2.4. Расчет внешней характеристики выпрямителя.

Ток необходимый для обеспечения момента на валу ГЭД:

где

N – число активных проводников обмотки якоря

p – число пар полюсов

a – число пар параллельных ветвей обмотки якоря

Напряжение выпрямителя:

Сопротивление якорной цепи в горячем состоянии принимается равным:

где R_я,R_дп,R_ко – сопротивление якорной цепи, обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки.

Сопротивление коммутации для машин мощностью свыше 2000 кВт принимается равным R_к = 0,002 Ом.

Для точки Д “режим холостого хода”:

Для точки А:

Для точки В:

Для точки С “режим стоянки под током”:

Для точного определения первых гармоник тока I₁ и напряжения U₁ и угла сдвига фаз между ними φ₁ используют соотношения для выпрямителя:

где Е - действующее значение фазной ЭДС.

При эксплуатации ГЭУ могут возникнуть следующие режимы работы.

1. Режим 2-3 (0 ≤ γ ≤ 60⁰)

В работе постоянно участвуют 2 вентиля, в момент коммутации – три. Угол γ вычисляется по формуле

где ξ_d - вспомогательная функция, коэффициент нагрузки преобразователя.

2. Режим 3 γ = 60⁰; (0 ≤ α ≤ 30⁰). При достижении угла α_β = 30⁰ с увеличением нагрузки появляется угол вынужденного открывания (неуправляемых) вентилей, тогда:

где γ = 60

3. Режим 3-4 (α_β = 30⁰; 60⁰ ≤ γ ≤ 120⁰), более тяжёлый режим для выпрямителя, встречаются в ГЭУ очень редко. Наиболее часто встречаются режимы 2-3 и 3, по которым и определяют U₁, I₁, φ₁, как:

где k(α_в,γ) – функции, учитывающие изменение первых гармоник тока, напряжения и сдвига фаз между ними в зависимости от режима работы выпрямителя.

Коэффициенты k_i1, k_u1, k_φ1 можно определить с помощью аналитических зависимостей, приведённых на рисунке 2.6.

2.5 Расчет нагрузочных характеристик сг

Желаемую механическую характеристику ГЭД получают на практике путём регулирования тока возбуждения генератора и ГЭД. Это позволяет наиболее полно использовать мощности ГЭУ.

За номинальный режим работы ГЭУ принимается режим работы в точке В.На участке В-А ток и напряжение ГЭД и генераторов постоянны, регулирование осуществляется изменением потока возбуждения ГЭД. На участке А-Д ГЭД работает в соответствии со своей естественной механической характеристикой. На участке С-В снижают напряжение генераторов и повышают ток в главной цели. Это позволяет увеличивать момент на валу в ледовых условиях. В результате номинальное напряжение генератора обеспечивается при работе в точке А, а номинальный ток в точке В. Ток возбуждения генератора для всех режимов работы определяется с помощью построения нагрузочных характеристик СГ. Для построения нагрузочной характеристики для данного тока I₁ находят значения напряжения U_d1, U_d1', U_dl". Где U_dl соответствует току I₁ по внешней характеристике;

U_d1’=0,8U_d1;

U_dl"=1,2U_dl.

Для каждой точки (U_d1, I_d1) вычисляют значение ξd и по нему γ и α, в

зависимости от ξd по формуле рассчитывается значение первых гармоник кривых тока и напряжения. Для построения необходима характеристика холостого хода генератора.

Е, о.е.	0,65	1,0	1,2	1,3	1,36	1,4
If, о.е.	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0

Данные генераторов:

r_a = 0,0084 o. e.

Х_s = 0,056 о. е.

ОКЗ = 0,69

Порядок построения:

1. В одной системе координат строятся характеристики холостого хода и короткого замыкания, а также спрямлённая характеристика холостого хода. 2. По оси ординат откладывается вектор U₁ и под углом к нему вектор I₁.

3. По спрямлённой характеристике холостого хода определяется ток возбуждения I_fx, (вектор ОД), соответствующий напряжению U1.

4. По характеристикам КЗ находиться ток возбуждения I_кз (ОД), соответствующий току I

5. Под углом (90-Y), из конца вектора ОД строиться вектор тока возбуждения I_fкз. Вектор I_fx и I_fкз геометрически складываются; (вектор ОК).

6. Определяется вектор Е_б путём сложения векторов U_l, I_lra; I_l; X_s.

7. Составляющая тока возбуждения I_fs, соответствующая насыщению генератора определяется как разность векторов i_fб (отрезок ВС).

8. Ток возбуждения генераторов I_f находиться суммированием векторов I_fh и I_fs (отрезок OF).

9. Таким образом находятся три точки, по которым строиться нагрузочная характеристика генератора. Нагрузочные характеристики построены для 5 точек (рис. 6).

Данные расчётов сведены в таблицу 1.

Id, A	Ud, B	ξd	γ0	ku1	ki1	γ1	U1	I1	If1

Получение точек для нагрузочных характеристик приведено на рисунке. При работе ГЭД на участке А-В от характеристики 2 до характеристики 1 мощность регулируется потоком возбуждения ГЭД. При этом момент и частота определяются по формулам:

Таким образом произведение М·n на участке А-В остаётся постоянным:

то есть, обеспечивается гиперболическая часть А-В механической характеристики ГЭД. При этом U_d = const и I_d = const.

Магнитный поток ГЭД необходимо отрегулировать таким образом, чтобы при частоте вращения n_H ток в главной цепи стал номинальным.