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.

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

П ростейшим 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.