всплеска тока нагрузки, определяемого по (8). Практически это может быть осуществлено увеличением индуктивного сопротивления рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси или же ее размыканием (случай предельной несимметрии ротора с неявно-выраженными полюсами). Последнее иллюстрируется экспериментальными осциллограммами импульса тока нагрузки, представленными па рис. 1а и рис. 16. Осциллограммы выполнены в одинаковых масштабах; напряжение холостого хода, величина активной нагрузки, параметры генератора по продольной оси постоянны. Скорость вращения генератора соответствует частоте напряжения 50 гц, магнитная цепь не насыщена. Уменьшение тока нагрузки за время импульса по сравнению с его первоначальным всплеском объясняется постепенным проникновением поля реакции якоря в контуры ротора, вследствие неравенства нулю их активных сопротивлений.

Отмеченный эффект увеличения тока при несимметрии ротора может быть использован с целью улучшения коэффициента использования импульсного машинно-вентильного генератора при работе на активную нагрузку. Так, дополнительные исследования, проводимые на основе выведенных выше соотношений, дают основания считать, что энергия импульса может быть увеличена в 1,5ч-2 раза по сравнению с энергией, получаемой от генератора с симметричным ротором.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. В. Л о о с, Ю. И. Рябчиков, Г. А. С и п а й л о в. Исследование переходных процессов вентильного импульсного генератора. Известия ТПИ, т. 265, 1973.

2. А. В. Л о о с, Ю. И. Рябчиков. Математическое моделирование синхронного генератора при выпрямительной нагрузке. Известия ТПИ, т. 242, 1972.