СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

При выборе системы регулирования напряжения следует учиты­вать: простоту и удобство обслуживания, время, необходимое для при­ведения системы в рабочее состояние, стоимость, массу и размеры.

Согласно Правилам Регистра, напряжение генераторов пере­менного тока должно поддерживаться в статических режимах с точно­стью ±2,5 %номинального значения при изменении нагрузки от холос­того хода до поминальной. В динамических режимах при набросе 100 % нагрузки и сбросе 50% наибольшее изменение напряжения не должно превышать 20% номинального значения, а время переходного процесса — 1,5 с.

На судах отечественного морского флота имеется множество разно­образных систем стабилизации напряжения, которые можно разде­лить па следующие группы:

системы прямого фазового компаундирования без коррекции напря­жения (фирм «Десау», «Сименс», «Раде Кончар»);

системы прямого фазового компаундирования с корректором напря­жения на магнитных усилителях (фирм «Долмель», «Кавасаки», оте­чественные генераторы типа МСК);

системы прямого фазового компаундирования с корректором напряжения на транзисторах (фирм «Тур», отечественные генераторы ГСС и ГМС);

системы стабилизации напряжения, работающие по отклонению с применением управляемых выпрямителей.

В качестве примера рассмотрим две системы самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения, одну из которых (типа МСС) широко применяют на действующих судах, а другую (типа ГМС) устанавливают на строящихся судах.

Система типа МСС. Система, разработанная заводом «Электросила», выполнена по принципу прямого фазового ком­паундирования. Она обеспечивает поддержание напряжения с точностью ± 2,5% номинального значения при изменении нагрузки 0—100%, коэффициента мощности 0,7—0,95 и частоты вращения вала в пределах ± 2% номинальной. Распределение реактивных нагрузок между па­раллельно работающими генераторами обеспечивается с точностью 10% номинального значения наименьшего по мощности генератора. При одинаковых мощностях генераторов оно осуществляется с помощью уравнительных соединений между обмотками возбуждения, а при разных мощностях с помощью компенсатора реактивной мощности, изме­няющего статизм внешней характеристики генератора.

Система самовозбуждения (рис. 12.3) состоит из трехобмоточноготрехстержневого трансформатора ТрФК фазового компаундирования с магнитным шунтом МШ, дросселя отсоса ДО, выполненного в виде дросселя насыщения, и блока силовых выпрямителей В1 (РГП — рубильник гашения поля; ПП — переключатель). У трансформатора ТрФК имеются три трехфазные обмотки: первичная токовая w _т,включенная в фазы цепи нагрузки генератора; первичная напряжения w _н , включенная на линейное напряжение генератора, и выходная (вторичная) w _в.

Рис. 4.1. Система самовозбуждения и автоматического регулирования на­пряжения генератором типа МСС

Выходная обмотка трансформатора через блок силовых выпрями­телей В1 питает обмотку возбуждения ОВ генератора. Обмотка w _н от­делена от обмоток w _т и w _вмагнитным шунтом MШ. Последний увели­чивает поток рассеяния, пронизывающий обмотку w _т, что приводит к значительному увеличению индуктивного сопротивления обмотки. Ток в ней отстает от напряжения генератора на угол, близкий к 90°, что необходимо для получения фазового компаундирования.

С увеличением тока нагрузки и уменьшения коэффициента мощности увеличивается размагничивающее действие реакции статора и внутрен­нее падение напряжения генератора. Для компенсации влияния этих факторов необходимо увеличить ток возбуждения генератора.

Работу трансформатора ТрФК по выполнению этой задачи удобнее рассмотреть на векторной диаграмме м.д.с. (рис. 12.4, а). За базисные векторы приняты векторы напряжения U _ги тока нагрузки I _г генера­тора. Вектор м.д.с. обмотки напряжения Аw _н из-за наличия магнит­ного шунта отстает от вектора напряжения па 90°. Вектор м. д. с. токо­вой обмотки Aw _тсовпадает по направлению с вектором тока. Резуль­тирующую м.д.с. первичных обмоток A w _р, создающую магнитный но­ток в трансформаторе, определяют как геометрическую сумму векторов Аw _н и Аw _т.

Рис.4.2.Векторныедиаграммы м. д. с. трансформатора ТрФК и напряжений компенсатора peaктивной мощности

С ростом тока нагрузки, например до I _г1, увеличивается м.д.с. А w _т1, соответствующая этому току, что приводит к увеличению результиру­ющей м.д.с. Aw_p1. Таким образом, увеличивается магнитный поток трансформатора, э. д. с. его вторичной обмотки и, как следствие, ток возбуждения генератора. При увеличении угла φ, т. е. при снижении cosφ, вектор м.д.с. токовой обмотки Aw _т2поворачивается на угол φ₂, что также приводит к увеличению результирующей м.д.с. Aw_р2 и тока возбуждения генератора. Следовательно, в трансформаторе ТрФК осуществлен принцип фазового компаундирования.

Самовозбуждение генератора происходит вследствие остаточного магнетизма. Остаточнаяэ.д.с. в генераторе невелика. Наличие в цепи возбуждения генератора выпрямителя В1 (см. рис. 12.3) осложняет процесс самовозбуждения, так как сопротивление выпрямителя при малых напряжениях велико. Для надежного начального самовозбуж­дения в схеме предусмотрен специальный генератор начального подмагничивания ГНП переменного тока с постоянными магнитами мощноcтью 80 В·А. Он жестко связан с. валом синхронного генератора и через выпрямитель ВЗ подключен к его обмотке возбуждения. После возбуж­дения синхронного генератора, как только напряжение после выпрями­теля В1 станет больше напряжения на выпрямителе ВЗ, последний за­пирается и в дальнейшем генератор ГНП в работе не участвует.

Коррекция напряжения в рассматриваемой схеме осуществляется с помощью управляемого дросселя ДО. Рабочие обмотки ОР дросселя подключены ко вторичной обмотке трансформатора ТрФК параллель­но выпрямителю В1. Ток, протекающий по обмотке трансформатора ТрФК, разветвляется на две составляющие: I = I _в + I _д (где I _в — ток, проходящий через выпрямитель В1 на возбуждение генератора; I _д — ток, ответвляемый на ДО).

Дроссель отсоса имеет обмотку управления ОУ, которая подключе­на через резистор R1 уставки, терморезистор R и выпрямитель В2 к обмотке напряжения на линейное напряжение генератора. Кроме того, дроссель ДО имеет обмотку отрицательной обратной связи ОС, включенную на напряжение возбуждения генератора. Она служит для согласования характеристики системы самовозбуждения с регулиро­вочными характеристиками генератора.

Коэффициент усиления обратной связи можно изменять резистором R3. В зависимости от тока в обмотке управления изменяется сопро­тивление рабочих обмоток дросселя ДО. Так, при уменьшении напря­жения генератора уменьшается ток в обмотке ОУ дросселя, что приво­дит к увеличению сопротивления рабочих обмоток ОР. С увеличением сопротивления обмоток ОР уменьшается ток I _д, ответвляемый на ДО. Уменьшение тока дросселя приводит к уменьшению тока и, как след­ствие, падению напряжения в обмотке w _втрансформатора ТрФК. По­этому увеличивается напряжение, подаваемое на выпрямитель В1:U _в1 = Е₂ — I ₂Z₂(где Z₂ — полное сопротивление вторичной обмотки ТрФК). В результате возрастают ток возбуждения и напряжение генератора.

В цепь обмотки ОУ дросселя включен терморезистор R с большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, кото­рый позволяет скомпенсировать температурный увод напряжения ге­нератора. С помощью резистора R1 изменяют уставку напряжения ге­нератора в пределах ±5% номинального. Резистор R2 используют при настройке системы.

Коррекция напряжения при изменении частоты в некоторой сте­пени обеспечивается магнитным шунтом трансформатора ТрФК. Изменение частоты приводит к изменению напряжения генератора, но одновременно изменяется и общее сопротивление обмотки напряже­ния w _нтрансформатора, поэтому ток в этой обмотке не изменяется.

Компенсатор реактивной мощности, обеспечивающий пропорцио­нальное распределение реактивной нагрузки между параллельно ра­ботающими генераторами, состоит из трансформатора тока ТрТ и ре­гулируемого резистора R4. Трансформатор ТрТ обязательно включает­ся в свободную от подключения обмотки ОУ фазу. Напряжение, пода­ваемое па выпрямитель В2, складывается из линейного напряжения Uвс и падения напряжения на резисторе R4 (сопротивлением резисто­ра R2 пренебрегаем):

U_{В 2} =U_BC+ U _R4 =U_BC +I _A R

Работу компенсатора реактивной мощности можно понять из рас­смотрения векторной диаграммы (рис. 12.4, б). Вектор тока фазы А отстает от напряжения (разы А на некоторый угол φ. При этом на вы­прямитель B2 (см. рис. 12.3) будет подаваться напряжение, определя­емое как геометрическая сумма U_BC и I _A R (см. рис. 12.4, б). Если ге­нератор «возьмет на себя» большую реактивную нагрузку, то угол от­ставания вектора I _A1от U _Aувеличится и станет равным φ₁. На такой же угол повернется вектор I_A1R, напряжение па выпрямителе U´ _B2увеличится. Следовательно, увеличение реактивной нагрузки воспри­нимается системой как увеличение напряжения, в результате чего уменьшается ток возбуждения генератора. При этом генератор пере­дает часть реактивной нагрузки другому параллельно работающему генератору. При раздельной работе генераторов компенсатор реактив­ной мощности отключается специальным переключателем ПП (см. рис. 12.3), а трансформатор ТрТ шунтируется этим же переключате­лем накоротко.

Поиск по сайту: