книги из ГПНТБ / Михайлов В.С. Судовые электростанции и электродвижение судов учеб. пособие

бителей, что ведет к колебаниям напряжения и частоты судовой электрической сети. Однако для обеспечения нормальной работы потребителей электроэнергии напряжение не должно изменяться свыше допустимых пределов во всех режимах работы электроэнер­ гетической системы.

В установках постоянного тока простейшим и наиболее рас­

использование последовательной обмотки возбуждения, включае­ мой согласно с обмоткой параллельного или независимого возбуж­ дения. При увеличении тока нагрузки генератора намагничиваю­ щая сила этой обмотки возрастает и таким образом компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в сопротивлениях якорной цепи. Компаундирование генераторов по­ стоянного тока позволяет поддерживать напряжение с отклоне­ ниями от номинального, значения, не превышающими ± (5—6) %

Кроме регулирования напряжения последовательная обмотка в генераторах со смешанным возбуждением обеспечивает также форсировку возбуждения, т. е. быстрое восстановление напряжения

При необходимости более точного поддержания постоянства на­ пряжения в сети постоянного тока применяют автоматические си­ стемы регулирования, действующие по отклонению напряжения и использующие для питания цепей возбуждения генератора электро­ машинные усилители ЭМУ, магнитные усилители МУ и полупровод­ никовые устройства.

Основными причинами изменения напряжения синхронных гене­ раторов являются размагничивающее действие реакции статора и индуктивное падение напряжения, которые возникают при измене­ ниях нагрузки (особенно при пуске асинхронных двигателей боль­ шой мощности, соизмеримой с мощностью генераторов), а также при всяком изменении значения коэффициента мощности (cos<p) и частоты вращения первичных двигателей. При отсутствии авто­ матических регуляторов напряжения это изменение может вызвать опрокидывание или отключение от сети асинхронных двигателей, которые являются наиболее распространенными и довольно чув­ ствительными к изменению напряжения судовыми потребителями электроэнергии.

Поэтому Правилами Регистра СССР предусматривается обяза­ тельное применение системы автоматического регулирования на­ пряжения (АРН) судовых генераторов.

Кроме того, автоматические регуляторы напряжения (как и в установках постоянного тока) осуществляют форсировку возбуж­ дения синхронных генераторов при аварийных снижениях напря­ жения в судовой электроэнергетической системе. Это повышает устойчивость параллельной работы генераторных агрегатов, уско­ ряет восстановление номинального значения напряжения и увели-

50

чивает предел мощности, передаваемой генераторами в судовую сеть.

Основой разработки и выбора системы АРН являются требова­ ния в отношении качества регулирования, эксплуатационных и дру­ гих показателей работы, основными из которых являются:

1) время первого достижения номинального напряжения при набросе нагрузки;

2)характер изменения напряжения до достижения установив­ шегося значения;

3)длительность переходного процесса;

4)статическая ошибка, определяемая разностью напряжений холостого хода и при номинальной нагрузке в установившемся режиме;

5)срок службы и надежность действия системы;

6)простота и удобство обслуживания;

7)масса и габариты.

По принципу работы различают три вида систем АРН: с ре­ гулированием по отклонению напряжения генератора; с регули­ рованием по возмущению (по нагрузке) и с комбинированным ре­ гулированием— по отклонению напряжения и возмущению.

Регулирование по отклонению напряжения осуществляется си­ стемой АРН с применением угольных регуляторов напряжения (РУН), которые имеют значительное распространение на эксплуа­ тируемых судах и совершенно не устанавливаются на вновь строя­ щихся. Это объясняется их недостатками, которые заключаются в следующем:

а) угольные сопротивления разрушаются при вибрации и со­ трясениях судна, в результате чего регуляторы не могут обеспечи­ вать надежной работы установки;

б) РУН характеризуются недостаточным быстродействием и большой зоной нечувствительности;

в) регуляторы не могут обеспечить необходимой форсировки возбуждения, так как сопротивление угольных столбиков даже при полном сжатии имеет значительную величину.

При включении дополнительной нагрузки на генератор напря­ жение в сети понизится, а ток в линейных проводах А, В и С уве­ личится, что вызовет соответственное увеличение тока во вторич­ ной обмотке трансформатора тока TT и, наконец, в независимой обмотке возбуждения возбудителя ОВВ. Это приведет к усилению магнитного потока полюсов возбудителя В, а следовательно, и

к увеличению напряжения на его зажимах. Увеличенное напря­ жение в цепи обмотки возбуждения генератора ОВГ создаст до­ полнительный ток в обмотке и магнитный поток генератора Г, что восстановит прежнее напряжение в сети при новой увеличен­ ной нагрузке. Однако один и тот же ток нагрузки при меньшем

раторах возбудитель отсутствует и регулирующее воздействие про­

с помощью регулятора типа УБК (универсальное быстродействую­ щее компаундирование), статической системы самовозбужде­ ния и др.

Системы компаундирования с регулятором типа УБК харак­ теризуются малой статической погрешностью, значительной форсировкой тока возбуждения при коротких замыканиях, чувстви­ тельностью и способностью обеспечивать устойчивую парал­ лельную работу генераторов. Однако эти системы, как правило,' являются системами косвенного компаундирования и наличие в них возбудителя снижает быстродействие и надежность, а также уве­ личивает массу и габариты всей установки в целом. Поэтому в на­ стоящее время они применяются в основном только для генерато­ ров большой мощности.

52

ч е с к и е с и с т е м ы с а м о в о з б у ж д е н и я с п р я м ы м к о м ­

ров серии МСК по возмущению и отклонению напряжения. Управ­

трехфазного измерительного трансформатора ТИ и трансформа­ тора тока ТТ.

J-A

Рис. 16. Статическая система самовозбуждения и автоматического регу­

ния дош включенную на напряжение между этими фазами. В цепь обмотки напряжения дон включен дроссель насыщения Др, позво­ ляющий обеспечить фазовое компаундирование, и батарея конден­

на обмотки управления ОУ1 и ОУ2 универсального трансформа­ тора, которые вызывают изменение насыщения магнитной системы

53

практически не изменяются. Одновременно с этим изменение

дения и более точное выравнивание напряжения сети, на которую работает генератор.

Статические системы самовозбуждения с прямым компаунди­ рованием имеют хорошие показатели работы и высокую форсировочную способность, позволяют уменьшить массу и габариты гене­ ратора за счет отсутствия возбудителя, а также повысить надеж­ ность работы всей установки.

Как было показано в § 12, прием и сброс реактивной нагрузки синхронного генератора производится путем регулирования его возбуждения. Для устойчивого распределения реактивных нагру­ зок между параллельно работающими генераторами вторичные обмотки w2 трансформаторов УТП или цепи возбуждения гене­ раторов соединяют уравнительными проводами.

54

§14. Автоматическое регулирование частоты

иактивной мощности

Если контроль и регулирование напряжения в системе воз­ лагается на автоматические регуляторы напряжения генераторов (систему АРН), то поддержание заданной частоты полностью за­ висит от свойств первичных двигателей и качества работы их ре­ гуляторов.

В большинстве случаев частота электроэнергетической системы поддерживается постоянной, так как отклонение ее от номиналь­ ного значения изменяет режим работы большинства судовых электропотребителей. Снижение частоты ведет к уменьшению уг­ ловой скорости электродвигателей, а следовательно, к снижению производительности электрифицированных механизмов, к увели­ чению времени выполнения производственных операций и нару­ шению технологического процесса. Увеличение частоты приводит к повышению угловой скорости двигателей, к увеличению потреб­ ляемой ими мощности и потерь холостого хода, что может вызвать перегрев двигателей и перегрузку питающих генераторов и их пер­ вичных двигателей.

Таким образом, поддержание постоянства частоты в электро­ энергетической системе является одним из основных условий нор­

прямо пропорциональной зависимостью с угловой скоростью вала генераторного агрегата со —-^—coj, то очевидно, что угловая ско­

рость первичного двигателя определяет частоту тока в системе.

Постоянное значение скорости, а следовательно, и частоты сети имеет место, когда (без учета потерь)

Mn.RB = M3,

гдеЛід. дв — вращающий момент первичного двигателя; Ма — электромагнитный момент генератора.

Изменение одного из приложенных к валу генераторного агре­

В соответствии с изложенным стабилизация частоты осуще­ ствляется регулятором угловой скорости первичных двигателей или регулятором частоты. В первом чувствительный элемент реа­ гирует непосредственно на изменение угловой скорости первичного

55

В регуляторах прямого действия центробежный элемент не­ посредственно воздействует на исполнительный орган устройства топливоили паропитания первичного двигателя (рейку, заслонку и др.). В регуляторах непрямого действия между указанными эле­ ментами системы автоматического регулирования имеется масля­ ная система и серводвигатели, усиливающие вырабатываемый из­

жимах при набросе или сбросе 100%-ной нагрузки, а также дли­ тельность процесса регулирования до 5 с. Из-за несовпадения регулировочных характеристик регуляторов они не могут обеспе­ чить точного распределения активной нагрузки между параллель­ но работающими генераторами, что ведет к перегрузке одних гене­ раторов и недогрузке других.

Пропорциональная зависимость между угловой скоростью и частотой вырабатываемого синхронным генератором тока обусло­

ческих систем ограниченная чувствительность и точность, недоста­ точное быстродействие и другие указанные выше недостатки цент­ робежных регуляторов скорости делают нерациональным исполь­ зование их в системах автоматического регулирования частоты и активной мощности синхронных генераторов без соответствую­ щих усовершенствований. Изготовить регулятор с лучшими каче­ ственными характеристиками можно за счет увеличения его габа­ ритов, усложнения конструкции и повышения стоимости.

За последние годы разработаны и начали применяться элек­ тромеханические и электрические двухимпульсные регуляторы, реагирующие на отклонение нагрузки, а также угловой скорости или частоты [6].

Двухимпульсный электромеханический регулятор частоты вра­

мощью электромагнита ЭМ1 или ЭМ2 передвигает в нужном на­

зелей). Перемещение рейки вызывает поворот сельсина Сс, кото­ рый при этом вырабатывает сигнал, обратный сигналу датчика активной мощности (измерителя нагрузки). Когда алгебраиче­ ская сумма сигналов будет равна нулю, электромагнит потеряет питание и его якорь приведет золотник гидроусилителя в исходное

56

положение. Процесс регулирования прекратится, когда рейка зай­ мет положение, соответствующее новой нагрузке, а сигналы дат­ чика мощности и сельсина будут сбалансированы.

ЦДС(ЦР) ГУ2

вр а щ е н и я .

Сцелью повышения надежности работы и обеспечения боль­ шей точности распределения активных нагрузок между параллель­ но работающими генераторами иногда исключают механический

подвижный элемент системы (центробежный датчик скорости) и

Ce

57

частоты работает аналогично рассмотренному выше электроме­ ханическому регулятору.

В последнее время широкое распространение получило вы­ полненное на магнитных усилителях устройство регулирования частоты и активной нагрузки типа УРЧН, которое согласно тех­ ническим условиям обеспечивает в статических режимах постоян­

Устройство типа УРЧН включает в себя следующие элементы: датчик активного тока, датчик частоты, магнитный усилитель, сер­

Схема включения устройства типа УРМ для двухгенераторной судовой электростанции представлена на рис. 19. Устройство со­ стоит из двух самостоятельных блоков: датчика активной мощно­ сти УРМ-Д и полупроводникового усилителя УРМ-У. Блоки под­

(пара) и, следовательно, вращающего момента первичного двига­

58

мощью прибора регулирования частоты ГІРЧ, который согласно техническим условиям обеспечивает точность поддержания час­ тоты в статических режимах в пределах 50±0,1 Гц.

Подаваемые на серводвигатель сигналы УРМ или ПРЧ повто­ ряются с большой частотой, создавая таким образом напряжен­ ный повторно-кратковременный режим его работы. Это резко со­ кращает срок службы серводвигателя и значительно уменьшает надежность работы системы автоматического регулирования ча­ стоты и распределения активной нагрузки.

§ 15. Принцип регулирования частоты синхронных генераторов по углу

Рассматривая синхронный генератор как объект регулирова­ ния, необходимо выделить три принципиально различных режима его работы: одиночную работу, синхронизацию и параллельную работу с другими генераторами.

Для обеспечения нормальной работы приемников электриче­ ской энергии в системе должно производиться регулирование ча­ стоты и напряжения генератора с целью поддержания этих пара­ метров в допустимых пределах. Если напряжение генератора представить в виде вектора в двухмерном пространстве, то регу­ лирование частоты и напряжения можно свести к соответствую­ щим изменениям этого вектора. При этом контроль модуля век­ тора напряжения возлагается на систему регулирования возбуж­ дения синхронного генератора, а управление положением вектора производится изменением подачи рабочего тела в приводной дви­ гатель генератора.

Разработанные в настоящее время регуляторы возбуждения синхронных генераторов с достаточно высокой точностью обеспе­ чивают постоянство абсолютной величины напряжения.

Рассмотренные в настоящей главе современные системы регу­ лирования частоты и активной мощности контролируют только угловую скорость вектора напряжения, так как регуляторы при­ водных двигателей синхронных генераторов регулируют лишь угло­ вую скорость вала агрегата, не обеспечивая необходимого взаим­ ного расположения вектора э. д. с. генератора и напряжения сети и, следовательно, не сохраняя на длительное время условия для включения генератора на параллельную работу с сетью. Таким об­ разом, для обеспечения трех указанных выше режимов работы синхронных генераторов устройство регулирования частоты долж­ но быть дополнено системой синхронизации, что усложняет об­ щую систему управления синхронными генераторами, снижает надежность ее работы и затрудняет ее обслуживание.

Подробный анализ существующих систем управления генера­ торными агрегатами позволяет сделать вывод, что более совер­ шенным является принцип регулирования частоты по углу рас­ согласования.

Сущность принципа регулирования по углу заключается в том, что положение векторов напряжений или э. д. с. генераторных

-59