2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Автоматическая регулировка синхронного генератора

Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности генераторов

Электрические системы на современных судах в общем случае объединяют несколько разнотипных генераторов и большое количество различных по мощности и назначению потребителей электроэнергии.

Многие из судовых потребителей нуждаются в бесперебойном питании и снабжении электроэнергией высокого качества, которое в установках постоянного тока определяется постоянством напряжения, а в установках переменного тока — постоянством напряжения и частоты.

По сравнению с береговыми установками мощность судовой электростанции невелика и отдельные потребители электроэнергии соизмеримы по мощности с генераторами судовой электростанции. Кроме того, судовые электроэнергетические системы отличаются резким изменением нагрузки в различных режимах эксплуатации судна, частыми включениями и отключениями потребителей, что ведет к колебаниям напряжения и частоты судовой электрической сети. Однако для обеспечения нормальной работы потребителей электроэнергии напряжение не должно изменяться свыше допустимых пределов во всех режимах работы электроэнергетической системы.

В установках постоянного тока простейшим и наиболее распространенным способом поддержания постоянства напряжения в сети является компаундирование генераторов, т. е. использование последовательной обмотки возбуждения, включаемой согласно с обмоткой параллельного или независимого возбуждения. При увеличении тока нагрузки генератора намагничивающая сила этой обмотки возрастает и таким образом компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в сопротивлениях якорной цепи.

Кроме регулирования напряжения последовательная обмотка в генераторах се смешанным возбуждением обеспечивает также форсировку возбуждения, т. е. быстрое восстановление напряжения генератора после короткого замыкания или наброса значительной по величине нагрузки.

При необходимости более точного поддержания постоянства напряжения в сети постоянного тока применяют автоматические системы регулирования, действующие по отклонению напряжения и использующие для питания цепей возбуждения генератора электромашинные усилители ЭМУ , магнитные усилители МУ и полупроводниковые устройства.

Основными причинами изменения напряжения синхронных генераторов являются размагничивающее действие реакции статора и индуктивное падение напряжения, которые возникают при изменениях нагрузки (особенно при пуске асинхронных двигателей большой мощности, соизмеримой с мощностью генераторов), а также при всяком изменении значения коэффициента мощности (cos<p) и частоты вращения первичных двигателей. При отсутствии автоматических регуляторов напряжения это изменение может вызвать опрокидывание или отключение от сети асинхронных двигателей, которые являются наиболее распространенными и довольно чувствительными к изменению напряжения судовыми потребителями электроэнергии.

Поэтому Правилами Регистра СССР предусматривается обязательное применение системы автоматического регулирования напряжения ( АРН ) судовых генераторов.

Кроме того, автоматические регуляторы напряжения (как и в установках постоянного тока) осуществляют форсировку возбуждения синхронных генераторов при аварийных снижениях напряжения в судовой электроэнергетической системе. Это повышает устойчивость параллельной работы генераторных агрегатов, ускоряет восстановление поминального значения напряжения и увеличивает предел мощности, передаваемой генераторами в судовую сеть.

Основой разработки и выбора системы АРН являются требования в отношении качества регулирования, эксплуатационных и других показателей работы, основными из которых являются:
1) время первого достижения номинального напряжения при набросе нагрузки;
2) характер изменения напряжения до достижения установившегося значения;
3) длительность переходного процесса;
4) статическая ошибка, определяемая разностью напряжений холостого хода и при номинальной нагрузке в установившемся режиме;
5) срок службы и надежность действия системы;
6) простота и удобство обслуживания;
7) масса и габариты.

По принципу работы различают три вида систем АРН : с регулированием по отклонению напряжения генератора; с регулированием по возмущению (по нагрузке) и с комбинированным регулированием— по отклонению напряжения и возмущению.

Регулирование по отклонению напряжения осуществляется системой АРН с применением угольных регуляторов напряжения ( РУН ), которые имеют значительное распространение на эксплуатируемых судах и совершенно не устанавливаются на вновь строящихся.

Это объясняется их недостатками, которые заключаются в следующем:
а) угольные сопротивления разрушаются при вибрации и сотрясениях судна, в результате чего регуляторы не могут обеспечивать надежной работы установки;
б) РУН характеризуются недостаточным быстродействием и большой зоной нечувствительности;
в) регуляторы не могут обеспечить необходимой форсировки возбуждения, так как сопротивление угольных столбиков даже при полном сжатии имеет значительную величину.

Системы АРН с регулированием по возмущению называются системами компаундирования. Принцип компаундирования заключается в том, что увеличение тока нагрузки генератора преобразуется в сигнал усиления его возбуждения. В отличие от машин постоянного тока компаундирование для синхронных генераторов может быть токовым и амплитудно-фазовым (или фазовым).

Токовое компаундирование позволяет осуществить регулирование по модулю тока.

При включении дополнительной нагрузки на генератор напряжение в сети понизится, а ток в линейных проводах А, В и С увеличится, что вызовет соответственное увеличение тока во вторичной обмотке трансформатора тока ТТ и, наконец, в независимой обмотке возбуждения возбудителя ОВВ . Это приведет к усилению магнитного потока полюсов возбудителя В, а следовательно, и к увеличению напряжения на его зажимах. Увеличенное напряжение в цепи обмотки возбуждения генератора ОВГ создаст дополнительный ток в обмотке и магнитный поток генератора Г, что восстановит прежнее напряжение в сети при новой увеличенной нагрузке.

Стремление получить систему, обеспечивающую более высокую точность регулирования, явилось причиной создания системы фазового компаундирования с коррекцией напряжения. Корректор обеспечивает регулирование по отклонению напряжения и учитывает , влияние на величину напряжения изменения частоты вращения первичного двигателя, температуры обмоток и других второстепенных факторов.

Система, в которой регулирующее воздействие на синхронный генератор осуществляется через возбудитель, называется системой косвенного компаундирования. В самовозбуждающихся синхронных генераторах возбудитель отсутствует и регулирующее воздействие производится непосредственно на обмотку возбуждения генератора. Такие системы называются системами прямого компаундирования.

Из рассмотренных систем АРН наиболее эффективными являются системы с комбинированным регулированием. Они обеспечивают амплитудно-фазовое компаундирование и коррекцию напряжения. Такое регулирование осуществляется с помощью регулятора типа УБК (универсальное быстродействующее компаундирование), статической системы самовозбуждения и др.

Системы компаундирования с регулятором типа УБК характеризуются малой статической погрешностью, значительной фор-сировкой тока возбуждения при коротких замыканиях, чувствительностью и способностью обеспечивать устойчивую параллельную работу генераторов. Однако эти» системы, как правило, являются системами косвенного компаундирования и наличие в них возбудителя снижает быстродействие и надежность, а также увеличивает массу и габариты всей установки в целом. Поэтому в настоящее время они применяются в основном только для генераторов большой мощности.

Читайте так же:
Пила чемпион 137 карбюратор регулировка

В судовых установках с генераторами серий МСС , МСК и ГМС в последние годы почти исключительно применяются статические системы самовозбуждения с прямым компаундированием. Представленная на рис. 2 схема обеспечивает самовозбуждение и регулирование напряжения генераторов серии МСК по возмущению и отклонению напряжения. Управляемое фазовое компаундирование (регулирование по возмущению) осуществляется с помощью универсального трансформатора с подмагничиванием УТП , а коррекция напряжения — с помощью трехфазного измерительного трансформатора ТИ и трансформатора тока.

Рис. 1. Принципиальная схема системы токового компаундирования.

Рис. 2. Статическая система самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов.

Трансформатор имеет три первичные обмотки: две токовые, включенные на геометрическую разность токов фаз (начала обмоток отмечены звездочками), и обмотку напряжения wH, включенную на напряжение между этими фазами. В цепь обмотки напряжения включен дроссель насыщения, позволяющий обеспечить фазовое компаундирование, и батарея конденсаторов, улучшающая условия самовозбуждения генератора.

практически не изменяются. Одновременно с этим изменение напряжения генератора вызывает резкое изменение тока выхода и тока. в в обмотке. Благодаря этому с изменением напряжения генератора изменяется подмагничивание и ток выхода. Это вызывает соответствующее изменение тока возбуждения и более точное выравнивание напряжения сети, на которую работает генератор.

Самовозбуждение синхронного генератора происходит за счет остаточного магнетизма железа ротора. Установочным реостатом изменяется уставка напряжения генератора в пределах ±10%, а установочным реостатом УР2 изменяется статизм регулирования напряжения.

Статические системы самовозбуждения с прямым компаундированием имеют хорошие показатели работы и высокую форсировочную способность, позволяют уменьшить массу и габариты генератора за счет отсутствия возбудителя, а также повысить надежность работы всей установки.

Автоматические регуляторы напряжения AVR

Автоматические регуляторы напряжения AVR
В настоящее время во многих дизель-генераторных установках большой мощности используются синхронные генераторы бесщеточного типа. Технической и конструктивной особенностью таких генераторов является отсутствие коллекторно-щеточного узла, а обмотка возбуждения располагается во вращающемся роторе. Для обеспечения работы генератора нужно, чтобы индуцированный и протекающий по обмотке возбуждения ток имел необходимую амплитуду и полярность.

Чтобы выпрямить наведенное напряжение, обмотка возбуждения выполняется из двух частей, которые соединены через диод, а амплитуда индуцированного ЭДС зависит от взаимодействия магнитных полей основной и дополнительной обмоток статора. Регулируя наведенную ЭДС в обмотке возбуждения, можно гибко управлять работой генератора. Этот принцип лег в основу создания специальных управляющих электронных устройств, которые стали неотъемлемой частью современных синхронных генераторов (СГ).

Чтобы запитать обмотку возбуждения и стабилизировать вырабатываемое генератором напряжение, используются различные способы и устройства, но наибольшее распространение получили микропроцессорные автоматические регуляторы напряжения AVR. Устройство AVR – своеобразное «сердце» системы возбуждения синхронного генератора. Адаптивно регулируя ток, наведенный в обмотку возбуждения, регулятор напряжения осуществляет стабилизацию параметров на выходе СГ.

Таким же способом удается обеспечить защиту от перегрузок, которые очень опасны для всех типов генераторов, а также защиту от критичного снижения частоты. Электронный корректор напряжения запитан от одной из трехфазных обмоток статора, являющего выходом синхронного генератора, параметры которого устройство контролирует. При помощи автоматического регулятора AVR удается управлять работой генераторной станции в переходном и аварийном режиме.

Кроме того, электронный регулятор напряжения AVR способен поддерживать совместную работу нескольких СГ сходной мощности, подключенных параллельно. От настройки и точности регулировки этого устройства зависят параметры работы всей дизель-генераторной станции.

Принцип работы регуляторов AVR

Стабилизация выходного напряжения до заданного номинального значения производится посредством соответствующего увеличения или уменьшения тока в обмотке возбуждения. Таким же образом удается минимизировать колебания напряжения генератора в процессе работы, а также обеспечить быстрое достижение заданных параметров после запуска станции, необходимых для подключения и энергоснабжения потребителей.

Чтобы вовремя распознать опасность и предупредить аварию генератора, устройство контролирует изменения частоты выходного напряжения, и в случае ее критичного снижения может оперативно уменьшить, либо вообще отключить подачу напряжения на обмотку возбуждения. Эти же действия производятся при плановой или аварийной остановке двигателя. Порог частоты, при котором происходит отключение обмотки возбуждения, обычно установлен в заводских настойках на уровне 45 Гц.

Техническая реализация

Внешний вид и схемное решение устройств AVR, выпущенных различными компаниями для совместной работы с определенными моделями генераторов, могут значительно отличаться, но основные принципы их построения одинаковы. На начальном этапе создания подобных приборов типичный регулятор напряжения AVR выполнялся в виде отдельного устройства, помещенного в специальный металлический «шкаф». Сегодня в основном используются автоматические регуляторы напряжения AVR, представляющие собой небольшую плату, которая монтируется в блок возбуждения синхронного генератора.

Автоматический регулятор напряжения генератора синхронного

Автоматический регулятор напряжения генератора синхронного

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматическим регуляторам напряжения (ΑΡΗ) возбуждения синхронных генераторов. АΡΗ содержит датчик напряжения, элемент опорного напряжения, схему сравнения на компараторе, ШИМ-модулятор, транзисторный коммутатор, двухполупериодный выпрямитель. Выход АРН подключен к обмотке статора возбудителя, а два входа подключены один через трансформатор напряжения ко второй полуобмотке двух фаз генератора, другой подключен к первой полуобмотке фазы генератора. Регулирующим элементом является транзистор, последовательно соединенный со статором возбудителя и подключенный к двухполупериодному выпрямителю. Коммутацию транзистора от задней части предыдущей полуволны выпрямленного напряжения до передней части последующей полуволны осуществляет ШИМ-модулятор. Технический результат состоит в упрощении схемы ΑΡΗ при повышении точности поддержания выходного напряжения генератора синхронного и обеспечении требуемых параметров генератора при нормальных режимах работы и перегрузках. 3 ил.

Заявляемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в качестве устройства для автоматического возбуждения генераторов синхронных, преимущественно тех, к которым предъявляются повышенные требования по надежности и качеству выходного напряжения.

Читайте так же:
Чертеж микрометра для регулировки клапанов

Автоматический регулятор напряжения (ΑΡΗ) генератора синхронного предназначен для обеспечения стабильности и точности поддержания выходного напряжения синхронного генератора при помощи регулирования тока возбуждения. Кроме того, ΑΡΗ обеспечивает работу синхронного генератора в переходных и аварийных режимах, а также параллельную работу синхронных генераторов, сопоставимых по мощности, либо параллельную работу с сетью. ΑΡΗ выполняет также функции управления, защиты и сигнализации о состоянии системы возбуждения.

Из уровня техники известен синхронный генератор с ΑΡΗ и системой возбуждения от двух фазных обмоток, разработанный компаний Cummins Generator Technologies под торговой маркой Stamford (Каталог «Stamford Power»; спецификация AS440; схема электрическая принципиальная генератора синхронного Stamford; схема электрическая принципиальная ΑΡΗ генератора синхронного Stamford; форма напряжения на выходе ΑΡΗ). Фазные обмотки известного генератора синхронного состоят из двух полуобмоток, соединенных последовательно. ΑΡΗ данного генератора синхронного подключается к одной обмотке двух фаз генератора, которая одновременно является как источником входного сигнала для ΑΡΗ, так и источником питания системы возбуждения генератора синхронного. Регулирующим элементом системы возбуждения генератора синхронного с ΑΡΗ является тиристор, включенный по схеме управляемого тиристорного однополупериодного выпрямителя. В качестве поясняющего материала представлена электрическая принципиальная схема генератора синхронного Stamford. В генераторе синхронном Stamford при вращении вала генератора в роторе возбудителя наводится переменное напряжение, которое выпрямляется выпрямителем и поступает в ротор генератора. Вращающийся ротор генератора наводит переменное напряжение в обмотках U, V, W статора генератора, фазные обмотки которого состоят из двух полуобмоток. С одной полуобмотки двух фаз переменное напряжение подается на ΑΡΗ, где выпрямляется управляемым тиристорным однополупериодным выпрямителем и подается в статор возбудителя. Цикл повторяется. Выходное напряжение генератора синхронного снимается со второй полуобмотки статора. Схема электрическая принципиальная ΑΡΗ генератора синхронного Stamford работает следующим образом: напряжение с генератора подается на вход ΑΡΗ и далее на датчик напряжения и управляемый тиристорный однополупериодный выпрямитель, состоящий из тиристора VS и диода VD. Компаратор сравнивает сигнал датчика напряжения с сигналом элемента опорного напряжения и выдает сигнал ошибки в блок фазового управления. С блока фазового управления сигнал поступает на тиристор VS управляемого однополупериодного выпрямителя, который, открываясь, создает однополупериодный выпрямленный ток в обмотке статора возбудителя. Диод VD управляемого тиристорного однополупериодного выпрямителя предназначен для защиты тиристора VS от коммутационных всплесков ЭДС при коммутации катушки статора возбудителя. При изменении выходного напряжения генератора синхронного изменяется угол открытия управляемого тиристорного однополупериодного выпрямителя, а следовательно, изменяется и ток статора возбудителя на величину, необходимую для поддержания выходного напряжения генератора на заданном уровне. В качестве поясняющего материала показана форма напряжения на выходе ΑΡΗ генератора синхронного Stamford.

К недостаткам ΑΡΗ известного генератора синхронного Stamford можно отнести следующее:

— контроль напряжения генератора (см. схема электрическая принципиальная генератора синхронного Stamford) для поддержания его на заданном уровне осуществляется от одной полуобмотки двух фаз статора генератора, что не позволяет учитывать падение напряжения во второй полуобмотке при включении нагрузки и прогреве генератора, и, как следствие, ухудшение точности поддержания выходного напряжения генератора на заданном уровне;

— управляемый тиристорный однополупериодный выпрямитель (см. схема электрическая принципиальная ΑΡΗ генератора синхронного Stamford) позволяет выдать максимальный ток возбуждения статора возбудителя в два раза меньше от максимально возможного полного выпрямленного тока (см. форма напряжения на выходе ΑΡΗ), что приводит к снижению эффективности форсирования тока возбуждения при включении нагрузки, пуске асинхронного двигателя (АД) и возможных перегрузках, следствием чего является большой провал напряжения при переходных процессах;

— при работе управляемого тиристорного однополупериодного выпрямителя, от постоянной составляющей тока возбуждения в обмотках статора генератора протекает ток подмагничивания, который вызывает дополнительное нежелательное насыщение статора генератора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является автоматический регулятор напряжения генератора синхронного (патент WO 2007/036697 на изобретение, МПК Н02Р 9/38, 2007.04.05), имеющий датчик напряжения, элемент опорного напряжения, схему сравнения на компараторе, блок управления, выход для подключения обмотки статора возбудителя.

В известном решении предлагаются два варианта решения указанных выше недостатков, а именно:

— в электрическую схему введен управляемый тиристорный однополупериодный выпрямитель в режиме нормальной работы генератора синхронного и неуправляемый тиристорный трехфазный выпрямитель в режиме форсирования тока возбуждения статора возбудителя;

— в электрическую схему введен управляемый тиристорный двухполупериодный выпрямитель в режиме нормальной работы генератора и неуправляемый тиристорный трехфазный выпрямитель в режиме форсирования тока возбуждения статора возбудителя.

Во всех двух вариантах при нормальной работе генератора синхронного управляемый тиристорный одно- или двухполупериодный выпрямитель работает от блока фазового управления ΑΡΗ, а неуправляемый тиристорный трехфазный выпрямитель выключен. При этом в схему ΑΡΗ дополнительно введены два узла — датчик перегрузки и блок включения неуправляемого тиристорного трехфазного выпрямителя. При возникновении перегрузки генератора датчик перегрузки фиксирует это состоянии и выдает сигнал в блок включения неуправляемого тиристорного трехфазного выпрямителя, который в свою очередь включает неуправляемый тиристорный трехфазный выпрямитель, форсируя ток возбуждения статора возбудителя.

Недостатками известного ΑΡΗ является:

— введение в ΑΡΗ дополнительных узлов: датчика перегрузки и блока включения неуправляемого тиристорного трехфазного выпрямителя, а также самого неуправляемого тиристорного трехфазного выпрямителя, что значительно усложняет схему ΑΡΗ и соответственно увеличивает его стоимость;

— форсирование возбуждения происходит скачкообразно до максимального значения тока возбуждения, что приводит к повышению выходного напряжения генератора сверх допустимого.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрощение схемы ΑΡΗ при повышении точности поддержания выходного напряжения генератора синхронного и обеспечение требуемых параметров генератора при нормальных режимах работы и перегрузках.

Для решения данной задачи предлагается ΑΡΗ генератора синхронного, содержащий датчик напряжения, элемент опорного напряжения, схему сравнения на компараторе, выход для подключения обмотки статора возбудителя, в котором имеется два входа, один из которых подключен через трансформатор напряжения ко второй полуобмотке двух фаз генератора, а другой подключен к первой полуобмотке фазы генератора, при этом регулирующим элементом является транзистор, последовательно соединенный со статором возбудителя и подключенный к двухполупериодному выпрямителю, причем коммутацию транзистора от задней части предыдущей полуволны выпрямленного напряжения до передней части последующей полуволны осуществляет ШИМ-модулятор.

Читайте так же:
Регулируемый биметаллический термостат регулировка

Предлагаемый ΑΡΗ не имеет сглаживающего электролитического конденсатора.

За счет того, что транзисторный регулирующий элемент включен в схему двухполупериодного выпрямителя, повышается эффективность форсирования тока возбуждения при включении нагрузки, пуске АД и возможных перегрузках, следствием чего является меньший провал напряжения, а также отсутствие тока подмагничивания статора генератора. Транзисторный регулирующий элемент повышает устойчивость генератора к возникновению модуляции напряжения на холостом ходе и малых нагрузках за счет увеличенного времени открытого состояния.

Заявленное изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

на фиг. 1 показана схема электрическая принципиальная генератора синхронного;

на фиг. 2 показана схема электрическая принципиальная ΑΡΗ;

на фиг. 3 показана форма напряжения на выходе ΑΡΗ.

Вход для контроля напряжения через трансформатор напряжения подключен ко второй полуобмотке двух фаз генератора (к выходу генератора). Вход для питания системы возбуждения генератора подключается к первой полуобмотке фазы генератора. В качестве источника питания системы возбуждения можно использовать как дополнительную обмотку генератора, так и генератор на постоянных магнитах GPM (при их наличии). К выходу ΑΡΗ 6 подключается обмотка статора возбудителя 7 (см. фиг. 1). Регулирующим элементом системы возбуждения генератора данного ΑΡΗ 6 является транзистор VT, подключенный последовательно с обмоткой статора возбудителя 7 к двухполупериодному выпрямителю 12, не имеющему сглаживающего электрического конденсатора.

При вращении вала генератора 1 в роторе возбудителя 2 наводится переменное напряжение, которое выпрямляется выпрямителем 3 и поступает в ротор генератора 4. Вращающийся ротор генератора 4 наводит переменное напряжение в обмотках U, V, W статора генератора 5, фазные обмотки которого состоят из первой полуобмотки и второй полуобмотки. Со второй полуобмотки двух фаз генератора (с выхода генератора) переменное напряжение через трансформатор напряжения подается на первый вход ΑΡΗ 6 для контроля напряжения генератора, на второй вход ΑΡΗ 6 подается напряжение первой полуобмотки фазы генератора для питания системы возбуждения генератора (см. фиг. 1).

В качестве источника системы возбуждения генератора можно использовать, например, дополнительную обмотку генератора или генератор на постоянных магнитах PMG при их наличии.

Переменное напряжение, подаваемое на второй вход ΑΡΗ 6, выпрямляется двухполупериодным выпрямителем 12 и через транзисторный коммутатор 11 подается в статор возбудителя 7 (см. фиг. 1). Цикл повторяется.

Напряжение с генератора (см. фиг. 2) подается на первый вход ΑΡΗ 6 и далее на датчик напряжения 7. Компаратор 8 сравнивает сигнал датчика напряжения 7 с сигналом элемента опорного напряжения 9 и выдает сигнал ошибки в блок ШИМ-модулятора 10. С блока ШИМ-модулятора 10 сигнал поступает на транзистор VT транзисторного коммутатора 11, подключенного последовательно с обмоткой статора возбудителя 7 к двухполупериодному выпрямителю 12, не имеющему сглаживающего электролитического конденсатора. Транзистор VT транзисторного коммутатора 11, открываясь, создает ток в обмотке статора возбудителя 7. Диод VD транзисторного коммутатора 11 предназначен для защиты транзистора VT от коммутационных всплесков напряжения при коммутации обмотки статора возбудителя 7. При изменении выходного напряжения генератора синхронного изменяется ширина импульса открытия (время открывания) транзистора VT, а следовательно, изменяется и ток статора возбудителя 7 на величину, необходимую для поддержания выходного напряжения генератора синхронного на заданном уровне. ШИМ-модулятор 10 обеспечивает включение транзистора VT от задней части предыдущей полуволны выпрямленного напряжения до передней части последующей полуволны, образуя симметричные участки выпрямленного напряжения (см. фиг. 3).

Таким образом, в предлагаемом техническом решении контроль напряжения генератора для поддержания его на заданном уровне осуществляется от второй полуобмотки двух фаз генератора (с выхода генератора) через трансформатор напряжения, что позволяет учитывать падение напряжения в первой и во второй полуобмотках и контролировать истинное значение выходного напряжения генератора, а не его половинчатое значение, и как следствие этого улучшается точность поддержания выходного напряжения генератора от холостого хода до номинальной нагрузки.

За счет того, что транзисторный коммутатор включен в схему двухполупериодного выпрямителя, повышается эффективность форсирования тока возбуждения при включении нагрузки, пуске АД и возможных перегрузках, следствием чего является меньший провал напряжения при переходных процессах.

Применение двухполупериодного выпрямителя позволяет избежать появления тока подмагничивания статора генератора и, следовательно, его дополнительного насыщения.

Применение транзисторного коммутатора, включенного в схему двухполупериодного выпрямителя, значительно упрощает схему ΑΡΗ и его стоимость, так как отсутствует датчик перегрузки, блок включения неуправляемого тиристорного трехфазного выпрямителя и сам неуправляемый тиристорный трехфазный выпрямитель с силовыми тиристорами и диодами.

Отсутствие сглаживающего электролитического конденсатора в схеме двухполупериодного выпрямителя в сочетании с ШИМ-модулятором, который включает транзистор от задней части предыдущей полуволны выпрямленного напряжения до передней части последующей полуволны, обеспечивает устойчивую работу генератора во всем диапазоне работы от холостого хода и номинальной нагрузки до перегрузок.

Автоматический регулятор напряжения (АРН) генератора синхронного, имеющий датчик напряжения, элемент опорного напряжения, схему сравнения на компараторе, выход для подключения обмотки статора возбудителя, отличающийся тем, что имеет два входа, один из которых подключен через трансформатор напряжения ко второй полуобмотке двух фаз генератора, другой подключен к первой полуобмотке фазы генератора, регулирующим элементом является транзистор, последовательно соединенный со статором возбудителя и подключенный к двухполупериодному выпрямителю, при этом коммутацию транзистора от задней части предыдущей полуволны выпрямленного напряжения до передней части последующей полуволны осуществляет ШИМ-модулятор.

Автоматическое регулирование частоты и активной мощности

Постоянство частоты тока — основное условие нормальной работы потребителей электроэнергии.

Снижение частоты тока приводит к уменьшению частоты вращения электродвигателей электромеханизмов и к значительному понижению их производительности. Понижение частоты приводит к уменьшению к. п. д. первичных двигателей.

Читайте так же:
Клапан регулировки давления топлива l200

Повышение частоты тока сверх номинальной приводит к возрастанию мощности электродвигателей и к увеличению потребления электроэнергии судовыми механизмами; возрастает также температура нагрева, перегрев электро-двигателей.

Регулирование частоты тесно связано с распределением активной мощности между агрегатами судовой электростанции, так как восстановление частоты в электроэнергетической системе достигается путем изменения активной мощности этих агрегатов.

Устройства автоматического регулирования должны поддерживать постоянство частоты в электроэнергетической системе при экономически наивыгоднейшем распределении нагрузки между агрегатами и обеспечивать высокую надежность работы системы как в нормальных, так и в аварийных режимах.

Структурная схема регулирования.

Причиной изменения частоты вращения является нарушение баланса между суммарной мощностью, вырабатываемой генераторами, и суммарной мощностью, потребляемой приемниками.

Регулирование частоты тока осуществляется регуляторами частоты вращения первичных двигателей и регуляторами частоты тока. Первые непосредственно реагируют на изменение частоты вращения первичного двигателя, а вторые — на изменение тока генератора и его частоты.

Структурная схема системы автоматического регулирования частоты тока и распределения активной мощности.

Структурная схема системы автоматического регулирования частоты тока и распределения активной мощности (рис. 21.6) включает следующие элементы: измерительный элемент регулятора частоты вращения ИЭРЧВ, реагирующий на отклонение частоты вращения от заданного значения; исполнительный орган регулятора частоты вращения ИОРЧВ; измерительный орган частоты тока (датчик частоты) ДЧ; измерительный орган активного тока (датчик активного тока) ДАТ; усилитель У; серводвигатель СД- исполнительный орган устройства регулирования частоты тока и распределения активной мощности;. первичный двигатель ПД; генератор Г.

При нарушении установившегося режима в системе приходят в действие регуляторы частоты вращения и частоты тока.

В процессе регулирования устанавливается новое значение частоты тока, определяемое статизмом характеристик регулирования.

Регулирование частоты тока и активной мощности генераторов осуществляется воздействием на исполнительный орган регулятора частоты вращения первичного двигателя.

Для регулирования частоты вращения и частоты тока применяются регуляторы с астатической 1 и статической 2 характеристиками (рис. 21.7), выражающими зависимость угловой скорости ω и частоты f от значения активной мощности Р.

Характеристики регулирования частоты.

При регулировании по астатической характеристике частота в системе остается постоянной независимо от величины нагрузки. Регулирование по статической характеристике дает возможность получить заданное распределение активной нагрузки между генераторами, но при этом с увеличением нагрузки частота уменьшается.

Коэффициент статизма характеристики регулирования определяется по формулам:

где ωx.x, fx.x— угловая скорость и частота при холостом ходе;

ωном , fном — угловая скорость и частота при номинальной активной нагрузке генератора.

Регуляторы частоты вращения характеризуются также степенью неравномерности

где nх.х — частота вращения при холостом ходе;

nном— частота вращения при номинальной нагрузке;

nср — частота вращения при половинной нагрузке.

Основной способ регулирования частоты вращения — по мгновенному отклонению регулируемого параметра. На этом принципе основаны центробежные регуляторы частоты вращения, широко используемые в судовых электроэнергетических системах.

Устройство регулирования частоты и автоматического распределения активных нагрузок типа УРЧН.

На каждой из генераторных секций ГЭРЩ (рис. 21.8) установлены: датчик активного тока ДАТ и усилитель У; кроме того, на секции генератора Г1 установлен прибор регулирования частоты ПРЧ.

Система автоматического регулирования частоты и распределения активной нагрузки.

Каждый из датчиков активного тока ДАТ измеряет активную составляющую нагрузки своего генератора. Датчики активного тока через блокирующие контакты генераторных выключателей соединены по дифференциальной схеме. Разностный ток их выходов протекает по обмоткам управления всех магнитных усилителей устройства. Выбор балластного агрегата (т. е. агрегата, регулировочная характеристика которого в процессе распределения остается фиксированной) осуществляется путем выключения питания усилителя выбранного агрегата. Выход каждого усилителя включен на обмотку управления двигателя регулятора частям вращения агрегата.

Устройство типа УРЧН, включенное в систему, работает следующим образом. При равенстве значений активных нагрузок генераторов выходные токи датчиков активного тока равны, ток в цепи дифференциальной связи между датчиками отсутствует, напряжения на выходах усилителей равны нулю и двигатели регуляторов частоты вращения не работают.

При рассогласовании значений активных нагрузок агрегатов в цепи дифференциальной связи протекает ток, определяемый значением разности выходных токов датчиков ДАТ; на выходах усилителей появляется напряжение, полярность которого определяется направлением тока в обмотке управления усилителя У. Включенные к выходам усилителей серводвигатели СД в зависимости от полярности сигналов воздействуют на настройки регуляторов частоты вращения РЧВ, которые соответственно перемещают регулировочные характеристики регуляторов частоты вращения агрегатов в сторону уменьшения величины рассогласования активных нагрузок, чем достигается пропорциональное распределение активной мощности между генераторами.

Схемы уравнительных связей при параллельной работе синхронных генераторов.

Уравнительные связи применяются для равномерного распределения реактивных нагрузок между параллельно работающими синхронными генераторами, имеющими автоматическую систему регулирования напряжения.

Уравнительные связи осуществляют на постоянном и на переменном токе.

Принцип осуществления уравнительных связей на постоянном токе является единым для всех систем регулирования. В этом случае силовые выпрямители параллельно работающих генераторов по существу в свою очередь работают параллельно на общие шины, от которых при одинаковом напряжении питаются обмотки возбуждения генераторов. Если генераторы разной мощности, то в обмотку возбуждения генератора меньшей мощности включается соответствующий уравнительный резистор.

Схемы уравнительных связей на переменном токе для различных систем регулирования имеют специфические особенности.

Автоматические системы регулирования напряжения генераторов с корректором напряжения

Во время работы напряжение синхронных генераторов зависит от тока нагрузки, коэффициента мощности, частоты вращения и сопротивления обмоток всех элементов системы возбуждения. Изменение сопротивления обмоток во время работы системы возбуждения зависит от температуры нагрева. Если фазовые компаундирующие устройства автоматически регулируют напряжение по воздействию тока нагрузки и коэффициента мощности, то для учета остальных факторов, влияющих на напряжение генератора, дополнительно применяются корректоры напряжения.

Автоматический бесконтактный регулятор напряжения УБК-М поддерживает постоянное напряжение синхронных генераторов в эксплуатационных режимах судовой электростанции.

Он предназначен для судовых синхронных генераторов с машинными возбудителями, работает по принципу быстродействующего управляемого фазового компаундирования с корректором напряжения.

Читайте так же:
Регулировка клапанов мотоцикла урал 12 вольт

Регулятор УБК-М (рис. 1) состоит из трансформатора фазового компаундирования Т1 и трансформатора тока Т2 с выпрямителем U2, предназначенных для подмагничивания усилителя А и корректора напряжения Т3, U3, U4. Трансформатор Т1 имеет две первичные токовые обмотки L1 и L2, включенные в две фазы генератора G2 (с соответствующей геометрической разностью токов в этих обмотках), и первичную обмотку напряжения L3, которая питается от линейного напряжения генератора через дроссель L4 с регулируемым воздушным зазором и резистор R3. Вторичная обмотка трансформатора L5 через выпрямитель U1 питает обмотку возбуждения возбудителя LG1.

Принципиальная схема регулятора напряжения УБК-М

Корректор напряжения состоит из измерительного трансформатора Т3 с контуром частотной компенсации и магнитного усилителя А, воздействующих на обмотку подмагничивания L6 трансформатора Т1.

Током выхода трансформатора Т1 управляют, изменяя его подмагничивание, которое зависит от тока обмотки управления L6. Например, при увеличении подмагничивания уменьшается индуктивность обмотки трансформатора и увеличивается ток выхода. Таким образом, трансформатор Т1 обеспечивает управляемое фазовое компаундирование генератора, т. е. при возрастании тока нагрузки или уменьшении коэффициента мощности он увеличивает возбуждение генератора.

К преимуществам регуляторов УБК-М относится большая надежность благодаря отсутствию у них подвижных механических устройств и контактов. Регуляторы имеют высокую чувствительность и обеспечивают устойчивую параллельную работу генераторов, а также максимальное возбуждение при значительных провалах напряжения на шинах электростанции.

Главная особенность системы автоматических регуляторов напряжения УБК-М, РНА-65, а также РУН — возможность применения их лишь при наличии возбудителя, который существенно снижает надежность установки и быстродействие системы регулирования, значительно увеличивает массу и габаритные размеры.

Синхронные генераторы трехфазного тока типов МСС, МСК, и ГСС имеют статическую систему самовозбуждения автоматического регулирования напряжения. Она работает по принципу фазового компаундирования с применением трехобмоточного трехстержневого трансформатора, силовых полупроводниковых выпрямителей (рис. 2). Основные элементы системы: G — синхронный генератор, VI—V6 — выпрямители, С1— СЗ — конденсаторы, Т — трансформатор фазового компаундирования, имеющий три обмотки: L1, включенную последовательно в статорную обмотку генератора; L2, включенную последовательно с конденсаторами на напряжение генератора, и L3, обеспечивающую питанием обмотку возбуждения генератора.

Принцип самовозбуждения синхронных генераторов, так же как и генераторов постоянного тока, основан на использовании остаточного магнитного поля. Так как сопротивление выпрямителей при малых токах гораздо больше, чем при номинальном, то для начального возбуждения генератора необходимо, чтобы э. д. с., наводимая в обмотке, была достаточно большой. Это достигается включением последовательно с обмоткой L2 конденсаторов С.

Реактивные сопротивления обмотки и конденсаторов подобраны таким образом, что при пуске генератора, когда частота тока в обмотке L2 достигнет 80% номинальной, в контуре наступит резонанс напряжений. Поэтому, несмотря на то, что напряжение, индуцируемое за счет остаточного поля, будет незначительным, по обмотке L2 пройдет большой ток. Вследствие этого в обмотке L3 наводится достаточная э. д. с., и генератор самовозбудится.

Принципиальная схема самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронного генератора

При работе генератора э. д. с., индуцируемая в обмотке L3, а следовательно, и ток в обмотке возбуждения генератора зависят от результирующей намагничивающей силы, создаваемой обмотками L1 и L2. Эти обмотки рассчитаны и включены таким образом, что при увеличении тока нагрузки генераторов или при снижении коэффициента мощности (соs ф) увеличиваются результирующая намагничивающая сила и э. д. с., наводимая в обмотке L3. Вследствие этого возрастают ток возбуждения и напряжение генератора. Для повышения точности регулирования в подобные системы фазового компаундирования вводят корректор напряжения.

Рассмотренная система позволяет уменьшить массу и габаритные размеры судовых дизель-генераторных установок, а также провалы напряжения в судовых электрических сетях.
Системы самовозбуждения генераторов имеют также устройство, обеспечивающее равномерное распределение нагрузок при параллельной работе генераторов. Такие системы отличаются большим быстродействием, что достигается исключением возбудителя из системы регулирования.

Автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами

На новых судах применяются автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами. Применяются различные схемные решения системы регулирования напряжения с использованием тиристоров. Регулирование по отклонению напряжения генератора выполняется путем сравнения регулируемого и эталонного напряжения с выдачей управляющего сигнала на систему управления тиристором. Эталонное напряжение устанавливается с помощью стабилитронов. Структурная схема тиристорного регулятора напряжения (рис. 3) имеет следующие элементы: ИБ — измерительный блок; ФИ — формирователь импульсов; БП — блок питания; Т — трансформатор; V — тиристор управления. Выходной сигнал измерительного блока преобразуется в сигнал управления тиристором с последующим регулированием тока обмотки возбуждения генератора.

Структурная схема тиристорного регулятора напряжения

В судовых генераторах применяется система амплитудно-фазового компаундирования с тиристорным управлением корректора напряжения. Применение тиристорной коррекции напряжения повышает быстродействие и чувствительность системы автоматического регулирования напряжения судовых генераторов.

В настоящее время в судовых электростанциях устанавливают бесщеточные синхронные генераторы типа ОС, а также типа S. Если в генераторах типов МСК, ГСС, МСС со статическими системами автоматического регулирования напряжения регулируемый ток возбуждения подается в обмотку возбуждения полюсов вращающегося индуктора (ротора) при помощи щеточных скользящих контактов, то в бесщеточных генераторах постоянный ток в роторе создается за счет индуцируемого тока в самом роторе. Принцип автоматического регулирования напряжения генераторов типа ОС, S показан на рис. 4.

С помощью системы автоматического регулирования напряжения АРН в зависимости от нагрузки на генератор G1 регулируется постоянный ток в обмотке LG1.2, установленной на специальных полюсах статора. При вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой LG1.2, индуцирует в трехфазной обмотке LG1.3 переменный ток. Выпрямленный ток в роторе при помощи выпрямителя V создает обмоткой возбуждения LG1.1 основной магнитный поток синхронного генератора. Самовозбуждение генераторов типов ОС, S осуществляется аналогично самовозбуждению генераторов типов МСК, МСС, ГСС с наличием щеточного механизма передачи постоянного тока возбуждения во вращающуюся часть машины.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector