Контрольные вопросы

1. Принцип действия системы возбуждения ELIN.

2. Устройство АРН.

3. Принцип действия АРН.

4. Возможные неисправности системы возбуждения.

5. Обслуживание системы возбуждения ELIN.

Глава 12. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения strömberg2

Система является унифицированной замкнутой и представляет собой импульсно-фазовое управление тиристорами по отклонению напряжения вертикальным способом.

Состав (рис. 12.1):

Рис. 12.1

• G — синхронный генератор;

• JK — обмотка возбуждения СГ;

• ТA — трансформатор тока;

• D — трехфазный выпрямитель с трансформатором напряжения TV2;

• е1 — выключатель защиты цепи возбуждения от сверхтока;

• d1 — контактор включения начального возбуждения;

• TV1 — трехфазный трансформатор питания АРН;

• b1 — кнопка моторного реостата EVA;

• PB — кнопка начального возбуждения от аккумулятора АБ;

• EVA — внешний реостат заданного напряжения генератора АРН;

• AVR — автоматический регулятор напряжения.

В свою очередь АРН (рис. 12.2) состоит из:

G

Рис. 12.2. Блок-схема регулирования напряжения

• r2 — потенциометра обратной связи;

• D — трехфазного выпрямительного моста;

• C — цепи стабилизированного питания блоков АРН ± 12 В;

• PI — компаратора-усилителя;

• P — цепи импульсного управления тиристорами;

• T — тиристорного блока;

• U> — устройства защиты генератора от перенапряжения;

• E — цепи начального возбуждения.

Работа: заданное напряжение генератора U_зад, регулируемое реостатом EVA, и текущее напряжение генератора U_тек поступают на компаратор-усилитель Р1 (см. рис. 12.2), где сравниваются, и определяется

ΔU = U_тек – U_зад.

Величина ΔU невелика — 1-8 В. Поэтому она усиливается и поступает в Р-цепь импульсного управления тиристорами. В зависимости от величины усиленного ΔU изменяется угол открытия тиристоров.

Когда включается нагрузка на генератор_, его текущее напряжение U_тек пропорционально уменьшается. Напряжение U_зад будет поддерживаться постоянным, благодаря уставке и стабилизатору напряжения С.

Напряжение выхода усилителя ΔU' начинает повышаться. Если это продолжается значительное время, то тиристорный блок увеличивает напряжение возбуждения (следовательно, и ток), что в общем случае приводит к повышению напряжения генератора.

Таким образом, выходное напряжение усилительного блока при различных нагрузках регулирует ток возбуждения в таких пределах, чтобы напряжение генератора поддерживалось на заданном значении.

На рис. 12.3 показаны кривые влияния выходного напряжения ΔU усилителя на напряжение конденсатора, К9 — U₅ и на угол зажигания тиристора. Минимальное напряжение усилителя — 10 В. Если генератор работает на холостом ходу, напряжение усилителя будет 8 В. Если генератор работает на номинальной нагрузке, напряжение усилителя — -5 В. (в зависимости от типа регулятора).

Рис. 12.3. Графическое определение угла открытия тиристора

На рис. 12.4 показана зависимость напряжения возбуждения от напряжения усилителя ΔU: по вертикали — напряжение возбуждения, по горизонтали — напряжение усилителя.

Рис. 12.4. Диаграмма зависимости напряжения возбуждения от напряжения усилителя ΔU

Действие тиристорного блока. Цепь зажигания тиристора, используемая в регуляторе, соответствует принципиальной схеме, приведенной на рис. 12.5 (эквивалентная схема указана для одной фазы (R) тиристорного моста).

Рис. 12.5. Цепь зажигания тиристора

Когда напряжение R-фазы начинает увеличиваться, конденсатор k9 заряжается через сопротивление r₁₃ и по достижению значения, соответствующего напряжению зажигания тиристора, конденсатор разряжается и тиристор открывается. Регулировкой сопротивления r₁₃ можно установить любой необходимый момент включения тиристора. Обычно r₁₃ фиксируется в определенном положении, а зажигание тиристора выполняется в зависимости от выходного напряжением усилителя.

Силовой тиристор n₁ (рис. 12.6) управляется маломощным вспомогательным тиристором n₇, имеющим значительно меньший ток управления. Выходное напряжение усилителя находится в пределах от –10 B до +10 B. Один конец конденсатора k9 соединен с питающим напряжением -12 B. Диод n₅ является защитным от зарядки конденсатора через сопротивления r₁₅ и r₁₆ в случае отрицательного выходного напряжения ΔU' усилителя. Отходящие концы усилителя соединены с цепями зажигания тиристоров через диоды n₅. Резисторы r₁₃ регулируются так, что углы зажигания всех тиристоров одинаковые при том же выходном напряжении ΔU' усилителя.

Рис. 12.5. Принципиальная схема блока усилителя

PI — интегральный усилитель ( рис. 12.6). Основное назначение усилителя состоит в том, чтобы сравнивать текущее напряжение генератора U_тек и заданное U_зад с нулевым потенциалом 0 В.

Когда увеличивается положительное значение U_зад относительно нулевого потенциала, выходное напряжение ΔU ٰстановит­ся отрицательным, в результате чего углы открытия тиристоров и среднее значение тока возбуждения уменьшаются. Соответственно, когда падает напряжение генератора, значение U_зад становится отрицательным по отношению к текущему напряжению, а выходное ΔUٰ — положительным, напряжение возбуждения повышается. Диапазон изменения напряжения выхода ΔU зависит от величины обратной связи усилителя.

Узел обратной связи состоит из конденсатора K2, ряда резисторов r9 – r11 и конденсаторов K3-K5 с различными вариантами включения.

Управляющее напряжение регулятора постоянного тока, пропорциональное текущему напряжению генератора, снимается с блока «трехфазный трансформатор m_l — выпрямительный мост n_0l» (рис. 12.7). Напряжение питания ±12 В усилителя поддерживается стабилитронами n₂, n₃. Общая точка стабилитронов, соединенная с тиристорным мостом и выводом J обмотки возбуждения генератора, используется как нулевой и эталонный потенциалы.

Рис. 12.6. Принципиальная схема регулятора напряжения типа SMUJ (фаза R)

Составляющая напряжения от реактивной мощности генератора суммируется с напряжением трансформатора ml (включая токовый компенсационный трансформатор fl и сопротивление г2.) Сопротивления rl и r2 узла стабилизации напряжения настроены таким образом, что усилитель имеет на выходе полное напряжение при 50 % напряжении генератора. Конденсаторы К1, К6, К7 (последние два не показаны), являются защитными для аппаратуры при различных повреждениях соединительных кабелей генератора, серводвигателя и др.

Начальное возбуждение генератора. В регуляторах типа SMUJ узел начального возбуждения (рис. 12.7) состоит из трансформатора m3, диода n5 и реле d1. Когда напряжение обмотки статора достигнет 50 % величины от номинального, оно становится вполне достаточным для нормального функционирования регулятора. Каждый тиристор открыт на 120^о до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет номинального значения.

Рис. 12.7. Цепь начального возбуждения

Когда вспомогательное напряжение достигает величины более 150 В, необходимость в блоке начального возбуждения отпадает и реле dl отключает цепь трансформатора m3.

На рис. 12.9 показан трансформатор m2, который питает также цепь защиты от перенапряжения. Напряжение постоянного тока 48B от трансформатора m2 после выпрямителя n16, необходимое для срабатывания реле dl, стабилизируется цепью: стабилитроны n17, n18 и транзисторы р3 и р4. Непосредственное включение реле осуществляется тиристором n20, который открывается, когда напряжение выходного диодного моста n16 достигает необходимого значения, определяемого резистором г31 и г35. Для улучшения стабильности работы последовательно с управляющим электродом тиристора n20, включен стабилитрон n2.

Рис. 12.9. Схема отключения первоначального возбуждения

В общем случае, резисторы r31 и r35 подбираются так, чтобы включение тиристора производилось при напряжении генератора около 200 В.

Для начального возбуждения может быть использована аккумуляторная батарея 12 – 24 В или какой-либо другой источник, который подключается к клеммам 7, 8 АРН.

Аккумуляторы подключаются к регулятору согласно схеме рис. 12.10.

Блок компенсации АРН. При параллельной работе увеличение тока возбуждения влечет за собой увеличение реактивной мощности, вследствие чего ток статора может превысить номинальное значение. При отсутствии узла компенсации реактивная мощность не может равномерно распределяться между генераторами. Неустойчивого распределения реактивных мощностей можно избежать обеспечением наклонного типа характеристики регуляторов. Практически это осуществляется добавлением к напряжению обратной связи компонента, зависящего от тока нагрузки.

Рис. 12.10. Схема подключения аккумулятора начального возбуждения к регулятору

На рисунке показаны изменения напряжений двух параллельно работающих генераторов в зависимости от реактивного тока нагрузки и при наличии токовой компенсации. Наклонность характеристики регуляторов одинаковая (рис. 12.11, а). При определенной нагрузке общее напряжение равно U. Точки пересечения горизонтальной, изображающей напряжение U, и характеристики генераторов соответствуют реактивным токам генераторов.

Рис. 12.11. Распределение реактивной мощности в зависимости от нагрузочных характеристик генераторов и их мощностей: а — генераторы одинаковой мощности; б — генераторы разной мощности

Путем уставки напряжений холостого хода U₀₁ и U₀₂ и наклонов характеристик на одинаковое значение, реактивные токи генераторов будут одинаковые. При разной мощности генераторов, каждый генератор отдает реактивную мощность, пропорциональную его номинальной мощности. Из теории известно, что падение напряжения на резисторе r2 активной составляющей главного тока незначительно влияет на величину напряжения регулятора.

На схеме (рис. 12.12) видно, что ток генератора фазы "S" от трансформатора fl поступает на r2. Падение напряжения на этом отрезке добавляется к напряжению U_an вторичной обмотки одной фазы трансформатора ml. Напряжения обратной связи U₃₂ снимается с моста nl через соответствующий делитель напряжения.

Рис. 12.12. Схема токовой стабилизации регулятора типа SMUJ

Так как реактивная составляющая главного тока фазы S проходит параллельно с отрезком напряжения U_TR, а вектор активной составляющей — перпендикулярно ему, то дополнительное напряжение, которое прибавляется к U_an, зависит только от реактивной составляющей тока (рис. 12.13).

Рис. 12.13. Векторное регулирование

Уравнение для выходного напряжения моста nl имеет вид:

,

где μі — коэффициент трансформации трансформатора fl (200/1A – 2000/1A); I_qs — реактивный ток фазы S; R_S — уставка сопротивления r₂ (общее сопротивление 25 Oм, шкала 0-10); U — напряжение генератора.

Соответственно уравнение для токовой стабилизации может быть выражено:

,

где U_n, I_n, sin φn — паспортные данные генератора.

Таким образом, при желании получить необходимую паспортную компенсацию правильную уставку сопротивления r2 можно рассчитать из этой формулы.

Токовая стабилизация для синхронных машин устанавливается в пределах 0,5-5 %. Рекомендуется потенциометр r2 устанавливать в положение “5”, что будет соответствовать 2-3 % токовой стабилизации, зависимой от трансформатора fl.

Защита от перенапряжения (рис. 12.14). Блок защиты от перенапряжений представляет отдельную электронную цепь на общей карте регулятора. Защита может быть настроена в пределах 0,8 – 1,5 U_n и предназначена для отключения генератора при превышении напряжения генератора или отдельных цепей регулятора.

Рис. 12.13. Схема защиты от перенапряжения

Питающее напряжение поступает от трансформатора m2, выпрямитель n9 и стабилизируется группой стабилитронов n12, а напряжение обратной связи — от выпрямителя через делитель r20, r21. Напряжение сравнения для усилителя поступает по цепи: полевой транзистор Р1 с каналом N – типа и стабилитрон n10. Это напряжение может быть подрегулировано потенциометром r22.

Усилитель і2 сравнивает напряжение обратной связи с эталонным. В цепь обратного напряжения включен фильтр k10 – r25 – k11, который обеспечивает выдержку времени около 600 мс.

Если обратное напряжение на клемме 3 усилителя по отношению к потенциалу А15 больше, чем напряжение сравнения на клемме 2, напряжение усилителя возрастает приблизительно до ±10 В и ток начинает проходить через стабилитрон n14, открывая транзистор p2 и сигнал поступает на управляющий электрод тиристора n15.

Вспомогательная катушка выключателя, е1 получает питание и регулятор отключается от генератора. Контакты этого выключателя в то же время подают питание на автоматический выключатель генератора и он отключается от сети.

Во время пуска и разгона ДГ регулятор поддерживает максимальное возбуждение до тех пор, пока напряжение статора не превысит (в пропорциональном отношении) установленную величину эталонного напряжения. После этого возбуждение уменьшается за счет сокращения времени включения тиристоров.

Время колебаний напряжения находится в пределах 0,3 – 0,5 с. Возникающее перенапряжение в период пуска колеблется от 1,1 – 1,3U_n и зависит от генератора и его двигателя.

Фильтр k10 – r25 – k11 является демпфером для срабатывания защиты от перенапряжений. Компоненты фильтра подбираются так, чтобы в каждом отдельном случае мог быть обеспечен нормальный пуск ДГ без срабатывания защиты. Соответствующие качания напряжения происходят и при отключении от генератора нагрузки. В данном случае пики напряжения зависят только от конструкции генератора и не могут быть устранены любым регулятором.

Величина пиков напряжения при сбросе нагрузки колеблется в пределах 1,1 – 1,2U_n.