Недостатки и способы их устранения
Для повышения надежности системы возбуждения и ее устойчивости необходимо сделать следующее:
а) поставить предохранители на входах в управляющий орган;
б) обеспечить предохранителями цепи питания КМОП-схем;
в) для гальванической развязки цепей силового тиристора и цепей электронных схем установить оптоэлектронную изоляцию.
Контрольные вопросы
Состав системы возбуждения WGSY.
Работа управляющих органов.
Возможные неисправности системы возбуждения.
Глава 9. Цифровой тиристорный регулятор напряжения судовых генераторов (цтрн)
ЦТРН обеспечивает:
автоматическое поддержание напряжения в пределах
2 % от номинального при изменении
нагрузки от холостого хода до номинальной
в статическом режиме;автоматическое восстановление напряжения с отклонением ± 2 % за время не более 1,5 с при набросе 50 % или сбросе 100 % нагрузки по току генератора;
автоматическое отключение возбуждения генератора при понижении частоты напряжения генератора до 47 Гц;
автоматическое отключение возбуждения генератора при превышении напряжения генератора на 10 % от номинального.
Состав.
Функциональная схема ЦТРН представлена на рис. 9.1.
ЦТРН включает в себя следующие блоки и узлы:
измерительный блок (трансформаторы ТV1, ТV2, ТV3);
блок силовой (предохранитель FUI, тиристор VS1, диод VD1);
блок управления и защит;
схему включения и отключения генераторного автомата.
Блок управления и защит реализован на одной плате и состоит из следующих схемотехнических узлов (рис. 9.2):
ФСУ — трехфазный выпрямитель (VD1-VD6);
ЗГ — задающего генератора, управляемого напряжением (D1, VТ1);
Рис. 9.1. Функциональная схема ЦТРН
Рис. 9.2. Принципиальная схема Блока управления и защит
ДЧ — делителя частоты (D2);
ФИ — формирователя импульсов (D6.4, D3.1, D3.2);
УС — компаратора (D7);
ФУИ — формирователя управляющих импульсов (VD20, VD16-VD19, VТ2, VT3);
ЗЧ — схемы защиты по частоте (D4,VD15,D5,D6.3);
ЗН — схемы защиты по напряжению (D6.1,D6.2,VT4);
ИП — выпрямителя и стабилизатора напряжения (VD10-VD13, VD14).
оптронной развязки VD20;
Назначение
Цифровой тиристорный регулятор напряжения предназначен для установки на судах в качестве регулятора систем автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов.
Принцип действия
ЦТРН построен по принципу импульсно-фазового управления. Напряжение синхронного генератора определяется током возбуждения, протекающим в обмотке возбуждения генератора. Этот ток регулируется силовым тиристором VS1 в зависимости от его угла открытия. Если тиристор открывается в самом начале положительной полуволны фазы А, то ток возбуждения максимален, если же тиристор открывается при угле близком к 120°, то ток возбуждения минимален. Угол открытия тиристора VS1 регулируется блоком управления и контролируется блоком защиты.
Принципиальная схема блока управления и защит представлена на рис. 9.2. Электронная схема выполнена на основе цифровых микросхем КМОП-логики с напряжением питания ±15В, что обеспечивает помехоустойчивую работу блока. Уровни напряжений на выходах микросхем соответствуют сигналам КМОП-логики. Низкий уровень (или логический ноль) -0В; высокий уровень (или логическая единица) +15В.
Устройство работает следующим образом.
Переменное трехфазное напряжение измерительного блока выпрямляется выпрямителем, собранном на диодах VD1-VD6. Фиксированная часть выпрямленного напряжения падает на стабилитронах VD7, VD8 и диоде VD9. Управляющее напряжение снимается со средней точки подстроечного резистора R3 "Уставка напряжения". Это управляющее напряжение воздействует на задающий генератор, управляемый напряжением. Полевой транзистор VТ1 выполняет роль регулирующего резистора в частотозадающей цепи генератора. При повышении напряжения синхронного генератора повышается управляющее напряжение. Напряжение цепи затвор-исток полевого транзистора VТ1 также возрастает, что приводит к увеличению сопротивления полевого транзистора. Следовательно, частота задающего генератора уменьшается. Наоборот, при уменьшении напряжения синхронного генератора уменьшается управляющее напряжение, напряжение цепи затвор-исток, что приводит к возрастанию частоты задающего генератора. Импульсы с выхода задающего генератора поступают на делитель частоты на 256, собранный на микросхеме D2.
Начальная установка задающего генератора, D1 и делителя частоты D2 осуществляется сигналом с выхода компаратора D7. Компаратор формирует прямоугольное напряжение, соответствующее напряжению фазы А. С начала положительной полуволны фазы А на выходе компаратора формируется сигнал низкого логического уровня, который разрешает работу задающего генератора и делителя частоты. Первоначально делитель частоты находится в нулевом состоянии. При достижении им состояния 255 на его выходе формируется сигнал высокого логического уровня. По фронту этого сигнала формирователем импульсов формируется одиночный импульс длительностью примерно 100 мкс, который через схему оптронной развязки отпирает силовой тиристор VS1. Таким образом, если напряжение синхронного генератора увеличивается, то фазовый угол открытия тиристора также увеличивается. Это приведет к уменьшению тока возбуждения и напряжения синхронного генератора до номинального. При уменьшении напряжения синхронного генератора фазовый угол открытия тиристора также уменьшается, силовой тиристор откроется несколько раньше, что приведет к увеличению тока возбуждения и, следовательно, к восстановлению напряжения синхронного генератора до номинального значения. Номинальное значение напряжения синхронного генератора выставляется подстроечным резистором R3.
Работа задающего генератора, управляемого напряжением, и делителя частоты синхронизируется прямоугольным сигналом с выхода компаратора. При низком логическом уровне компаратора разрешается работа задающего генератора и делителя частоты. По отрицательному переходу выходного сигнала компаратора начинается отсчет фазового угла открытия тиристора. Этот угол может изменяться в пределах от 10° до 120°. Питание всех микросхем осуществляется стабилизированным напряжением через выпрямитель VD10-VD13 и стабилитрон VD14.
Управление силовым тиристором осуществляется импульсом с выхода логического элемента D3.2. Для усиления этого импульса по току, достаточного для надежного открытия тиристора, служит эмиттерный повторитель, собранный на составном транзисторе VТ2, VТ3. Питание эмиттерного повторителя осуществляется от отдельного выпрямителя на диодах VD16-VD19. Для гальванической развязки цепей силового тиристора и цепей электронных схем установлена оптоэлектронная диодная пара VD20.
Схема защиты от пониженной частоты предназначена для автоматического отключения возбуждения синхронного генератора при снижении частоты до 47 Гц, например, при остановке дизеля. Схема защиты включает в себя задающий генератор на элементах D4.1, D4.2, D4.4 и делитель частоты на микросхеме D5 и работает следующим образом. Задающий генератор формирует импульсную последовательность частотой примерно 15 кГц. Эта последовательность поступает на делитель частоты, работа которого синхронизируется инвертированным сигналом с выхода компаратора D7. При высоком уровне напряжения па входах установки делителя последний находится в сброшенном состоянии. При появлении напряжения низкого уровня на его установочных входах делитель переводится в режим двоичного счета импульсов. Если частота силового напряжения равна 50 Гц, то до очередного сброса делителя он достигает состояния 128 и на выходе старшего разряда делителя D5 устанавливается напряжение высокого уровня. Таким образом, на выходе делителя формируется последовательность положительных импульсов с частотой синхронного генератора. При снижении частоты синхронного генератора длительность этих импульсов увеличивается, т. к. сброс делителя D5 происходит несколько позже. Далее импульсы с выхода делителя D5 детектируются диодом VD15, и на конденсаторе С16 выделяется постоянная составляющая. При номинальной частоте напряжение на входе элемента D6.3 недостаточно для его переключения. На выходе этого элемента присутствует сигнал высокого логического уровня. Если частота синхронного генератора снижается до 47 Гц, то напряжение на входе элемента D6.3 возрастает и превосходит порог его переключения. На выходе D6.3 устанавливается сигнал низкого уровня и после прохождения через элементы D3.3 и D3.4 сигнал низкого уровня закрывает логический элемент D1.4. Управляющие импульсы на тиристор не поступают, тиристор закрывается и синхронный генератор развозбуждается.
Уставка пороговой частоты развозбуждения синхронного генератора производится подстроечным резистором R18.
Схема защиты от перенапряжений предназначена для автоматического снятия возбуждения с синхронного генератора при превышении напряжения заданной величины при неисправном ЦТРН. Она работает следующим образом. Напряжение с выхода выпрямителя VD10-VD13 через резистор R20 поступает на вход порогового элемента D6.1. При превышении напряжением фазы В порогового на выходе элемента D6.1 устанавливается сигнал низкого уровня, который через элементы D3.3 и D3.4 закрывает элемент D4.1 для прохождения через него импульсов на делитель частоты. Синхронный генератор, как и ранее, развозбуждается. Установка порога напряжения срабатывания защиты осуществляется подстроечным резистором R20. Одновременно с закрытием тиристора транзистором VТ4 включается реле K1 в схеме включения и остановки синхронного генератора. Реле K2 отключает обмотку возбуждения ОВГ. Начальное возбуждение синхронного генератора производится амплитудным способом кнопкой "Пуск". При этом анодное напряжение тиристора, являющееся остаточным напряжением статорной обмотки синхронного генератора, прикладывается к управляющему выводу тиристора. Тиристор открывается и через обмотку возбуждения начинает протекать возрастающий ток, происходит самовозбуждение генератора. При достижении напряжением величины порядка 220 В срабатывает реле R1 в схеме пуска и останова и размыкает контактом К1.1 цепь начального самовозбуждения, предотвращая тем самым подачу на управляющий электрод тиристора высокого напряжения. Управление тиристором при этом передается блоку управления ЦТРН.
Снятие напряжения с работающего генератора производится кнопкой "Стоп", размыкающей цепь управления тиристором.
Возможные неисправности и способы их устранения сведены в таблицу 9.1.
Таблица 9.1
Наименование неисправности, внешнее проявление и дополнительные признаки |
Вероятные причины |
Метод устранения |
При включенной кнопке П генератор не возбуждается |
а) Неисправны VD1, VS1, FU1 |
Заменить неисправный элемент |
|
б) Обрыв цепи самовозбуждения генератора |
Устранить обрыв в цепи самовозбуждения |
После самовозбуждения генератора срабатывает защита от перенапряжения |
а) Неисправно реле K1 (не разрывает цепь самовозбуждения генератора) |
Заменить реле К1 |
|
б) Неисправны элементы измерительного звена или блока измерения, управления и защит. На управляющий электрод тиристора VS1 не поступают управляющие импульсы. |
Заменить неисправный элемент или блок полностью. |
При частоте вращения генератора ниже 0,9 номинального значения возбуждение генератора не снимается. |
Неисправна защита от понижения частоты или реле K2' |
Заменить реле или блок полностью. |