Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Система самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов серии МСС






 

Устройство АРН

Генераторы типа МСС установлены на большом количестве судов отечественной постройки. Схема их СВАРН представляет собой комбинированную систему стабилизации напряжения. Она сравнительно проста и показала себя надежной в эксплуатации.

К основ­ным элементам, входящим в систему, относятся (рис. 3.10):

синхронный генератор G;

трансформатор компаундирования ТК;

блок силовых выпрямителей UZ1, который включен на напряжение суммирующей обмотки w и подает питание на обмотку возбуждения генератора ОВ;

генератор начального возбуждения ГНВ с выпрями­телем UZ2;

управляемый дроссель с рабочими обмотками w и обмот­кой управления w (дроссель отбора тока ДОТ);

компенсатор реактивной мощности с трансформатором тока ТА, компаундирующим резистором R3 и выключателем ;

резистор термокомпенсации RК;

автоматический выключатель QF генератора;

выключатель тока возбуждения QS,

подстроечные резисторы R1, R2.

Рассмотрим устройство и принцип действия основных узлов схемы СВАРН.

 

Трансформатор компаундирования ТК. На каждом стержне магнитопровода ТК размещены четыре обмотки: две первичные – токовая wт и напряжения wн, и две вторичные – суммирующая wc и напряжения w.

Назначение и принцип действия первых трех обмоток - wт, wн и wc объяснены выше, вторичная обмотка w входит в состав узла распределения реактивных нагрузок и, кроме того, обеспечивает коррекцию по напряжению и, вместе с терморезистором RK, коррекцию по температуре.

У стержня, на котором расположена обмотка напряжения w , установлен магнитный шунт, который увеличивает индуктивное сопротивление этих обмоток. Поэтому векторы тока и магнитного потока Ф обмоток w отстают от вектора напряжения генератора на угол примерно 90º (рис. 3.10, б).

Дроссель отбора тока (ДОТ). Как следует из схемы, пониженное при помощи ТК линейное напряжение U обмотки w через резисторы R3 и R1 поступает на вход выпрямительного моста UZ3, с выхода которого выпрямленное напряжение через резистор R2 и терморезистор RK подается на обмотку управления wу дросселя отбора тока ДОТ.

ДОТ представляет собой трехфазный дроссель с тремя стержнями, на каждом из них находится рабочая обмотка. Эти обмотки соединены в «звезду». Они включены параллельно по отношению к суммирующей обмотке wc, т.е. выполняют роль своеобразного трехфазного шунта переменного тока.

Как следует из схемы, суммирующая обмотка служит источником питания двух обмоток – обмотки возбуждения генератора через мост UZ1 и трех рабочих обмоток wр непосредственно.

Принцип действия ДОТ состоит в следующем: при изменении тока в его обмотке управления wу изменяется степень подмагничивания сердечника, что приводит к изменению индуктивного сопротивления его рабочих обмоток wр. Например, при увеличении тока в обмотке управления wу сердечник дросселя дополнительно подмагничивается, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления рабочих обмоток wр, а значит, по закону Ома, к увеличению тока в них. Увеличенный ток рабочих обмоток протекает через суммирующую обмотку wc и увеличивает падение напряжения на ней. В результате напряжение на выходе суммирующей обмотки уменьшается, что приводит к уменьшению тока возбуждения генератора в обмотке ОВГ и снижению напряжения на зажимах генератора.

Таким образом, при увеличении тока в обмотке управления wу ДОТ напряжение генератора уменьшается, и наоборот.

 

 

Рис. 3.10. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения СГ типа МСС: а – принципиальная схема; б – векторная диаграмма магнитных потоков ТК; в – векторная диаграмма напряжений корректора напряжения

 

Самовозбуждение генератора. Процесс самовозбуждения синхронных генераторов протекает следующим образом.

Полюса ротора СГ имеют небольшой магнитный поток, который называют остаточным Ф .

При пуске ПД ротор СГ начинает вращаться, поэтому вместе с полюсами СГ этот поток вращается, пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в ней небольшую, порядка 20…30 В остаточную ЭДС. Эта ЭДС поступает в обмотку напряжения w ТК.

В результате в суммирующей обмотке wc появляется вторичная ЭДС величиной в несколько вольт (пара обмоток w и wc работает как обычный понижающий трансформатор, в котором w - первичная обмотка, а wc – вторичная). Эта ЭДС поступает на мостик UZ1, при помощи которого выпрямляется.

В результате в обмотке возбуждения генератора G возникает ток возбуждения, что приводит к резкому увеличению магнитного потока полюсов ротора. ЭДС обмотки статора увеличивается, что вызывает увеличение напряжения на обмотках w и wc ТК, а значит, к увеличению тока возбуждения генератора.

Далее описанный процесс увеличения тока возбуждения генератора является непрерывным. Напряжение на зажимах генератора также увеличивается.

Процесс самовозбуждения закончится в одном из двух случаев:

вследствие насыщения полюсов ротора, при этом напряжение на зажимах генератора составляет 430…460 В (в зависимости от типа генератора) при номинальном напряжении 400 В;

вследствие введения в цепь обмотки возбуждения генератора регулировочного реостата, при помощи которого можно изменять напряжение от нуля до максимального.

В данной схеме описанный процесс самовозбуждения невозможен, потому что при малых напряжениях на входе моста UZ1 (в начале процесса самовозбуждения) прямое сопротивление диодов мостика велико. Иначе говоря, мост UZ1 представляет собой своеобразную «пробку» на пути увеличения тока возбуждения генератора. Поэтому для обеспечения начального самовозбуждения в данной схеме использован генератор начального возбуждения ГНВ.

 

Генератор начального возбуждения ГНВ. ГНВ предназначен для устойчивого начального возбуждения генератора G.

ГНВ представляет собой однофазный генератор переменного тока с сильными постоянными магнитами на статоре (т.е. у него нет обмотки возбуждения на магнитных полюсах статора) и выходной обмоткой на роторе. Ротор ГНВ расположен на одном валу с ротором СГ.

Процесс начального самовозбуждения СГ протекает следующим образом.

После пуска приводного двигателя роторы СГ и ГНВ начинают разгоняться. При этом мощный магнитный поток полюсов ГНВ пересекает обмотку ротора ГНВ и наводит в ней трехфазную ЭДС, которая выпрямляется при помощи моста UZ2 и после выпрямления поступает на обмотку возбуждения ОВГ СГ.

В результате в обмотке статора СГ индуктируется трехфазная ЭДС, которая через обмотку напряжения w трансформируется в суммирующую обмотку w , выпрямляется при помощи моста UZ1 и после выпрямления поступает на обмотку возбуждения ОВГ СГ.

При этом ток возбуждения СГ увеличивается, что приводит к увеличению трехфазной ЭДС обмотки статора, а значит, к увеличению прямого напряжения на диодах моста UZ1 до значения, при котором диоды начинают пропускать ток (для кремниевых диодов это напряжение составляет порядка 1 В).

Как следует из схемы, выходные напряжения мостов UZ1 и UZ2 направлены встречно. Поэтому в номи­нальном режиме работы СГ, когда напряжение на выходе моста UZ1 больше напряжения на выходе моста UZ2, последний «запирается» и далее в работе схемы не участвует.

Амплитудно-фазовое компаундирование. Процесс амплитудно-фазового компаундирования поясняется с по­мощью векторной диаграммы, представленной на рис. 3.10, б. Как следует из диаграммы, вектор магнитного потока Фн обмотки напряжения wн отстает от вектора фазного напряжения генератора U на угол 90º, что объясняется большим индуктивным сопротивлением этой обмотки, обусловленным действием магнитного шунта ТК. Рассмотрим регулирование напряжения по величине (амплитуде) и характеру (фазе) поочередно.

Регулирование напряжения по величине (амплитуде) тока нагрузки. Рассмотрим регулирование напряжения при изменении тока нагрузки по амплитуде (величине). При некотором токе нагрузки магнитный поток Фт токовой обмотки wт ТК отстает от напряжения генератора U на угол φ. Этот поток суммируется с магнитным потоком Фн обмотки напряжения wн, в результате суммарный магнитный поток этих двух обмоток Фс пересекает витки суммирующей обмотки wc, наводя в последней некоторую ЭДС взаимоиндукции. Эта ЭДС поступает на вход мостика UZ1 и выпрямляется, вследствие чего через обмотку возбуждения генератора ОВГ протекает ток, обеспечивающий необходимое напряжение на зажимах генератора.

Если ток нагрузки увеличится, то напряжение генератора уменьшится. Однако при этом вектор магнитного потока токовой обмотки wт увеличится от прежнего значения Фт до нового значения Ф'т, что приведет к увеличению магнитного потока суммирующей обмотки wc от значения Фс до значения Ф'с , а значит, к увеличению ЭДС в этой обмотке и тока возбуждения. В результате напряжение генератора восстановится.

Регулирование напряжения по характеру (фазе) тока нагрузки. Если ток нагрузки, не изменяясь по величине, станет более индуктивным, напряжение генератора уменьшится из-за усиления размагничивания генератора индуктивной составляющей тока нагрузки, протекающего через обмотку статора генератора. Однако при этом вектор магнитного потока токовой обмотки wт, не изменяясь по величине, повернется на больший угол φ 11> φ), т.е. переместится из положения, занимаемого вектором Фт, в положение вектора Ф''т что приведет к увеличению магнитного пото

ка суммирующей обмотки wc от значения Фс до значения Ф''с , а значит, к увеличению ЭДС в этой обмотке и тока возбуждения. В результате напряжение генератора восстановится.

Коррекция по отклонению напряжения от заданного значения. Напомним, что основную роль в стабилизации напряжения играет ТК, с помощью которого отклонение напряжения от заданного значения не превышает ± 3, 5%. Для повышения точности регулирования до ± 1, 5% в схеме использована коррекция по отклонению напряжению.

Узел коррекции по напряжению работает следующим образом. При уменьшении напряжения генератора уменьшается линейное напряжение UВС на вторичной обмотке w ТК. При этом уменьшается ток в обмотке управления wу дросселя отбора тока ДОТ, что приводит к увеличению тока возбуждения генератора и восстановлению напряжения.

Коррекция по температуре. При повышении температуры обмоток статора и ротора напряжение генератора уменьшается. Однако при этом одновременно увеличивается сопротивление терморезистора RK, что приводит к уменьшению тока в в обмотке управления wу дросселя отбора тока ДОТ. В результате (см. объяснение работы ДОТ выше) ток возбуждения генератора увеличивается, и напряжение генератора восстанавливается.

Компенсатор реактивной мощности. В состав компенсатора входят: трансформатор тока ТА, компаундирующий резистор R3 и выключатель SА.

Первичная обмотка ТА включена в линейный провод фазы А. В цепь вторичной обмотки включен последовательно компаундирующий резистор R3. Переключатель SA имеет два положения – «Одиночная работа генератора» и «Параллельная работа генератора».

При одиночной работе генератора выключатель включен, его контакт замкнут и шунтирует вторичную обмотку трансформатора тока ТА и компаундирующий резистор R3. Поэтому компенсатор реактивной мощности не работает.

При парал­лельной работе СГ выключатель разомкнут. Теперь через вторичную обмотку ТА и резистор R3 протекает ток вторичной обмотки, создающий на резисторе R3 падение напряжения

Ū = Ī R3,

где Ī - ток вторичной обмотки ТА, прямо пропорциональный току фазы А генератора;

R3 – сопротивление компаундирующего резистора.

Резистор R3 ивторичные фазные обмотки «В»и «С» ТК соединены последовательно, поэтому на вход выпрямителя UZ3 поступает напряжение управления U = Ū + Ū . При таком напряжении управления ток Ī обмотки статора генератора отстает от напряжения на некоторый угол φ. При увеличении реактивной (индуктивной) составляющей тока генера­тора вектор тока фазы А, не изменяясь по величине (на диаграмме – по длине), повернется на угол φ и займет положение вектора Ī ' . Одновременно с вектором тока повернется на такой же угол вектор напряжения Ū , который займет положение вектора Ū ' . При этом напряжение управления увеличится до значения U' = Ū + Ū ' . Это приведет к уменьшению ЭДС генератора, и часть индуктивной нагрузки автоматически перейдет на второй генератор.

Резисторы R1, R2, R3. Резистор R1 предназначен для настройки схемы СВАРН на два разных напряжения (генераторы серии МСС выпускают на номинальные напряжения 400 и 230 В) – сопротивление этого резистора максимально при напряжении 400 В и минимально при напряжении 230 В. В обоих случаях на вход моста UZ3 поступает примерно одинаковое напряжение.

Резистор R2 предназначен для регулировки напряжения холостого хода генератора – чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток в обмотке управления w и тем больше напряжение холостого хода генератора. При этом внешняя характеристика генератора U (I) переместится вверх параллельно самой себе, т.е напряжение генератора при холостом ходе и при работе под нагрузкой будет больше, чем при прежнем значении сопротивления резистора R2.

Резистор R3 предназначен для изменения статизма (наклона) внешней характеристики генератора. Такое изменение позволяет обеспечить равенство токов нагрузки однотипных генераторов при их параллельной работе.

При увеличении сопротивления резистора R3 падение напряжения на нем Ū так же увеличивается, что приводит к увеличению напряжения управления U = Ū + Ū и, в конечном счете, к увеличению статизма (наклона) внешней характеристики.

Параметры регулирования. СВАРН данного типа обеспечивает стабилизацию напряжения СГ с отклонением ±2, 5 % номинального при условиях: установившегося температурного режима; изменении тока нагрузки от 0 до номиналь­ного значения; изменении коэффициента мощности от 0, 7 до 0, 9; коле­баниях частоты вращения ПД в пределах ±2 % номинальной.

При параллельной работе СГ обеспечивается пропорциональное распреде­ление реактивных нагрузок с отклонением не более ± 10 % номиналь­ной реактивной нагрузки наибольшего генератора.

При прямом пуске асинхронного двигателя наибольшей мощности время восстановления напряжения состав­ляет не более 0, 8 с.

Настройка СВАРН. Настройку СВАРН начинают на холостом ходу путём регулирова­ния воздушного зазора между магнитным шунтом и магнитопроводом ТК.

Необходимо, чтобы при частоте тока 51 Гц и отключенном регули­руемом дросселе ЭДС генератора составляла Е = (1, 10…1, 13) U . После этого включают цепь дросселя и резистором R2 уставки устанавливают нужное значение ЭДС (при включенном выключателе SA). Затем, переводя подвижной контакт резистора R2 в крайние положения, проверяют диапазон изменения уставки (от 1, 02 до 0, 93 U ). Если диапазон регулирования нужно сместить (например, при переходе от напряжения 400 В к напряжению 230 В, или наоборот), то это делают с помощью резистора R1.

Далее генератор нагружают. Если при этом наблюдается резкое падение напряжения, то чередование фаз подключения обмотки wн изменяют.

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.011 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал