9.4. Гашение магнитного поля синхронных генераторов

Гашение магнитного поля является единственным способом форсированного снятия возбуждения. Необходимость такого действия возникает в режимах короткого замыкания в системе или при неполадках в самом генераторе, например при закорачивании витков обмотки возбуждения, и т.д.

Под гашением магнитного поля понимают процесс непрерывного и быстрого уменьшения поля генератора до заданного значения с целью понижения ЭДС генератора.

Тип системы возбуждения определяет и способ его выполнения. Однако вне зависимости от способа он должен обеспечивать:

• большое быстродействие процесса снижения ЭДС генератора до заданного значения;

• ограничение напряжения возбуждения.

Системы возбуждения с возбудителями. Наиболее распространенными способами гашения являются: разряд энергии обмотки возбуждения на активное сопротивление; разряд энергии на дугогасительную решетку; гашение поля путем противовключения возбудителя.

При гашении поля разрядом энергии на активное сопротивление (рис.9.15, а) в момент срабатывания защиты замыкается контакт 2 и размыкается с минимальным временем контакт 1. Обмотка возбуждения включается на сопротивление R_д и отсоединяется от возбудителя.

Рис. 9.15. Гашение поля: а – схема; б - кривые изменения тока 1 и напряжения 2

Т ок в обмотке возбуждения (рис. 9.15, б) начнет затухать согласно соотношению

где I_в0 – значение тока в обмотке возбуждения к началу процесса гашения поля; Т_в постоянная времени контура возбуждения, замкнутого на сопротивление R_д.

О т значения добавочного сопротивления R_д зависит как скорость гашения поля, так и максимальное напряжение на зажимах обмотки возбуждения.

Для цепи возбуждения напряжением 110…220 В значение добавочного сопротивления обычно составляет 4…5 r_в, для цепи возбуждения напряжением 24…48 В R_д = (7…8) r_в. Время гашения можно значительно уменьшить, если вместо добавочного активного сопротивления включить нелинейное сопротивление, увеличивающееся по мере уменьшения тока возбуждения.

Системы прямого компаундирования. Работа этих систем возбуждения зависит от взаимного расположения регулировочных характеристик системы возбуждения и генератора, точки пересечения которых являются точками установившегося режима.

Увеличение сопротивления цепи возбуждения приводит к тому, что при сопротивлении цепи возбуждения выше критического указанные характеристики не пересекаются (рис.9.16, б), т.е. машина развозбуждается.

Подобный способ гашения поля применяется в схемах компаундирования с последовательным включением канала тока и напряжения (рис. 9.16, а). Величина добавочного сопротивления определяется требуемым временем гашения поля (4Т_в) и допустимым перенапряжением на обмотке возбуждения.

Рис. 9.16. Гашение поля в системах прямо компаундирования с последовательным соединением каналов тока и напряжения введением добавочного сопротивления в цепь ротора СГ: 1 – холостой ход; 2 – номинальная нагрузка; R_д – добавочное сопротивление; r_в – сопротивление цепи возбуждения; r_вi – сопротивление обмотки возбуждения

Для схем компаундирования с параллельным включением источника тока и источника напряжения такой способ не подходит, так как источник тока не допускает разрыва вторичной цепи. Поэтому в таких схемах применяется закорачивание обмотки возбуждения (рис. 9.17).

Рис. 9.17. Схема гашения поля возбуждения СГ с системой прямого фазового компаундирования с параллельным соединением каналов тока и напряжения

Допускается шунтирование на постоянном токе и шунтирование входных зажимов выпрямителя со стороны переменного тока (шунтирование на переменном токе). Гашение поля в обеих схемах происходит медленно, с постоянной времени обмотки возбуждения. Однако в схеме с шунтированием на переменном токе из-за влияния вентилей в проводящем направлении процесс гашения поля несколько ускоряется. Для заметного ускорения процесса гашения поля в схемах с шунтированием можно в контур цепи возбуждения включать добавочное сопротивление по аналогии со схемой на рис. 9. 16, а.

9.5. Коррекция напряжения в системах возбуждения.

Системы компаундирования представляют собой параметрические системы возбуждения с положительными обратными связями по току и напряжению, точность поддержания напряжения которых зависит от точности совпадения регулировочных характеристик генератора и системы возбуждения в различных эксплуатационных режимах. Степень совпадения указанных характеристик во многом определяется идентичностью параметров элементов системы возбуждения а также характеристик однотипных генераторов. Кроме основных возмущающих факторов, существенное влияние на работу синхронного генератора оказывают частота вращения первичного двигателя, температура окружающей среды и т.д., что не учитывают системы такого типа.

Для повышения точности регулирования систем компаундирования в них вводится отрицательная обратная связь по отклонению напряжения – цепь коррекции напряжения. В цепь коррекции напряжения могут быть введены дополнительные связи по току нагрузки, току возбуждения, частоте.

Корректор напряжения, как любая отрицательная обратная связь по отклонению, должен содержать измерительный орган, усилитель и исполнительный орган.

Многообразие схем компаундирования с коррекцией напряжения принято делить на две основные группы:

• системы с воздействием корректора напряжения непосредственно на обмотку возбуждения;

• системы с воздействием корректора напряжения на элементы системы компаундирования.

Включение выхода корректора напряжения непосредственно на обмотку возбуждения. Такой вариант исполнения получил распространение в схемах с возбудителем или подвозбудителем. В схемах компаундирования синхронных генераторов такое включение корректора не получило распространения, так как это требует значительного увеличения мощности и габаритов корректора.

Схемы возбуждения с корректором напряжения, воздействующим на элементы систем компаундирования. При воздействии корректора напряжения на любой элемент системы компаундирования необходимо так рассчитать систему возбуждения, чтобы при неработающем корректоре напряжение на зажимах генератора было выше номинального при изменении нагрузки от нуля до I = 1,25 I_н с учетом как коэффициента мощности нагрузки, так и скорости вращения первичного двигателя. При выполнении этого условия система компаундирования обеспечит требуемую точность поддержания напряжения во всех режимах. Таким образом, функции корректора сводятся к отбору избыточной мощности системы возбуждения, что упрощенно иллюстрирует рис. 9.18.

Рис. 9.18. Внешние характеристики

СГ: с корректором напряжения (2) и

без него (1)

В схемах с последовательным соединением каналов напряжения и тока исполнительный силовой элемент корректора напряжения должен включаться последовательно или изменять параметры элементов, включенных последовательно с обмоткой возбуждения. В схемах систем с параллельным соединением каналов напряжения и тока он должен включаться параллельно или изменять параметры элементов, включенных параллельно обмотке возбуждения (рис. 9.19).

Рис. 9.19. Система прямого фазового компаундирования с параллельным суммированием каналов тока и напряжения с корректором напряжения

В схемах токового компаундирования корректор всегда воздействует на элементы, включенные в канал напряжения.