книги из ГПНТБ / Брускин, Д. Э. Генераторы, возбуждаемые переменным током учеб. пособие

В частном случае (при Х=0) выражение (3.90) превращается в (3.77).

Поскольку амплитуды высших гармонических значительно мень­ ше амплитуды первой гармоники, частота которой определяется частотой пульсаций мп="га>Вр, то влияние высших гармонических на коэффициент knh можно не учитывать.

На рис. 3.11 представлена зависимость коэффициента пульсаций

значение тока увеличивается.

Чтобы получить уравнения внешней характеристики преобразо­ вателя при индуктивной нагрузке, необходимо определить зависи­ мость угла А от параметров схемы и ее режим работы.

Для простоты математических преобразований, пользуясь зако­ нами Кирхгофа в операторной форме, рассмотрим переходный ре­ жим, когда нагрузка переключается с фазы А на фазу В (см.

60

рис. 3.10). Обходя по контуру ВЬаА, получим два уравнения, свя­ зывающие напряжения и токи в этом контуре:

12 = 0 .

Когда процесс коммутации фаз будет закончен, т. е. о)„р1 = ^, ток

61

Выражение (3.106) связывает угол А. с параметрами генератора и током / 0. Чтобы упростить его решение, можно допустить, что со­ противление фазы Гф —0 и на процесс коммутации не влияет. При этом условии

Таким образом, внешняя характерис­ тика преобразователя представляется в

теристика преобразовате­ виде прямой (рис. 3.12), проходящей че­ ля рез точку холостого хода и точку корот­

кого замыкания. Угловой коэффициент характеристики

Для построения внешней характеристики в обобщенных коорди­ натах выражение (3.113) запишем в виде

62

Граничному значению угла перекрытия соответствует гранич­ ный ток нагрузки, выражение для которого получим, если в (3.109) подставим Хгр:

При перекрытии более чем двух фаз, т. е. при л>Ягр, внутреннее сопротивление преобразователя падает и внешняя характеристика становится более пологой.

§3.4. ПАРАМЕТРЫ ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА

ВНАГРУЗОЧНОЙ ЦЕПИ

Для линейного режима нагрузки нелинейный четырехполюсник может быть представлен потребителем энергии с частотой мвр^шо

63

и источником энергии с постоянной частотой со0 и высшими гармо­ ническими с частотами, кратными ан­

гармонический состав тока в выходной цепи определяется фор­ мой выпрямленного тока по высокой частоте, режимом работы тран­ зисторов и параметрами дифференциального трансформатора. По­

Из (3.134) следует, что при полной симметрии в трансформаторе постоянные составляющие должны быть равны, в этом случае сум­ марное значение тока определяется только суммой переменных со­ ставляющих.

Результирующие намагничивающие силы, создающие суммар­ ный магнитный поток в сердечнике трансформатора,

Таким образом, в сердечнике трансформатора отсутствует (или сильно подавлена при неполной симметрии) постоянная составля­ ющая магнитного потока. Можно показать, что при симметрии плеч суммарный подмагничивающий ток не содержит четных гармоник. Для этого, приняв входной сигнал чисто гармоническим, т. е.

представим токи в плечах трансформатора в виде степенных рядов:

Суммарный подмагничивающий ток, которому пропорционален магнитный поток и выходное напряжение, не содержит четных гар­ моник:

64

Таким образом, несмотря на значительные нелинейные искаже­ ния, имеющиеся в каждом плече, суммарные искажения уменьша­ ются.

Суммарный подмагничивающий ток является током нагрузки. Из выражения (3.140) следует, что основной составляющей этого тока является первая гармоника. Уравнение первой гармоники то­ ка для рассматриваемого случая с учетом влияния нагрузки может быть представлено в виде

Коэффициент первой гармоники огибающей кривой, состоящей из синусоидальных импульсов, как известно, равен 0,5 от макси­ мального значения. Следовательно, для выпрямленных импульсов тока с амплитудой Атах первая гармоника нагрузочного тока

Зависимость /o= f(0) представлена на рис. 3.13.

Трансформатор как элемент схемы преобразователя может вно­ сить в выходное напряжение нелинейные искажения двух видов:

а) вызванные нелинейностью характеристики намагничивания материала магнитопровода;

б) вызванные нестационарными процессами в трансформаторе. Нелинейность кривой намагничивания увеличивается с ростом индукции в сердечнике. При малых индукциях искажения незначи­ тельны и могут быть снижены соответствующим выбором индукции

в сердечнике.

Кроме того, искажения связаны с отсечкой тока в первичных обмотках. Вследствие попеременного включения обмоток, работаю­ щих часть периода, протекающий через них ток имеет форму от­ дельных импульсов, которые в половинках обмотки трансформато­ ра создают несинусоидальное падение напряжения на индуктивнос­ ти рассеяния обмотки. В результате выходное напряжение искажается, приобретая характерную форму (рис. 3.14), и содержит третью и более высокие нечетные гармоники. Кривая зависимости

коэффициента нелинейных искажений у от отношения b индуктив­ ного сопротивления к активному, вычисленная на основании гар­

Рис. 3.16. Эквивалентная схема нагрузочного кок тура

Расстройка контура оказывает влияние на изменение его сопро­ тивления при изменении параметров цепи. При малых расстройках

где р — характеристическое сопротивление контура. При этом

66

представляет собой резонансное сопротивление контура. Поэтому

На рис. 3.18 представлены зависимости фазового угла ср, а также

емкостный характер при 6>0, т. е. на частотах, превосходящих ре­ зонансную, и индуктивный характер при б<0, т. е. на частотах, меньших резонансной. Наибольшее абсолютное значение реактив­

тем больше величина резонансного сопротивления контура и круче зависимость сопротивления контура от расстройки. Вид резонанс­ ной характеристики контура указывает на его избирательные свой­ ства. Однако при изменении нагрузки избирательные свойства на-

рушаются. Это значит, что при изменении нагрузки для обеспече­ ния избирательности контура необходимо изменять емкость фильтра.

В результате коммутационных процессов, происходящих в пре­ образователе на низкой частоте, выходное напряжение определяет­ ся не только первой гармоникой, но и высшими гармоническими, частоты которых кратны основной частоте.

Избирательные свойства нагрузочного контура обеспечивают подавление высших гармоник и, в частности, фильтрацию третьей гармоники.

Фильтрующее действие нагрузки оценивается коэффициентом фильтрации, показывающим отношение коэффициента пульсаций на входе к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра:

68

Из (3.163) видно, что изменение нагрузки влияет на коэффици­ ент фильтрации, а следовательно, и на форму кривой выходного напряжения.

Угол коммутации и его влияние на амплитуду первой гармони­ ки. На амплитуду первой гармоники выходного тока преобразова-

Рис. 3.20. Влияние угла коммутации на форму огибающей

теля существенно влияет угол коммутации срк (угол между фазой сигнала, управляющего транзисторами, и фазой минимума огиба­ ющей модулированного напряжения). Из рис. 3.20 видно, что наи­ большее искажение огибающая претерпевает при угле коммутации

<р.( = 90°.

69