Автоматическое регулирование возбуждения СД.

Производится для решения следующих задач:

1. для повышения устойчивости параллельной работы,

2. для поддержания U в узлах энергосистемах и у потребителей на требуемом уровне,

3. для ускорения восстановления U до нормального значения после к.з. и при самозапуске нагрузки

Простейшим устройством для дискретного воздействия на систему возбуждения СМ с целью увеличения тока возбуждения до предельного значения допускаемой перегрузкой ротора является форсировка возбуждения.

Устройство форсировки возбуждения срабатывает при уменьшение U до 0,85U_ном. Устройство АРВ в зависимости от параметра на которое оно реагирует и характеристика этой реакции относятся либо к регуляторам:

1. пропорционального дейсвия

2. сильного действия

Простейшим авт. Устройством предназначенным для быстрого увеличения возбуждения Г в аварийном режиме является релейная форсировка U (реле U kV, контактор КМ)

Принцип действия форсировки состоит в том что при значительном уменьшение U на зажимах Г менее 85%U_ном реле kV замыкает свои контакты и приводит в действие контактор форсировки КМ, который срабатывая закарачивает R шунтирующего реостата RR, в результате ток возбуждении возбудителя резко растет до max значения и возбуждение Г достигает предельного значения.

Регулятор пропорционального действия реагирует на знак и отключает ток и напряжение от установившегося значения, а регулятор сильного действия реагирует не только на знак изменяющегося U и I и на скорость изменения этих параметров на производную.

Компаундирование - автоматическое регулирование тока возбуждения в зависимости от тока статора.

В нормальном режиме в случае увеличения тока статора Uгенератора уменьшается но устройство компаундирования автоматически увеличивает Iвозбуждения а следовательно и Iротора Г благодаря чему U на зажимах статора Г восстанавливается.

Устройство компаундирования работает и в аварийных режимах Г, когда U Г уменьшается, а ток статора увеличивается.

III. Система возбуждения синхронной маши­ны состоит из возбудителя и системы регули­рования тока возбуждения, замыкающегося в обмотке возбуждения синхронной машины и в обмотках возбудителя Система возбуждения должна обеспечивать надежную работу синх­ронной машины, выполняя регулирование то­ка возбуждения, форсировку возбуждения, га­шение поля возбуждения Эти процессы в крупных машинах осуществляются автоматиче­ски [20] Системы возбуждения делятся на два типа — прямые и косвенные.

В прямых системах возбуждения якорь возбудителя жестко соединен с валом синх­ронной машины В косвенных системах возбу­ждения возбудитель приводится во вращение двигателем, который питается от шин собст­венных нужд электростанции или вспомога­тельного генератора Вспомогательный гене­ратор может быть соединен с валом синхрон­ной машины или работать автономно Прямые системы более надежны, так как при аварий­ных ситуациях в энергосистеме ротор возбуди теля продолжает вращаться вместе с ротором синхронной машины и обмотка возбуждения не обесточивается

На рис 4 86, а—в приведены наиболее ра­спространенные схемы возбуждения синхрон­ных машин

На рис 4 86, а представлена наиболее распространенная прямая схема с электрома­шинными возбудителями К обмотке возбужде­ния ОВГ синхронного генератора СГ посто­янный ток через контактные кольца подается с якоря возбудителя В Обмотка возбуждения возбудителя ОВВ питается от якоря подвозбудителя ПДВ Управление током в обмотке возбуждения синхронного генератора осущест­вляется резистором, включенным в цепь обмотки возбуждения подвозбудителя ОВПДВ

Подвозбудитель и возбудитель — генера­торы постоянного тока Их якоря муфтами соединены с ротором синхронного генератора Мощность обмотки возбуждения генераторов постоянного тока составляет 0,2—5 % мощ­ности генератора Поэтому мощность управле­ния в каскадной схеме из двух генераторов постоянного тока (рис 4 86, а) составляет не­сколько процентов мощности возбуждения синхронного генератора Коэффициент усиле­ния схемы равен произведению коэффициентов усиления по мощности двух генераторов по­стоянного тока (10²—10³)

Предельная мощность генератора посто­янного тока с частотой вращения 3000 об/мин примерно 600 кВт Поэтому генераторы по­стоянного тока в качестве возбудителей могут Применяться в турбогенераторах мощностью 100—150 МВт Генераторы постоянного тока в качестве возбудителей находят широкое при­менение в синхронных двигателях и синхронных генераторах автономных энергетических систем

На рис 4 86, б дана схема косвенного воз­буждения с возбудителем — генератором по­стоянного тока с независимым возбуждением Якорь генератора постоянного тока вращается асинхронным АД или синхронным двигателем, которые подсоединяются к сети переменного тока, не зависящей от напряжения синхронно­го генератора

Наибольшее распространение получили схемы возбуждения со статическими преобразователями переменного тока в постоянный В 50 х годах для возбуждения гидрогенераторов применялась схема возбуждения с ртутными выпрямителями, а в последнее время широкое применение находят тиристорные схемы воз­буждения Тиристорные схемы возбуждения могут быть контактными и бесконтактными В контактных схемах через кольца ток возбуждения от тиристорного преобразователя подается на обмотку возбуждения. При этом переменный ток на тиристорный преобразова­тель подается или от электромашинного воз­будителя, или от сети.

В крупных турбогенераторах в качестве электромашинного источника электрической энергии используется индукторный высокочас­тотный генератор (рис. 487). Ротор индук­торного генератора жестко связан с ротором турбогенератора На роторе индукторного ге­нератора нет обмоток, а обмотки якоря рас­положены на статоре. Принцип действия ин­дукторного генератора рассматривается в § 423.

В бесщеточных системах возбуждения об­мотка якоря и выпрямители находятся на ро­торе. Возбудитель выполняется многофазным для турбогенератора мощностью 1000 МВт, 1500 об/мин Возбудитель имеет длину 3 м. Мощность возбудителя в кратковременном режиме 7,2 МВт и при длительной работе 2 8 МВт. Максимальный ток 9,6 кА при на­пряжении 0,75 кВ. В турбогенераторе мощно­стью 500 МВт мощность возбудителя 2,4 МВт.

Ко всем системам возбуждения предъяв­ляются жесткие требования, регламентирован­ные ГОСТ Системы возбуждения должны обе­спечивать форсировку возбуждения при сни­жении напряжения сети и аварийных режимах. Согласно ГОСТ 183-74 кратность предельного установившегося напряжения возбудителя (от­ношение максимального напряжения возбуди­теля к номинальному напряжению возбудите­ля) для крупных генераторов и синхронных компенсаторов равна 1,8—2, для других синхронных машин — 1,4—1,6.

Системы возбуждения должны быть быстродействующими. Номинальная скорость нарастания напряжения возбудителя, т. е. изме­нение напряжения от номинального до макси­мального, должна быть 1—1,5 с для крупных машин, а для остальных 0,8—1 с.

Регулирование тока возбуждения, как правило, осуществляется путем изменения на­пряжения возбудителя. Так как возбудитель не насыщен, ток возбуждения изменяется про­порционально напряжению Только в синхронных машинах небольшой мощности регулирование тока возбуждения осуществляется рео­статами.

Гашение поля при аварийных режимах обеспечивается АГП за 0,8—1,5 с. Обычно со­противление, на котором происходит гашения поля, в 5 раз превышает сопротивление контура возбуждения, а напряжение на нем в переходном процессе не превышает более чем в5 раз напряжение возбуждения.

Наряду с системами возбуждения, рассмотренными выше, применяются системы возбуждения от высших гармоник и обрати! последовательности

В воздушном зазоре электрической маши­ны существует бесконечный спектр гармоник поля, которые вращаются со скоростью, от­личающейся от основной гармоники, или вра­щаются в противоположном направлении — отношению к основной гармонике Высшие гармоники поля наводят в обмотках ротора напряжения, зависящие от скольжения и амплитуды гармоники. Если закоротить обмотки ро­тора выпрямителями, в них будет протекать пульсирующий ток высших гармоник, который создаст постоянный поток возбуждения от МДС F, (рис 4 88)

Обычно для возбуждения используется 3 я гармоника поля и выполняется специаль­ная обмотка на роторе с числом полюсов, в 3 раза большим по отношению к основной гар­монике С возбуждением от 3 и гармоники выпускается серия синхронных генераторов ЕС мощностью до 100 кВт

Представляет интерес использование для возбуждения обратного поля В однофазных двигателях при возбуждении от обратной последовательности (рис 4 88) могут быть полу­чены массогабаритные и энергетические харак­теристики, близкие к характеристикам трех­фазных асинхронных двигателей

Системы возбуждения синхронных машин весьма разнообразны и во многом определяют конструкцию синхронной машины. Некоторые видоизменения систем возбуждения будут рас­смотрены при изучении специальных синхрон­ных машин.