5.2. Системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов

Основными требованиями к качеству электроэнергии синхронных генераторов, которые снабжены автоматическими регуляторами напряжения являются:

- система АРН должна обеспечивать в режиме глухого короткого замыкания установившееся значение тока КЗ не более ( 3-4 )I ;

- длительное отклонение напряжения СГ, снабженных АРН, при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной при номиналь­ном коэффициенте мощности cosφ = 0,8 не должно превышать ±2,5 % (для аварийных генераторов ±3,5 %);

- кратковременное отклонение напряжения СГ при внезапном изменении симметричной нагрузки не должно превышать при набросе нагрузки -15 %, при сбросе нагрузки +20 %;

- коэффициент нелинейных искажений напряжения судовой сети, обусловленной работой силовых полупроводниковых установок, не должен превышать 10 %.

Устойчивая параллельная работа СГ в сильной степени зависит от стабильности и точности регулятора частоты вращения первичных двигателей и качества работы топливной аппаратуры

5.3. Принципы построения систем автоматического регулирования напряжения

Основной функцией АРН является стабилизация напряжения СЭС методом регулирования тока возбуждения генератора. Кроме того, схемы АРН дополняются устройствами, обеспечивающими надежное самовозбуждение СГ на холостом ходу, контурами коррекции напря­жения по температуре генератора и частоте.

Генераторы СЭС работают параллельно и в состав АРН включают реактивные компенсаторы - устройст­ва автоматического распределения реактивных мощностей между СГ.

В режиме КЗ генератора необходимо уменьшить до нуля его ток возбуждения, для чего в схему возбуждения генератора включают соответствующую аппаратуру. Все комплектное устройство, обеспечи­вающее самовозбуждение генератора и стабилизацию его напряжения, будем называть системой возбуждения и автоматического регулирова­ния напряжения (СВАРН)

В СВАРН часть энергии переменного тока отбирается с выводов генератора, регулируется элементами АРН, преобразуется в энергию постоянного тока и подается в обмотку возбуждения генератора.

СВАРН СГ могут быть построены по одному из следующих принципов регулирования тока возбуждения:

- по отклонению регулируемой величины – напряжению генератора;

- по возмущающему воздействию – току нагрузки ( прямое компаундирование ) или току нагрузки и коэффициенту мощности ( прямое фазовое компаундирование );

- по отклонению регулируемой величины и по возмущающему воздействию ( комбинированные системы ).

5.3.1.Системы, действующие по возмущению

Для синхронных генераторов под возмущением понимают изменение тока нагрузки по значению и характеру ( амплитуде и фазе ).

Характерным признаком таких систем является наличие в составе СВАРН трансформатора ( фазового ) компаундирования ТК ( рис. 3.4, а).

Рис. 5.1. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения с регулированием по возмущению: а – принципиальная схема; б – векторная диаграмма магнитных потоков ТК при изменении тока нагрузки по значению ( амплитуде ); в – то же, при изменении тока нагрузки по характеру ( фазе )

На общем магнитопроводе ТК расположены первичные обмотки тока w_т, напряжения w_н и вторичные, суммирующие обмотки w_c.

При увеличении нагрузки растёт ток генератора, изменяется магнитный поток и как следствие увеличивается напряжение на выходной суммирующей обмотке ТК, что вызовет увеличение постоянного напряжения, которое подаётся на с выпрямителя на обмотку возбуждения генератора, магнитный поток генератора увеличивается – растёт ЭДС напряжение восстанавливается.

Регулирование тока возбуждения СГ по значению и характеру ( амплитуде и фазе ) тока нагрузки называется амплитудно-фазовым компаундированием. В переводе с английского глагол to compound означает «смешивать», в данном случае, смешивать магнитные потоки токовых обмоток и обмоток напряжения и получать суммарный магнитный поток, пересекающий витки суммирующих обмоток.

В рассмотренной схеме суммирование воздействий тока нагрузки и напряжения выполнено электромагнитным путем, т.е. суммированием магнитных потоков токовых обмоток Ф_т и обмоток напряжения Ф_н при помощи трансформатора компаундирования ТК.

Значительные размеры и масса ТК ухудшают массогабаритные показатели СЭС, кроме того, мощная магнитная система ТК увеличивает время переходных процессов.

5.3.3.Системы, действующие по отклонению напряжения

В таких системах АРН работает как корректор напряжения КН ( рис.5.2, а ).

Принцип действия системы состоит в том, что корректор КН измеряет истинное значение напряжения СГ, и в случае его отклонения вырабатывается управляющий сигнал, который через регулирующий элемент ( например, управляемый выпря­м итель UZ) изменяет в нужную сторону (корректирует ) ток возбуждения СГ.

Рис. 5.2. Система возбужде­ния и автоматического регулирования напряжения с управлением по отклонению:

а - с корректором напряжения; б - комбинированная.

Кроме того, через КН дополнитель­но осуществляется коррекция напряжения СГ по температуре и часто­те.

Также в КН включается узел (контур) для автоматического распределе­ния реактивных нагрузок при параллельной работе СГ.

Такие системы имеют лучшее быстродействие, чем системы с ТК, но их недостатком является наличие отклонения напряжения на выходе.

5.3.4. Комбинированные системы

В схемах этих систем имеются ТК и КН (рис. 5.2, б). С помощью ТК регулирование выполняется с недостаточ­ной точностью, обычно ± 3,5 – 4%, а применение КН повышает точность регулирования до ±1,5 - 2%. Поэтому в целом комбинированные СВАРН обладают высокой точностью стабилизации напряжения СГ.