книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

На рис. 72 приведены внешние характеристики синхронного ге­ нератора для различных значений coscp. Они показывают, что напряжение генератора сильно зависит как от величины нагрузки, так и от ее характера. Это обстоятельство является очень важным при изучении некоторых принципов автоматического регулирова­ ния напряжения.

Требования Регистра СССР. Нагрузка на генераторы можег изменяться плавно или скачкообразно. В Правилах Регистра

СССР учитываются оба случая применительно к различным ти­ пам генераторов. Так например, при изменении нагрузки на гене­ раторы переменного тока плавно от холостого хода до номиналь­ ной при номинальном коэффициенте мощности должно поддер­ живаться номинальное напряжение с точностью ±2,5% . При этом допускается поддержание номинального напряжения с точностью ±3,5%, если коэффициент мощности не номинальный, но не ниже

0, 6.

Такая точность обеспечивается применением автоматических регуляторов напряжения. Вместе с тем, если нагрузка на генера­ торы изменяется скачкообразно, то никакой регулятор, вследствие неизбежного запаздывания, не сможет удержать напряжение с указанной выше точностью. В этом случае при скачкообразном увеличении нагрузки происходит кратковременный провал напря­ жения, а при уменьшении — кратковременный всплеск его. Про­ вал напряжения должен быть не более 15%, а всплеск — не более 20% от номинального напряжения генератора. Автоматический регулятор должен восстанавливать номинальное напряжение в тече­ ние 1,5с с точностью ±3% .

Следует отметить, что на современных судах с электростанция­ ми переменного тока скачкообразное изменение нагрузки связано с пуском относительно мощных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей. Очень часто осуществляется так называемый прямой пуск, г. е. пуск без ограничения величины пускового тока. Пусковой ток достигает семикратного значения по сравнению с но­ минальным током электродвигателя и в отдельных случаях может намного превосходить номинальный ток генератора. Если в этом случае провал напряжения превышает 15%, то приходится приме­ нять какой-либо способ, ограничивающий величину пускового тока.

Кратковременный провал напряжения, выходящий за допусти­ мое значение, опасен тем, что в этот момент времени могут от­ ключиться различные контакторы и реле в схемах управления электроприводами, нарушив их нормальную работу. Недопустимо самопроизвольное отключение, скажем, масляного насоса главно­ го двигателя, электропривода рулевого устройства и т. д.

Напряжение генераторов постоянного тока должно поддержи­ ваться номинальным с точностью ±2,5% при изменении нагрузки на них от холостого хода до номинальной.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока со сме­ шанным возбуждением (см. рис. 70) обеспечивает такую точ­

112

ность, а генераторы с параллельным и независимым возбуждени­

генераторы постоянного тока. Объясняется это тем, что у генера­ торов постоянного тока провал напряжения при набросе 100%-ной нагрузки обычно не превышает 10%. Кроме того, здесь почти от­ сутствуют причины скачкообразного изменения нагрузки, так как

постоянного тока отключаются только при снижении напряжения до 30—40% t/n.

§ 25. Регулирование напряжения при помощи регуляторов РУН

Напряжение на шинах судовой электростанции поддержива­ ется постоянным с заданной точностью при помощи автоматических регуляторов напряжения.

В свое время получили очень широкое распространение уголь­ ные автоматические регуляторы напряжения типа РУН. В настоя­ щее время они ещё встречаются на судах старой постройки и неко­ торых современных судах в аварийной электростанции.

Схема регулятора типа РУН показана на рис. 73. Основными элементами являются электромагнит с двумя обмотками ОУ1 и ОУ2 и угольный реостат /?уг, состоящий из столбика, набранного из угольных шайб. Электрическое сопротивление Ryr зависит от степени сжатия угольных шайб. На якорь электромагнита дейст­ вуют, две противоположно направленные силы: сила пружины, стремящаяся увеличить степень сжатия угольного реостата, и си­ ла электромагнита, стремящаяся уменьшить это сжатие. Обмотка

113

воздушным демпфером. Более широкое распространение получила электромагнитная стабилизация угольных регуляторов при помо­ щи гибкой отрицательной обратной связи по напряжению возбу­ дителя. Для этой цели используется обмотка ОУ2 электромагни­ та, подключенная к вторичной обмотке стабилизирующего транс­ форматора СТ. Первичная обмотка трансформатора включена на напряжение возбудителя UB.

В статическом состоянии регулятора (U — const, Ua= const) э. д. с. во вторичной обмотке трансформатора СТ равна нулю и ток в обмотке ОУ2 отсутствует.

При уменьшении напряжения генератора регулятор начинает действовать на увеличение напряжения UB. Увеличение 'напряже­ ния UB вызывает появление во вторичной обмотке трансформато­ ра СТ э. д. с. такого знака, что ток, проходящий по обмотке ОУ2, под действием этой э. д. с. создаст намагничивающую силу, дей­ ствующую согласно с намагничивающей силой обмотки ОУ1, т. е. противодействующую силе пружины.

При увеличении напряжения генератора регулятор действует на уменьшение напряжения UB. Во вторичной обмотке трансформа­ тора СТ индуктируется э. д. с. другого знака, и ток, протекающий пообмотке ОУ2, создает намагничивающую силу, действующую на­ встречу обмотке ОУ1. Таким образом, сглаживается слишком рез­ кое действие регулятора и колебания напряжения не возникают.

Угольный регулятор отличается простотой, невысокой стои­ мостью, малыми габаритами и весом. Он обеспечивает достаточную точность регулирования и может применяться для регулирования напряжения генераторов переменного и постоянного тока.

Очень серьезным недостатком угольных регуляторов напряже­ ния является их малое быстродействие. При скачкообразном набросе нагрузки на генератор происходит мгновенный провал на­ пряжения. Время восстановления напряжения и характеризует быстродействие регулятора. Наличие подвижных частей у регуля­ торов типа РУН и наличие возбудителя затягивают переходный процесс восстановления напряжения до 1,5 с и более. Вследствие

114

Рис. 75. Синхронный ге­ нератор с ПАФР и само­ возбуждением:

а — схема: б — векторная диаграмма

При вращении ротора в обмотках статора индуктируется неболь­ шая э. д. с. (5ч-7 В) за счет потока остаточного намагничивания. Под действием этой э. д. с. через трехфазный дроссель Д (индук­ тивное сопротивление), полупроводниковый выпрямитель ВП и обмотку возбуждения генератора ОВГ потечет ток, который уве­ личит поток возбуждения, увеличится э. д. с. в обмотках статора, еще более увеличится ток возбуждения и т. д. Процесс самовоз­ буждения протекает лавинообразно до номинального напряжения генератора.

Здесь следует обратить внимание на то, что надежность само­ возбуждения зависит от наличия остаточного намагничивания железа ротора. Сильная вибрация и удары могут привести к ис­ чезновению остаточного намагничивания, особенно у генераторов, выведенных из эксплуатации на длительное время. В этом случае начальное возбуждение можно осуществить от источника посто­ янного тока, например от аккумуляторной батареи БА, подключив ее кратковременно (см. рис.75).

При работе возбужденного генератора на холостом ходу воз­ буждение его осуществляется только за счет тока Iv, пропорцио­ нального напряжению генератора и проходящего через дроссель Д. При работе генератора под нагрузкой во вторичных обмотках трансформатора тока ТТ потечет ток 7/, пропорциональный току нагрузки /н генератора.

Происходит электрическое сложение токов 7„ и 7/, а результиру­ ющий ток 7Р после выпрямления и будет являться током возбуж­ дения генератора.

По схеме нетрудно видеть, как изменение величины нагрузки приводит к изменению тока возбуждения генератора. Влияние же характера нагрузки на ток возбуждения генератора поясняется векторной диаграммой (рис. 75, б).

116

!

s ft s

ft ft

5 i ft

ft ft. ft ft

Рис. 76. Тиристорная система автоматического регулирования напряжения синхронного генератора с самовозбуждением

больше повысить быстродействие, точность и надежность регуляторов, уменьшить их вес и габариты, повысить устойчивость параллельной работы генераторов и улучшить распределение реак­ тивной нагрузки между генераторами.

Такие регуляторы чаще всего действуют по отклонению регу­

торе напряжения типа РУН, а также в. центробежном регуляторе скорости вращения. Однако если в регуляторах типа РУН регу­

в широких пределах в зависимости от величины угла регулирова­ ния а. тиристоров. Следовательно, при уменьшении напряжения на зажимах генератора измерительный орган регулятора должен воздействовать на уменьшение угла регулирования тиристоров (уменьшение времени задержки поступления управляющих им­ пульсов на управляющие электроды тиристоров), что приведет к увеличению тока возбуждения генератора.

1! 8

В качестве примера рассмотрим систему автоматического ре­ гулирования напряжения генераторов банановоза «Марина Рас­ кова» (рис. 76).

Для удобства изучения схему регулятора можно представить в виде отдельных функциональных блоков.

Б л о к у п р а в л я е м о г о в ы п р я м и т е л я (БУВ), питаю­ щий обмотку возбуждения генератора и меняющий свое напря­ жение при изменении напряжения генератора, собран по одно­ фазной мостовой схеме, на двух управляемых полупроводнико­ вых вентилях В1 и В2 и двух тиристорах Т1 и Т2. Со стороны переменного тока к нему подводится фазное напряжение генера­ тора, а выпрямленное напряжение подается на обмотку возбуж­ дения ОВГ. Кроме силовых вентилей, в этот блок входят дрос­ сели ДрЗ, Др4, Др5, плавкие быстродействующие предохрани­ тели ПР1 и ПР2, вспомогательные диоды Д7, Д8, реле Р и цепи RC.

Б л о к ф о р м и р о в а н и я у п р а в л я ю щ и х и м п у л ь с о в БФУИ вырабатывает импульсы, поступающие на управляющие электроды тиристоров Т1 и Т2 с определенной задержкой, кото­ рая зависит от величины отклонения напряжения генератора от номинальной величины. Эти импульсы вырабатываются двумя самовозбуждающимися блокинг-генераторами, выполненными на транзисторах ПП1 и ПП2. В цепи коллекторов обоих транзисто­ ров включены первичные обмотки импульсных трансформаторов ТИ1 и ТИ2. При открытии транзистора ПГ11 или ПП2 во вторич­ ной выходной обмотке импульсного трансформатора ТИ1 или ТИ2

Рис, 77. Диаграммы, поясняющие принцип действия схемы рис. 73