Лекция 3. Продолжаем генераторы, начинаем силовые трансформаторы

2) Высокочастотная система возбуждения или электромашинная система возбуждения с генератором переменного тока (рис. 3.4). (На лекции вообще не разбирали, но сюда впишу, потому что она упоминала её).

Возбудитель (В) – генератор переменного тока повышенной частоты 500 Гц и диодный выпрямитель (ДВ). Применение высокочастотного генератора позволяет уменьшить пульсации выпрямленного тока, снизить габаритные размеры возбудителя, повысить надёжность системы возбуждения. Дело в том, что на частоте 500 Гц становится возможным выполнить возбудитель индукторного типа, у которого и обмотка возбуждения и трёхфазная обмотка статора находятся в пазах неподвижного статора. Поэтому В не имеет контактных колец со щётками, что повышает надёжность его работы.

Ротор В имеет форму 10 пар полюсов. При его вращении в обмотках переменного тока индуцируется ЭДС частотой f=500 Гц (при p=10 n=3000 об/мин). Далее переменный ток выпрямляется ДВ и питает ОВГ. Возбудитель располагается на одном валу с генератором. Система возбуждения не связана с основной сетью, что также повышает её надёжность.

Возбудитель имеет три ОВВ, расположенные вместе трёхфазной обмоткой на неподвижном статоре:

ОВВ1 – обеспечивает основное возбуждение В по схеме самовозбуждения при повреждениях во внешней сети, включается последовательно с ОВГ;

ОВВ2 – обеспечивает дополнительное возбуждение от АРВ при колебаниях напряжения и изменениях нагрузки в сети (для поддержания напряжения в генераторе в нормальном режиме);

ОВВ3 – обеспечивает начальное возбуждение генератора и его форсировку при снижении напряжения на 5% и более.

Подвозбудитель (ПВ) – высокочастотная машина 400 Гц с постоянными магнитами, обеспечивает возбуждение возбудителя.

Параметры системы возбуждения: 𝑉в = (2 ÷ 4) 1/с, 𝑘_ф = 2. По быстродействию эквивалентна электромашинной системе возбуждения с генератором постоянного тока, поэтому применена лишь на некоторых турбогенераторах мощностью до 300 МВт.

Тиристорная система возбуждения

Название системы возбуждения происходит от тиристоров, используемых в качестве управляемых выпрямителей. Различают два варианта тиристорного возбуждения:

- тиристорная система независимого возбуждения (с питанием от вспомогательного генератора переменного тока),

- тиристорная система самовозбуждения (с питанием от главного генератора).

3) В тиристорной системе независимого возбуждения (рис. 3.5) возбудителем (В) является генератор переменного тока промышленной частоты, расположенный на одном валу с возбуждаемым генератором, и тиристорный выпрямитель (ТВ). Регулирование возбуждения осуществляется от АРВ с помощью управляемых вентилей - тиристоров. В ТВ есть рабочая группа тиристоров, которая обеспечивает основное возбуждение в нормальном режиме и форсировочная группа для форсировки возбуждения и гашения поля генератора в аварийном режиме. Возбуждение возбудителя обеспечивает генератор постоянного тока - подвозбудитель (ПВ), но возбудитель может работать и по схеме самовозбуждения.

Схема имеет высокое быстродействие 𝑉в ≤ 50 1/с и высокую кратность форсировки 𝑘_ф ≤ 4. Чтобы иметь такую высокую кратность форсировки, нужно иметь напряжение возбудителя на заданную кратность форсировки. При полном открытии тиристоров это напряжение сразу прикладывается в ОВГ. В нормальном режиме тиристоры открыты не полностью и к ОВГ прикладывается 𝑈_{в ном}.

Система возбуждения электрически не связана с основной сетью – это определяет её надёжность, но при этом имеется ненадёжный щёточный элемент. Также к недостаткам можно отнести дороговизну и сложность схемы из-за наличия возбудителя переменного тока (по сравнению со системой самовозбуждения).

Применяется для генераторов мощностью 200, 300, 500, 800 МВт.

4) В тиристорной системе самовозбуждения источником возбуждения является цепь статора главного генератора. Питание ОВГ осуществляется от выводов статора Г через понижающие трансформаторы и группы управляемых вентилей – тиристоров (рис. 3.6).

Основные элементы схемы:

- выпрямительный трёхфазный трансформатор (ВТ), подключенный к выводам обмотки статора генератора,

- последовательный трансформатор (ПТ), первичная обмотка включена последовательно в цепь статора со стороны нулевых выводов генератора,

- рабочая группа вентилей (ВР), обеспечивает основное возбуждение в нормальном режиме,

- форсировочная группа вентилей (ВФ), обеспечивает возбуждение при форсировке и гашение поля в аварийных режимах.

Тиристоры группы ВР получают питание от ВТ, который используется для подачи переменного тока в сеть меньшего напряжения, 𝑈_{2 ВТ} ~ 𝑈_Г . Мощность тиристоров группы ВР рассчитывают так, чтобы она была достаточна для возбуждения генератора на холостом ходу и для регулирования возбуждения в нормальном режиме, которое осуществляется с помощью АРВ. В номинальном режиме тиристоры обеспечивают (70-80)% от 𝑈_{в ном}. Остальное возбуждение обеспечивают с помощью группы ВФ.

У схемы есть недостаток - зависимость работы возбудителя от режима внешней сети. При к.з. вблизи генератора напряжение на его выводах 𝑈_Г падает, а вслед за ним уменьшается значение 𝑈_{2 ВТ}. Это нарушает работу системы возбуждения, которая должна обеспечивать форсировку тока возбуждения в ОВ. Но при к.з вблизи генератора увеличивается 𝐼_Г , а 𝐼_{2 ПТ} ~ 𝐼_Г . Поэтому используется группа ВФ, при форсировке эта группа полностью открывается и даёт весь ток форсировки. Такое сочетание ПТ и ВТ повышает надёжность схемы. При гашении поля группа ВФ переводится в инверторный режим.

Схема проста, широко применяется, экономичнее независимой СВ, также имеет высокую кратность форсировки и быстродействие, которое ограничено лишь инерционностью системы управления тиристорами. Но схема не лишена недостатков: первоначальный пуск генератора осуществляется от дополнительного источника (а дальше перевод на самовозбуждение), работа системы возбуждения зависит от режима работы внешней сети.

Параметры системы возбуждения: 𝑉в ≤ 30 1/с, 𝑘_ф ≤ 4 (но в пособии написано > 4).

Применятся для генераторов мощностью до 800 МВт.

5) Бесщёточная система возбуждения.\

Возбудитель – синхронный генератор повышенной частоты, расположенный на валу главного генератора и выполненный по типу обратимой машины: обмотка возбуждения расположена на статоре, а обмотка переменного тока на роторе. Ротор возбудителя с диодным выпрямителем ДВ жёстко соединён с ротором генератора. Таким образом, ток от вращающейся обмотки переменного тока В подводится к вращающемуся ДВ, и выпрямленный ток подаётся непосредственно к ОВГ без контактных колец и щёток.

Регулирование тока возбуждения осуществляется от АРВ путём воздействия на тиристоры в цепи обмотки возбуждения возбудителя.

Система надёжна, но не очень компактна.

Достоинством является отсутствие контактных колец и щёток, а недостатком – необходимость останавливать генератор для переключения на резервное возбуждение и медленное гашение поля генератора.

Параметры системы возбуждения: 𝑉в ≥ 2 1/с, 𝑘_ф ≤ 2,5. (в пособии 𝑘_ф ≥ 2).

Применятся для генераторов мощностью 300÷1200 МВт.