5.6. Автоматические регуляторы возбуждения с компаундированием и электромагнитным корректором напряжения

Виды АРВ с УК и ЭМК

При совместном использовании УК и ЭМК могут быть осуществлены две принципиально отличные систе­мы и соответственно два вида АРВ:

1) АРВ с компаундированием полным током, которое осуществляется путем суммирования токов от трансфор­маторов тока и тока от трансформатора напряжения после их отдельного выпрямления; ^!

2) АРВ с фазовым компаундированием, которое осу­ществляется путем суммирования токов от трансформа­торов тока и трансформатора напряжения на стороне переменного тока до их выпрямления.

Автоматическое регулирование возбуждения

с компаундированием полным током типа ЭПА-305

Принципиальная схема АРВ с компаундированием возбуждения полным током приведена на рис. 5.14. Ре­гулятор состоит из трех устройств: УК, ЭМК и УБФ (по­следнее на схеме не показано). Измерительный орган ЭМК состоит из насыщающегося трансформатора ТМ, выпрямителей VS1 и VS2 и реостата RRL

Последовательно с первичной обмоткой трансформа-[тора ТМ, которая выполняет функции нелинейного эле­мента, включен через выпрямитель VS2 реостат RR1, а к вторичной обмотке этого трансформатора, которая выполняет функции линейного элемента, подключены через выпрямитель VS1 управляющая обмотка УО маг­нитного усилителя МУ и реостаты RR1 и RR2.

Ток h, проходящий по вторичной обмотке трансфор­матора ТМ, находится в линейной зависимости от напря­жения генератора и является током линейного элемента lap, характеристика которого приведена на рис. 5.11.

Ток 1\ в первичной обмотке трансформатора ТМ ра­вен сумме вторичного тока и тока намагничивания тран­сформатора.

При напряжении, когда сердечник ТМ еще не насы­щен, ток 1\ имеет линейную зависимость от напряжения генератора. Параметры элементов подобраны так, что­бы при этом ток /i был меньше тока h. С увеличе­нием напряжения происходит насыщение сердечника трансформатора ТМ, что сопровождается резким рос­том тока намагничивания, а следовательно, и тока 1_и при этом линейность зависимости тока h от напряжения на­рушается и при определенном значении этого напряже­ния Us ток /i, являющийся током нелинейного элемента, сначала становится равным, а затем и больше тока /_л,8-

Силовой орган ЭМК связан с измерительным орга­ном с помощью однофазного управляемого магнитного усилителя МУ, на сердечнике которого расположены две силовые обмотки СО, управляющая обмотка УО, об­мотка стабилизации СТО и обмотка положительной об­ратной связи ПОС.

Выпрямители VS3 в цепи силовых обмоток, вклю­ченных с разной полярностью, обеспечивают дополни­тельное подмагничивание сердечника магнитного усили­теля выпрямленным током, проходящим по силовым об­моткам. Магнитный усилитель, в котором силовые об­мотки используются для дополнительного подмагничивания сердечника, называется магнитным усилите­лем с внутренней положительной обрат­ной связью.

Магнитный усилитель работает на первичную обмот­ку ПО выходного трансформатора ТК, к вторичной об­мотке ВО которого подключен силовой выпрямитель VS4, Трансформатор ТК предназначен для согласова­ния параметров обмотки возбуждения возбудителя LE2, на которую работает ЭМК, с параметрами последнего, а также для улучшения характеристик ЭМК.

Ток в управляющей обмотке УО определяется раз­ностью напряжения линейного элемента £/_л,э и напря­жения, создаваемого током нелинейного элемента 1_ял,э на сопротивлении реостата RR1.

Когда £/_г=£/б (рис. 5.11), разность напряжений рав­на нулю. При этом через обмотки СО магнитного уси­лителя МУ проходит определенный ток. При отклонении напряжения генератора от U<s в сторону понижения уменьшаются напряжение £/_л,э и ток /_нл,э- Но посколь­ку ток /нл,9 изменяется по нелинейному закону, напря­жение, создаваемое этим током на сопротивлении рео­стата RRt, уменьшается в большей степени, чем напря­жение £/_л,а. В результате возрастает разность этих напряжений и, как следствие, увеличивается ток в об/ мотке УО магнитного усилителя. Последнее в свою оче­редь приводит к уменьшению индуктивного сопротивле­ния силовых обмоток СО и увеличению тока, который проходит через них в первичную обмотку ПО выходного трансформатора ТК, и к увеличению выходного тока ЭМК, который поступает в дополнительную обмотку воз­буждения возбудителя LE2. Таким образом, при пони­жении напряжения генератора ЭМК действует в сторону увеличения возбуждения.

При повышении напряжения генератора выше Ue разность напряжения и_л,_в и напряжения на сопротивле­нии реостата RR1 также может увеличиться, но это не приведет к увеличению тока ЭМК. Поскольку напряже­ние на сопротивлении реостата RR1 становится больше напряжения U_n<9, то выпрямитель линейного элемента VS1 закрывается, что приводит к снижению тока ЭМК до минимального значения, так как по управляющей об­мотке УО будет проходить только обратный ток выпря­мителя VS1, имеющий небольшое значение.

Для снижения тока ЭМК при повышении напряже­ния генератора используется также компенсирующая обмотка КО трансформатора ТК, включенная через на­сыщающий дроссель L встречно с первичной обмоткой ПО этого трансформатора. Нормально через КО прохо­дит небольшой ток. При повышении напряжения гене­ратора дроссель насыщается и ток компенсирующей обмотки возрастает, препятствуя увеличению выходного тока ЭМК.

Положительная обратная связь, осуществляемая с помощью обмотки ПОС на магнитном усилителе МУ, по­вышает его коэффициент усиления и, следовательно, эффективность действия ЭМК. Для стабилизации про­цесса регулирования возбуждения в регуляторе приме­нена гибкая отрицательная обратная связь, осуществля­емая с помощью трансформатора TST и обмотки СТО на магнитном усилителе МУ. В нормальном установив­шемся состоянии, когда напряжение ротора имеет неиз­менное значение, оно на вторичную обмотку трансфор­матора TST не трансформируется, и в обмотке СТО тока нет. i

При изменении напряжения ротора в процессе регу­лирования возбуждения на вторичной обмотке трансфор­матора TST появляется напряжение и, следовательно, ток в обмотке СТО. Эта обмотка включается так, чтобы создаваемый ею магнитный поток противодействовал из­менению магнитного потока, создаваемого обмоткой УО. Таким образом, при изменении напряжения ротора тран­сформатор TST ослабляет⁴ действие измерительного органа ЭМК, чем замедляет процесс регулирования и де­лает его более устойчивым.

Разделительный трансформатор TD и реостат RR3 служат для создания статизма, т. е. зависимости уровня поддерживаемого ЭМК напряжения от тока генератора.

Таким образом, при использовании ЭМК совместно с УК в рассматриваемом регуляторе основное и быстрое регулирование и форсировку возбуждения при близких КЗ обеспечивает УК, а ЭМК корректирует работу УК, обеспечивает более точное поддержание заданного уров­ня напряжения на шинах генератора и .форсировку воз­буждения при удаленных КЗ, когда ток генератора из­меняется недостаточно для работы УК.

Автоматическое регулирование возбуждения с фазовым компаундированием

В АРВ с фазовым компаундированием токи от транс­форматоров тока и напряжения суммируютcя до выпрям­ления и в обмотку возбуждения возбудителя подается ток, выпрямленный общим выпрямителем. Выпрямленный ток в этом случае пропорционален току генератора, напряжению на его шинах и фазовому углу между то­ком и напряжением.

Принцип действия фазового компаундирования рас­смотрен на упрощенной схеме (рис. 5.15). Основным элементом устройства является специальный трансфор­матор с подмагничиванием сердечника ТПМ. На сер­дечнике этого трансформатора расположены две пер­вичные обмотки тока ш_т и напряжения w_B, вторичная обмотка w_K и обмотка подмагничивания w_a.

Магнитный поток обмотки w_T пропорционален току генератора, а обмотки ад_н — напряжению на шинах ге­нератора. Поэтому ток во вторичной обмотке w_K про­порционален сумме этих составляющих. Этот ток вы­прямляется выпрямителем VS и поступает в обмотку возбуждения возбудителя.

Устройство фазового компаундирования обеспечива­ет большую точность поддержания напряжения генера­тора. Однако из-за насыщения стали магнитной системы генератора и возбудителя напряжение генератора не ос­тается постоянным и требует дополнительной корректи­ровки. Коррекция напряжения производится путем подмагничивания трансформатора ТПМ от специального электромагнитного корректора напряжения небольшой мощности ЭМК, который подключен к обмотке подмаг­ничивания w_n трансформатора ТПМ.

Полная . принципиальная схема быстродействующего регулятора напряжения с управляемым фазовым компаундированием возбуждения приведена на рис. 5.16. Си­ловой орган регулятора состоит из универсального транс­форматора с подмагничиванием ТПМ, автотрансформа­тора TL, дросселя L и выпрямителя VS4. Трансформатор ТПМ имеет четыре обмотки: две первичные питаю-

щие тока Т и напряжения Я, обмотку подмагничивания П, к которой подключен выход магнитного усилителя МУ, и вторичную обмотку С.

Обмотка Т трансформатора ТПМ питается от транс­форматоров тока ТА генератора, которые соединяются либо на разность токов двух фаз, либо на сумму токов двух фаз и разность третьей фазы. Обмотка Я питается от трансформатора напряжения TV. В результате в сер­дечнике трансформатора ТПМ замыкается магнитный поток, равный сумме магнитных потоков, создаваемых первичными обмотками.

Напряжение на обмотку Я трансформатора ТПМ подается через повышающий автотрансформатор TL и балластное сопротивление в виде дросселя L. Дроссель имеет большое сопротивление, значительно превышаю­щее сопротивление обмотки Я трансформатора ТПМ. Благодаря этому ток в обмотке И почти не зависит от ее сопротивления, которое может изменяться при подмагничивании сердечника трансформатора, и определя­ется только напряжением U_r.

Линейная зависимость тока в обмотке Я от напряже­ния генератора особенно необходима при его работе на холостом ходу и при малых нагрузках порядка 10— 15 % номинальной, когда ток генератора отсутствует или недостаточен и все регулирование возбуждения обеспечивается только за счет тока в обмотке л, т.е. от напряжения генератора.

Ток в обмотке Я с последовательно включенным дросселем отстает от приложенного напряжения пример­но на угол 60* что должно учитываться при подборе сочетания фаз токов и напряжений.

Автотрансформатор TL повышает напряжение на дросселе и обмотке Я, что дает возможность увеличить сопротивление дросселя для обеспечения линейной за­висимости тока в его цепи от напряжения. При более высоком напряжении уменьшается необходимая емкость конденсатора С1, который включается для компенсации индуктивного сопротивления обмотки Я и снижения на­грузки на трансформатор напряжения. Измерительный орган регулятора выполнен с помощью трехфазного на­сыщающегося трансформатора ТМ.

Последовательно с первичной обмоткой этого транс­форматора, которая используется как нелинейный эле­мент, включена через выпрямитель VS2 обмотка управления Я магнитного усилителя МУ. К вторичной обмот­ке трансформатора ТМ, которая используется как линейный элемент, подключена через выпрямитель VS1 обмотка управления Л магнитного усилителя МУ. 06-мотки Я и Л включены так, что токи нелинейного и ли­нейного элементов, проходящие в них, создают маг­нитные потоки, направленные встречно. В остальном принцип работы измерительного органа аналогичен рас­смотренному на рис. 5.14. Характеристика измеритель­ного органа имеет вид, приведенный на рис. 5.11, где /_л,э соответствует /₂, а /_Нл,э—h-

Магнитный усилитель регулятора МУ имеет на сво­ем сердечнике' две силовые обмотки СО с выпрямите­лями VS3 и пять обмоток управления. К основным об­моткам управления Л и Я подключены выходы линейно­го и нелинейного элементов измерительного органа. Об­мотка ВОС, включенная последовательно с обмоткой подмагничивания П трансформатора ТПМ, является об­моткой внутренней обратной связи. Обмотка ВОС вклю­чена согласно с обмоткой Я и встречно с обмоткой Л и Предназначена для усиления управляющего воздействия измерительного органа на трансформатор фазового ком­паундирования.

При повышении напряжения генератора ток нели­нейного элемента становится больше тока линейного эле­мента (см. рис. 5.16). Поэтому результирующая МДС обмоток управления Л и Я совпадает с МДС обмотки ВОС, что приводит к резкому возрастанию тока магнит­ного усилителя, поступающего в обмотку подмагничива­ния П трансформатора ТПМ. При увеличении подмаг­ничивания трансформатора ТПМ ток от регулятора, поступающий в обмотку возбуждения возбудителя, уменьшается, что приводит к снижению напряжения ге­нератора. Наоборот, при понижении напряжения гене­ратора ниже напряжения U^ ток линейного элемента пре­вышает ток нелинейного элемента. В этом случае резуль­тирующая МДС обмоток управления Л и Я действует против МДС обмотки ВОС, что приводит к резкому уменьшению тока магнитного усилителя и соответствен­но к увеличению тока регулятора.

Характеристика магнитного усилителя, показываю­щая зависимость тока магнитного усилителя от напря­жения на входе регулятора, приведена на рис. 5.17.

Обмотка ПОС является обмоткой положительной обратной связи, повышающей коэффициент усиления маг­нитного усилителя. Обмотка ТС, включенная через вы­прямитель VS5 последовательно с токовой обмоткой Т трансформатора. ТПМ, предназначена для введения в характеристику регулятора статизма, т. е. зависимости уровня поддерживаемого напряжения от тока генерато­ра, что необходимо для обеспечения заданного распреде­ления реактивной .мощности между параллельно рабо-

тающими генераторами. Регулирующий реостат RR2 предназначен для подбора характеристики измеритель­ного органа при наладке регулятора. Установочный ав­тотрансформатор TS имеет то же назначение, что и у ре­гулятора, рассмотренного выше.

Характеристики регулятора, показывающие зависи­мость тока регулятора от напряжения генератора, при­ведены на рис. 5.18. Нижняя характеристика соответст­вует холостому ходу, две средние — половинной нагрузке генератора и двум значениям cos ф, две верхние — пол­ной нагрузке генератора и также двум значениям cos ф. При этом меньшим значениям cos ф при одной и той же нагрузке генератора соответствуют более высокие ха­рактеристики.