Система возбуждения с генераторами переменного тока и выпрямителями.

Как указывалось выше, для мощных гидро- и турбогенераторов системы возбуж­дения с возбудителями постоянного тока, находящимися на одном валу с генера­торами, становятся неэкономичными и даже невыполнимыми. В этих случаях применяются системы возбуждения с генераторами переменного тока и управляе­мыми или неуправляемыми выпрямителями (рис. 40-3).

Схема рис., а положена в основу системы возбуждения гидрогенера­торов Волжских, Братской и Красноярской ГЭС, причем вспомогательный син­хронный генератор нормальной частоты 3 и возбудитель 7 расположены на одном валу с главным генератором 7, а ионный выпрямитель 5 с одноанодными венти­лями имеет сеточное управление от регулятора возбуждения сильного действия. Гашение поля осуществляется переводом выпря­мителя 5 в инверторный режим для передачи мощности от обмотки возбужде­ния главного генератора 2 к вспомогательному генератору 3.

Схема применяется заводом «Электросила» для турбогенераторов мощностью 150 тыс. квти выше. В этой схеме обмотка возбуждения 2 глав­ного генератора 1 получает возбуждение от индукторного генератора (возбуди­теля) 3 частотой 500 гц через кремниевые выпрямители 5. Генератор 3 имеет две обмотки возбуждения: обмотку независимого возбуждения 4, получающую пита­ние от вспомогательного генератора (подвозбудителя) 9 через выпрямители 5,и обмотку последовательного самовозбуждения 6. Генератор 9 имеет полюсы в виде постоянных магнитов. Генераторы 3 и 9 расположены на одном валу с главным генератором 1. Индукторный генератор не имеет обмоток на роторе и поэтому очень надежен в работе. Параллельно к обмотке его якоря присоединена трехфазная индуктивная катушка (дроссель) 10, подмагничиваемая постоянным током. Катушка 10 потребляет от генератора 8 индуктивный ток, и так, как при f == 500 гц индуктивное сопротивление обмотки якоря генератора велико, то напряжение на ее зажимах сильно зависит от тока катушки 10. Пуп м регулирования тока подмагничивания катушки 10 достигается быстрое регулирование напряжения генератора 3 и тока возбуждения i_f. Обмотка возбуждения 6 способствует форсировке возбуждения при коротких замыканиях за счет действия апериодического переходного тока в обмотке возбуждения 2.

Наиболее мощные современные турбогенераторы имеют i_f == 5000 — 10000а, и при этом даже работа контактных колец со щетками становится затруднительной. Поэтому в настоящее время строятся также генераторы с бесконтактными системами возбуждения. Такую систему можно выполнить, если обмотку якоря 8 генератора переменного тока поместим

Система самовозбуждения с фазовым компаундированием

на его роторе, укрепленном на валу главного генератора 7, а обмотку возбуждения 4 поместить на статоре. Полупроводниковые выпрямители 5 при этом укрепляются на диске, который также укреплен на валу генератора 1 и вращаете я вместе с его ротором и обмоткой возбуждения 2. Задача регулирования тока i_f в этом случае возлагается на подвозбудителъ 7—8, который также можно выполнить в виде бесконтактного генератора переменного тока. Подобные системы возбуждения весьма перспективны, но имеют тот недостаток, что гашение поля можно осуществить только в цепи обмотки 4 и в этом случае поле главного генератора гасится относительно медленно.

Компаундированные генераторы с самовозбуждением. Выше рассматривались независимые системы возбуждения, в которых вся энергия или ее часть для возбуждения синхронного генератора получалась от возбудителей в виде машин постоянного или переменного тока. Наряду с ними применяются также системы самовозбуждения, в которых эта энергия получается из цепи якоря самого гене­ратора. Особенно широко такие системы возбуждения применяются для генера­торов малой и средней мощности, работающих в автономных системах (лесо­разработки, транспортные установки и т. д.). В последние годы системы само­возбуждения все чаще начинают применять также для крупных генераторов, работающих в мощных энергосистемах, и для синхронных двигателей. При этом обычно используется также принцип компаундирования.

Вторичная э. д. с. параллельного трансформатора 3 про­порциональна U, а вторичная э. д. с. последовательного трансформатора 5 пропорциональна /. Вторичные обмотки этих трансформаторов включены парал­лельно и

Ток возбуждения i_f I_f зависит не только от величины тока нагрузки/,но и от его фазы, вследствие чего схема называется схемой фазового компаундирования. Это позволяет усиливать компаундирующее действие системы возбуждения при индуктивной нагрузке генератора, поскольку индуктивная

Схемы замещения системы самовозбуждения с фазовым компаундированием

составляющая тока нагрузки генератора вызывает наибольшее падение напря­жения.

Предположим, что первичные обмотки трансформаторов 3 и 5 приведены к вторичным, сопротивления этих трансформаторов и выпрямителей 6 равны нулю и сопротивление обмотки возбуждения 2, приведенной к стороне пере­менного тока, равно .

Пусть рассматриваемый генератор яв­ляется неявнополюсным. Тогда его векторная диаграмма имеет вид, изображенный на рис. 40-6 сплошными линиями. Так как U' и I_i пропорциональны U и I и сов­падают с ними по фазе (или сдвинуты относительно них на 180°), то схеме рис. 40-5 б и равенству (40-2) соответствует векторная диаграмма, изображенная на рис. 40-6 штриховыми линиями. Из этого рисунка следует, что при соответствующем выборе коэффициентов транс­формации трансформаторов 3 и 5 и сопротивления индуктивной катушки 4 векторные диаграммы рис. 40-6 будут подобны. Поэтому при U == const и при любой величине и фазе I будет U_f Е и, согласно (40-2), I_f Е, т.е. при любой нагрузке ток возбуждения i_f будет индуктировать такую э. д. с. А, что сохра­няется U == const.

При X_L=0 компаундирование будет отсутствовать. В этом случае при увеличении I трансформатор 5 будет брать на себя нагрузку трансформатора 3 и ток I_f увеличиваться не будет.

Трансформаторы 3 и 5 на рис. 40-4 можно объединить также в один общий трансформатор с двумя первичными обмотками и одной вторичной обмоткой, присоединенной к выпрямителю 6. Катушку 4 при этом необходимо перепоет в первичную обмотку напряжения. Вместо этого можно также искусственно уве личить рассеяние этой обмотки, отделив ее от других обмоток трансформатора магнитным шунтом. При высоком напряжении трансформатор 5 целесообразно включить со стороны нейтрали обмотки якоря генератора. В генераторах малой мощности иногда отказываются от трансформатора 3 и катушку 4 присоединяй и непосредственно к зажимам генератора. Применяются также другие разновидности подобных систем возбуждения.

Вследствие насыщения и других причин как у неявнополюсных, так и явно-полюсных генераторов U == const в действительности поддерживается с точно­стью (2—5)%. Для генераторов малой мощности такая точность достаточна, но для генераторов большой мощности необходимо дополнительное регулирова­ние напряжения с помощью корректора или регулятора напряжения. Для этой цели катушку 4 можно выполнить с подмагничиванием постоянным током, и в этом случае регулятор напряжения регулирует величину этого тока, чем достигается изменение X_L и тока I_f. в необходимом направлении. Если выпрямители 6 являются управляемыми, то регулятор напряжения может действовать на эти выпрямители.

Самовозбуждение синхронного генератора происходит только при наличии потока остаточного намагничивания, как и в генераторах , постоянного тока с параллельным возбуждением. Однако вследствие повышенного сопротивления выпрямителя при малых токах и других причин остаточный поток обычной величины индуктирует недостаточно большую э. д. с. для обеспечения самовозбуждения синхронного генератора и поэтому необходимо принимать дополнительные меры (применение резонансных контуров, включение в цепь возбуждения небольшого аккумулятора или добавочного генератора с постоянными) магнитами, увеличение остаточного потока посредством магнитных прокладок в полюсах генератора и пр.). Для получения резонансного контура параллельно зажимам выпрямителя 6 со стороны переменного тока можно подключить конденсаторы 7. Если емкости С подобрать так, что во время пуска генератора при n n_Н возникнет резонанс напряжений, то напряжение на конденсаторах 7 и напряжение выпрямителя 6 повысятся в несколько раз и произойдет самовозбуждение. При п=n_н условия резонанса нарушатся, и поэтому конденсаторы оказывают незначительное влияние на работу схемы. В схемах возбуждения применяются полупроводниковые выпрямители. Благодаря своей простоте, надежности и хорошим регулирующим свойствам подобные схемы возбуждения получают все более широкое применение. Для защиты от перенапряжений при асинхронном ходе и других необычных условиях выпрямители обычно шунтируются высокоомным и или нелинейными сопротивлениями.

Генераторы малой мощности с рассмотренной системой возбуждения допускают прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей, мощности которых соизмеримы с мощностью генераторов. При этом пусковой ток двигателя благодаря компаундированию осуществляют форсировку возбуждения генератора и поэтому его напряжение сильно не снижается, несмотря на большие пусковые токи индуктивного характера. Применяются и другие разновидности систем возбуждения. Характерным является все более широкая замена систем с возбудителями постоянного тока системами с полупроводниковыми выпрямителям

II.Системы возбуждения СД и их основные свойства

Основные применение машин возбуждения простота схемы управления и автономность питания, которая заключается в том, что I_возб не зависит от U-я сети. Недостаток – коллектор, который снижает надежность работы такой системы возбуждения. Статическая система возбуждения с тиристорами получили широкое распространение. Значительное их преимущество является их быстродействие, а также уменьшение шума в машинном помещение. Основным недостатком таких возбудителей является зависимость I_возб от U питающей сети. Однако электромашинные возбудители обеспечивают большую степень устойчивостью по сравнению с тиристорными возбудителями, высокую кратность форсировки статическими возбудителями невозможно. Основным плюсом без щеточных систем возбуждения заключается в том что энергия передается без контактных колец и щеток. При использование систем возбуждения в таких системах можно обеспечить автономность его работы в зависимости от U-я питания сети, т.к. питание обмотки возбуждения синхронных возбудителей можно осуществить от измерительных трансформаторов тока и U-я. К минусам следует отнести трудность с обеспечением контроля и замера тока и U-я возбуждения, а также затруднений связанных с необходимостью размещения на валу разрядного резистора, для замыкания ОВ в период пуска.