Автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами
На новых судах применяются автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами. Применяются различные схемные решения системы регулирования напряжения с использованием тиристоров. Регулирование по отклонению напряжения генератора выполняется путем сравнения регулируемого и эталонного напряжения с выдачей управляющего сигнала на систему управления тиристором. Эталонное напряжение устанавливается с помощью стабилитронов. Структурная схема тиристорного регулятора напряжения (рис. 12) имеет следующие элементы: ИБ — измерительный блок; ФИ — формирователь импульсов; БП — блок питания; Т — трансформатор; V — тиристор управления. Выходной сигнал измерительного блока преобразуется в сигнал управления тиристором с последующим регулированием тока обмотки возбуждения генератора.
Рис. 12. Структурная схема тиристорного регулятора напряжения
В судовых генераторах применяется система амплитудно-фазового компаундирования с тиристорным управлением корректора напряжения. Применение тиристорной коррекции напряжения повышает быстродействие и чувствительность системы автоматического регулирования напряжения судовых генераторов.
В настоящее время в судовых электростанциях устанавливают бесщеточные синхронные генераторы типа ОС, а также типа S. Если в генераторах типов МСК, ГСС, МСС со статическими системами автоматического регулирования напряжения регулируемый ток возбуждения подается в обмотку возбуждения полюсов вращающегося индуктора (ротора) при помощи щеточных скользящих контактов, то в бесщеточных генераторах постоянный ток в роторе создается за счет индуцируемого тока в самом роторе. Принцип автоматического регулирования напряжения генераторов типа ОС, S показан на рис. 4. С помощью системы автоматического регулирования напряжения АРН в зависимости от нагрузки на генератор G1 регулируется постоянный ток в обмотке LG1.2, установленной на специальных полюсах статора. При вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой LG1.2, индуцирует в трехфазной обмотке LG1.3 переменный ток. Выпрямленный ток в роторе при помощи выпрямителя V создает обмоткой возбуждения LG1.1 основной магнитный поток синхронного генератора. Самовозбуждение генераторов типов ОС, S осуществляется аналогично самовозбуждению генераторов типов МСК, МСС, ГСС с наличием щеточного механизма передачи постоянного тока возбуждения во вращающуюся часть машины.
Рис. 13.
Принцип автоматического регулирования напряжения бесщеточных генераторов
Рис.14 Принципиальная схема генератора МСК..
Рис.15 Корректор напряжения.
Генераторы МСК выдерживают: 10%-ную перегрузку по току статора при соsj=0,8 и номинальной частоте вращения в течение 2 ч. При этом допускается изменение напряжения генераторов в пределах ± 1% от установленного значения; 25%-ную перегрузку по току статора при соsj=0,7 и номинальной частоте вращения в течение 30 мин. При этом допускается изменение напряжения генераторов минус 2% от установленного значения; 50%-ную перегрузку по току статора при соsj=0,7 и номинальной частоте вращения в течение 5 мин. При этом допускается изменение напряжения генераторов минус 3% от установленного значения. Указанные перегрузки генераторы выдерживают после работы в номинальном режиме; ударный ток КЗ при возбуждении, соответствующем режиму холостого хода, при номинальной частоте вращения и напряжении, равном 105% номинального; установившееся трехфазное КЗ длительностью не более 30 с. Изоляция обмоток генераторов кремнийорганическая, класса нагрева-стойкости Н по ГОСТ 8865-93. Допустимая температура обмотки статора, сердечника статора, обмотки ротора, обмотки силового трансформатора и контактных колец 165°С; выпрямителей кремниевых 125°С; подшипников 90°С. Корректор напряжения допускает работу при температуре окружающей среды до 55°С.
Генераторы могут продолжительно работать при несимметричной нагрузке, характеризующейся следующими условиями: ток в наиболее нагруженной фазе не превышает номинального, а разность токов в фазах не превышает 25% номинального значения у генераторов мощностью до 100 кВт включительно и 15% у генераторов свыше 100 кВт; разность линейных напряжений при включении на линейное напряжение (в режиме холостого хода) однофазной статической нагрузки 25% номинального тока для генераторов до 100 кВт включительно и 15% для генераторов свыше 100 кВт, не превышает соответственно 5 и 3% номинального напряжения генератора. В системе автоматического регулирования обеспечена возможность изменения уставки напряжения в пределах ± 5% номинального значения во всем диапазоне нагрузок от холостого хода до номинальной в холодном и нагретом состоянии генератора при соsj=0,4-0,9.
Генераторы МСК-92-4 и МСКФ-92-4 с номинальным напряжением 400 В. обеспечивают диапазон регулирования уставки напряжения в пределах 0,95-1,03 номинального с точностью ± 0,5% при нагрузке от холостого хода до номинальной с соsj=0,4-1 в любом тепловом состоянии. Номинальный соsj=0,8. При соsj=0,4-0,9 отклонение напряжения не более: ±1% от средне регулируемого значения напряжения при плавном изменении нагрузки в пределах 0-100% номинальной. Отклонение частоты вращения генератора не более ± 2,5% номинальной; ±10% номинального значения напряжения - во время переходных режимов при набросе или сбросе 50% нагрузки на генератор, нагруженный до 50%. Время восстановления напряжения до установившегося значения с точностью ±1% - 0,4 с; ±20% от установленного значения напряжения - во время переходных режимов при набросе 100% нагрузки на генератор, работающий вхолостую. Время восстановления напряжения до установившегося значения с точностью ±1% - 0,6 с. Изменение частоты вращения при этом не должно выходить за пределы от минус 6 до 4% номинальной, время установления новой частоты вращения не более 5 с; ±1% установленного значения при неизменной симметричной нагрузке и изменении теплового состояния генератора от холодного до нагретого в номинальном режиме. Указанные характеристики обеспечиваются при одиночной и параллельной работе.
Допускается прямой пуск от генераторов короткозамкнутых асинхронных электродвигателей мощностью до 0,7 номинальной мощности генератора. При пуске короткозамкнутого асинхронного электродвигателя с пусковым током, равным номинальному току генератора, от генератора, нагруженного на 70%, провал напряжения не превышает 20% от установленного напряжения.
Начальное самовозбуждение генераторов обеспечивается без постороннего источника. Надежное начальное самовозбуждение генераторов обеспечивается при частоте вращения около 0,9 номинальной.
Генераторы устойчивы в параллельной работе друг с другом, а также с генераторами, имеющими аналогичные системы возбуждения с нагрузками 10-125% номинальной. Отношение мощностей параллельно работающих генераторов может быть в пределах от 1:1 до 1:3.
Неравномерность распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами не более 10% номинальной реактивной мощности меньшего генератора в пределах нагрузки от 10 до 100% номинальной. При этом неравномерность распределения активной нагрузки не должна превышать 10% от номинальной мощности меньшего генератора (последнее условие обеспечивается регуляторами первичных двигателей). При выходе корректора из строя система возбуждения обеспечивает работу генератора без него. Точность поддержания напряжения на зажимах генератора, работающего без корректора, при изменении нагрузки на 50% номинальной (но в пределах номинальной), неизменном соsj и установившемся тепловом режиме находится в пределах ± 5% средне регулируемого значения напряжения.
Генераторы снабжены сигнализацией о попадании воды в генератор, например, при течи воздухоохладителя. Обмотки статора соединены в "звезду" и имеют четыре вывода (три фазных и нулевой) у генераторов на 400 В (на все мощности) и у генераторов на 230 В (мощностью до 150 кВт включительно); у генераторов на 230 В (мощностью 200 кВт) обмотки соединены в "треугольник" и имеют три вывода. При работе генератора МСК-83-4 в составе импульсного преобразователя с электродвигателем ДПН-1 обеспечивается импульсная мощность 200 кВт при соsj=0,94, напряжении 400 В±8% или 380- + % и изменении частоты от минус 20 до 12%. Длительность импульса 1,2 с. Длительность паузы 20 с. Генератор МСК-83-4С предназначен для работы в качестве вала-генератора. Напряжение и мощность генератора изменяются пропорционально частоте вращения в интервале 1200-1500 мин-1. Напряжение при этом поддерживается с точностью ± 3% установленного значения. Средний ресурс генератора до заводского ремонта 15 000 ч. Полный ресурс 30 000 ч.
Генератор МСК состоит из статора, ротора, двух подшипниковых щитов (задний со стороны привода, передний с противоположной стороны), воздухоохладителя, системы возбуждения, защитных и воздухо-направляющих колпаков.
Статор состоит из станины, сердечника и обмотки. Станина стальная сварная с сальниками в боковых плоскостях для подводящих кабелей. Сверху станина имеет вентиляционное окно, площадку, на которой располагаются воздухоохладитель, блок питания системы возбуждения, корректор напряжения и реле сигнализации о наличии воды. Для защиты статической системы возбуждения и воздухоохладителя служат колпаки, которые основанием крепятся к станине, а торцом - к воздухоохладителю. Колпак системы возбуждения имеет окна для доступа к элементам системы и для входа воздуха при разомкнутом цикле вентиляции. С задней стороны воздухоохладителя в колпаке имеются окна для выхода воздуха при разомкнутом цикле вентиляции. Сердечник статора состоит из изолированных листов электротехнической стали, собранных и запрессованных в станину. Сердечник укреплен в станине двумя нажимными шайбами. Обмотка статора уложена в пазах сердечника. Обмотка трехфазная, двухслойная с сокращением шага. Выводные концы обмотки подведены к контактным болтам блока питания. Ротор генератора состоит из вала, четырех полюсных сердечников с катушками обмотки возбуждения и демпферной обмоткой, вентилятора, узла контактных колец, балансировочного кольца, подшипниковых узлов и генератора начального возбуждения (на машинах 8-го габарита не устанавливается). Вал изготовлен из нормализованной стали. У генераторов 8-го и 9-го габаритов вал круглый, у генераторов 10-го и 11-го габаритов в средней части имеет квадратное сечение. На каждой стороне квадрата про фрезерована канавка в виде ласточкина хвоста, в которую входит хвост полюса, закрепляемый двумя стальными клиньями. Сердечники полюсов ротора генераторов 10-го и 11-го габаритов набраны из стальных штампованных листов, сердечники ротора генераторов 8-го и 9-го габаритов - из цельноштампованных четырех полюсных листов электротехнической стали. Часть листов сердечника ротора генераторов 8-го габарита сделана из стали с большой коэрцитивной силой. Катушка обмотки возбуждения генераторов 10-го и 11-го габаритов намотаны из голой шинной меди на ребро, у генераторов 8-го и 9-го габаритов катушки намотаны из изолированного провода. Демпферная обмотка состоит из медных круглых стержней, вставленных в пазы полюсных башмаков. Вентилятор центробежный крепится на валу гайкой со стопорной шайбой. Вентилятор создает аксиальную вентиляцию. Генератор может работать в замкнутом (основной режим) и разомкнутом циклах вентиляции. Контактные кольца медные. Контактные кольца на генераторах 10-го, 11-го габаритов охлаждаются вентилятором. Щиты подшипниковые стальные, сварные. Щит, расположенный со стороны контактных колец, имеет окно, закрываемое крышкой. Воздухоохладитель состоит из мельхиоровых трубок с проволочным оребрением. Концы трубок заделаны в панели, закрытые крышками. В одной крышке имеются два фланца для присоединения труб, подводящих и отводящих воду. Трубки и панели защищают от коррозии (при воздействии морской воды) три протектора. Температура охлаждающей воды, поступающей в воздухоохладитель, от минус 4 до 30°С.
Для защиты от радиопомех, возникающих при искрении щеток, служат металлический колпак и конденсаторы.
Система возбуждения служит для начального возбуждения генератора, питания обмотки ротора при работе машины. Она состоит из статической системы и генератора начального возбуждения (кроме генератора МСК 8-го габарита). В статическую систему входят блок питания, блок управления и корректор напряжения. Блок питания состоит из силового трансформатора, силового выпрямителя, выпрямителя начального возбуждения, выпрямителя питания корректора. Блок питания генератора МСК 8-го габарита отличается от остальных наличием блока конденсаторов. Блок управления служит для управления выходными параметрами генератора.
Корректор напряжения предназначен для поддержания стабильного напряжения на выводных зажимах генератора. Генераторы могут параллельно работать: с генераторами, имеющими принципиальные отличные системы возбуждения и устройства регулирования напряжения; с генераторами, имеющими аналогичные по принципу действия, и схеме системы возбуждения с сетью.
Исходя из того, что мы ранее выбрали генераторы МСК-91-4, 75 кВт, его система возбуждения отличается от стоявших ранее генераторов с угольной системой возбуждения, генераторы МСК 91-4 имеют более надежную и стабильную систему возбуждения и экономически выгодны для поиска и покупки запчастей для этой системы АРН c корректором напряжения и силовым трансформатором.