1.1.3 Системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов (сварн)

На величину напряжения судовых синхронных генераторов влияют три фактора:

• частота вращения ПД (дизеля, турбины);

• изменение тока нагрузки генератора;

• нагрев при работе обмоток статора и ротора генератора.

Рассмотрим действие этих причин более подробно.

При изменении частоты вращения ПД изменяются сразу два параметра синхронного генератора:

• частота тока генератора

f = _.

• ЭДС обмотки статора генератора

Е = 4,44 f w Ф,

где р – число пар полюсов на роторе генератора (величина постоянная);

n – частота вращения приводного двигателя генератора, об/мин;

f – частота переменного тока;

w – число витков фазной обмотки (величина постоянная);

Ф – магнитный поток возбуждения генератора.

Из приведенных формул следует, что при уменьшении частоты вращения ПД уменьшаются частота тока генератора, его ЭДС, а значит, и напряжение.

Основными приемниками электроэнергии на судах являются асинхронные двигатели. Они создают для синхронных генераторов активно-индуктивную нагрузку.

При увеличении тока нагрузки активная составляющая увеличивает тормозной электромагнитный момент генератора, что приведет к уменьшению скорости ПД и снижению напряжения СГ; индуктивная составляющая ослабляет магнитный поток генератора, что также приводит к уменьшению его напряжения.

Таким образом, при набросе нагрузки каждая составляющая тока нагрузки снижает напряжение генератора.

При работе генератора его две обмотки - обмотка статора и обмотка возбуждения (на роторе), нагреваются, потому сопротивление обмоток увеличивается. В результате увеличивается падение напряжения на активном сопротивлении обмотки статора, а также и уменьшается ток возбуждения. В обоих случаях напряжение генератора уменьшается.

Современные АРЧ и АРН позволяют успешно компенсировать действие причин, вызывающих изменение напряжения генераторов. При этом, в случае, если действие каких-либо причин не в состоянии компенсировать АРЧ, это делает АРН.

Например, если АРЧ дизеля (турбины) работает ненадежно, имеющийся в схеме АРН генератора узел частотной коррекции изменяет в нужном направлении ток возбуждения генератора, поэтому напряжение остается стабильным. Так, в случае, если частота вращения приводного двигателя генератора меньше номинальной, что приводит к уменьшению частоты тока и напряжения генератора, этот узел увеличивает ток возбуждения и тем самым восстанавливает напряжение.

Стабилизацию напряжения при изменении тока нагрузки по величине и характеру обеспечивает одновременное действие АРЧ и АРН.

Например, при набросе нагрузки на генератор АРЧ увеличивает подачу топлива, компенсируя увеличение тормозного электромагнитного момента генератора и стабилизируя частоту тока, а АРН увеличивает ток возбуждения генератора, восстанавливая напряжение до номинального.

Стабилизацию напряжения при нагреве генератора обеспечивается при помощи узла температурной компенсации в составе АРН (см. ниже). При нагреве этот узел автоматически увеличивает ток возбуждения генератора, восстанавливая напряжение до номинального.