книги из ГПНТБ / Никифоровский Н.Н. Судовые электрические станции учеб. пособие

На рис. 2.28 приведена векторная диаграмма, построенная по урав­ нению 2.4 для случаев активной и чисто индуктивной нагрузок.

Построение вектора, соответствующего напряжению на клеммах генератора, выполнено по уравнению

Система завода имени М. И. Калинина. Рассматриваемая система

содержит трансформатор с воздушным зазором, т. е. — = а= 0 из В Ь ф а - Ді

жения (2.2) (общий случай) следует, что величина гСИст зависит, в част­ ности, от значений а и Кв-

Как уже отмечалось выше, при малых значениях тока рабочей об­

буждения гсист либо совершенно не изменялось, либо увеличивалось лишь в незначительной степени. Принципиально исключить зависи­ мость 2 СИ0т = f (R0 невозможно ни при каком значении а из-за наличия активных сопротивлений обмоток; однако можно показать, что эта за­ висимость максимально ослабляется, если выбрать коэффициент а из условия максимального значения 2 СИСт:

Из последнего выражения определяется оптимальная величина

аи0цт*

(Кі,2+ ^ 3 ,2) *с

* і,а('і+ * Ь )

1 + К 3,2 > 1.

Kl.*

При найденном значении а опт минимальная величина гсист будет определяться соотношением

различных значений коэффициента а. Из графиков видно, что при а =

Следует лишь учитывать, что б' së 90° и

Фі < б'-

Система фирмы GE без корректора напряжения. Уравнение тока

/ 2 для системы фирмы GE может быть получено из общего соотноше­ ния (2.2), если в последнем положить а = 0 и заменить —jxс на / х д , так как трансформатор выполняется без зазора, а в качестве компаун­ дирующего элемента используются дроссели с сопротивлениями гд

И Х д .

Необходимо также заменить знаки перед числами, содержащими Кз, 2 на обратные, так как обмотки напряжения и токовая включены согласно.

Окончательно выражение для / 2 приобретает вид

(2.6)

68

мотки существует оптимальное значение коэффициента а, близкое к единице (аопх ж 1), при котором максимально ослабляется зависи­ мость гСИСт от сопротивления вентилей в цепи возбуждения.

На основании проведенного анализа можно отметить следующее. 1. Полученное выражение для тока / 2 (2.2) можно рассматривать как общее для систем прямого фазового компаундирования с исполь­ зованием ненасыщенного трехобмоточного трансформатора, охваты­ вающее большинство подобных установок. Уравнения, соответству­ ющие различным модификациям систем, могут быть легко получены из этого выражения. Следовательно, оно позволяет подойти с единой точ­

ки зрения к решению задачи по выбору параметров систем.

2. Величина тока / 2 во всех случаях определяется геометрической суммой двух составляющих — пропорциональной напряжению на на­

грузке (/2х.х) и пропорциональной току нагрузки (/2К= Н к + І \ к). При постоянстве напряжения на приемнике модуль / 2К пропорцио­ нален величине тока нагрузки, а аргумент определяется коэффициентом

мощности.

69

В режиме активной нагрузки угол между векторами / 2Х.Хи Г 2Кбли­ зок к прямому. При использовании в качестве компаундирующего эле­ мента конденсатора этот угол больше 90°, а при использовании дрос­ селей — меньше 90°. С уменьшением коэффициента мощности (ф >> 0)

фаза / 2к изменяется, и при cos ф — 0 оба вектора во всех случаях рас­ полагаются под углом, близким к 0°.

3.Если в качестве компаундирующих элементов применяются кон­ денсаторы, то наблюдается характерное уменьшение тока / 2 при малых активных нагрузках. В случае применения дросселей ток / 2 не умень­ шается.

4.Напряжение на клеммах генератора отличается от напряжения на приемнике и по действующему значению, и по фазе. При использо­ вании конденсаторов в режиме активной нагрузки Ur > U с коэффи­ циентом мощности (ф > 0) разница уменьшается, а при ф = 90° можно считать, что £/г ^ U. Если применяются дроссели, то характер изме­

нения в основном сохраняется. Однако, так как величины /Сз, 2 и г з обычно малы, различие между напряжениями на зажимах генератора

иприемника незначительно.

5.Как следует из п.п. 2 и 3, напряжение генератора при постоянст­ ве напряжения на приемнике в режиме активной нагрузки системы должно возрастать с увеличением тока нагрузки.

Однако в системах с конденсаторами ток / 2 и пропорциональный ему ток возбуждения генератора при малых активных нагрузках умень­ шается. Это противоречит задаче регулирования СГ.

В системах с дросселями характер суммирования составляющих тока / 2 оказывается с этой точки зрения более благоприятным.

6. Уменьшить величину статической ошибки при малых активных нагрузках в системах с конденсаторами можно за счет увеличения угла б' (система ЛЭТИ) — соответствующим расчетом или использованием специальных схем включения обмотки напряжения (схема «зигзаг»), С увеличением угла б в системе ЛЭТИ одновременно возрастает угол фу, это приводит к сближению вектора / 2К с нормалью к вектору

/ 2 х.ху что улучшает условия их суммирования.

При расчете системы возможно увеличение тока против значения, определяемого режимом холостого хода. В этом случае провал во внеш­ ней характеристике сохранится, однако статическая ошибка может быть снижена.

В приведенных ранее соотношениях учитывались активные сопро­ тивления обмоток трансформатора; сделано это было для более полного выявления характерных особенностей рассматриваемых систем. Одна­ ко в дальнейшем сопротивлениями обмоток будем пренебрегать, так как определение их возможно лишь после детального конструирования трансформатора.

Для упрощения также примем, что напряжения на нагрузке и клем­ мах генератора равны, т. е. пренебрежем падением напряжения в то­ ковой обмотке трансформатора. Как показывают многочисленные эксперименты, указанные два допущения не вносят значительной по­ грешности в расчет.

70

Если положить гх — г2 — г 3 = 0 и считать, что L/r = Ü, то уравне­ ние для тока / 2 в общем случае приобретает вид

•Кі,гОг—К3,гіхс В І

/ 2 = -

У 2 , 2 С1—а)/?в — }хс

Эти соотношения будут положены в основу определения главных параметров системы.

Уравнения, относящиеся к различным модификациям систем, могут быть легко получены из общего соотношения (2.8):

а) система ЛЭТИ: следует принять а = 0, так как трансформатор выполняется без зазора, при этом В = 1;

б) система завода имени М. И. Калинина: а = аопт = 1; в этом слу­ чае В < 1;

в) система фирмы GE без корректора напряжения: а = 0, В = 1, так как трансформатор не имеет зазора, одновременно следует заменить —jxc на ]Xl, а знак перед членом, содержащим К з, 2. — на обратный; последнее обстоятельство определяется согласным включением обмоток; г) система фирмы «Сименс» без секционирования обмотки: В = 1 (трансформатор без зазора), но а = 1, как в системе имени М. И. Кали­

нина, остальные изменения такие же, как в п. «в»;

д) системы фирмы AEG: а — 0, В = 1; кроме этого, следует чи­ тать Кі, 2 — К так как трансформатор напряжения отсутствует, харак­ тер суммирования составляющих тока сохраняется, однако векторные диаграммы приобретают более простой вид (рис. 2.31).

С о о т н о ш е н и я , с в я з ы в а ю щ и е о с н о в н ы е п а ­

ра м е т р ы с и с т е м ы . В уравнении (2.8) неизвестными являются: коэффициенты трансформации

сопротивление конденсаторов Xq.

Все остальные величины можно считать известными: UTH, / н, / в.х.х берутся из каталожных данных генераторов; / в копределяется по век­ торной диаграмме генератора или экспериментально:

71

где I — коэффициент постоянной составляющей тока на входе выпря­ мителя; Rß определяется в процессе расчета выпрямителя по соответ­ ствующим данным; подробно определение Rß будет разобрано ниже.

Согласно выражению (2.8) система должна обеспечивать: в режиме холостого хода

Рис. 2.31. Упрощенные векторные диаграммы для системы фирмы AEG

где ZBX — эквивалентное входное сопротивление системы в режиме хо­ лостого хода.

Обозначим ZBX = zBXe-/v. Тогда

72

Нетрудно убедиться в том, что в выражении (2.11) при а Ф 0 Ь'ф

Ф б.

Решаем совместно уравнения (2.9)—(2.11) относительно неизвест­

ных Кх, а. /Сз, 2 и Хс- Из выражений (2.9) и (2.11) после ряда алгебраических преобразо­

ваний определяем

безразмерный расчетный параметр.

Подставляя выражение (2.12) в уравнение (2.9) исходной системы и решая его относительно хс, находим

Для определения /С1>2 подставляем найденное выражение в уравне­ ние (2.12) и после преобразований получаем

Поделив уравнение (2.10) на уравнение (2.9), после подстановки /Сі)2 и хс определяем коэффициент трансформации К з,2 :

73

относительные значения соответствующих величин, не имеющие размер­ ности и не зависящие от каталожных данных генератора.

Общие выражения (2.17) основных параметров системы могут быть легко распространены на все рассматриваемые частные случаи.

Система ЛЭТИ. Положив в формулах а = 0, после раскрытия не­ определенностей получаем:

Выражения относительных коэффициентов для системы ЛЭТИ без изменений могут быть распространены и на систему фирмы GE без кор­ ректора напряжения.

Система завода имени М. И. Калинина. В общих выражениях (2.17)

следует принять а = 1. Тогда

Система фирмы «Сименс» без секционирования первичной обмотки Wx. В соответствии с настройкой системы следует считать а = 1, одна­ ко трансформатор выполняется без зазора и поэтому В = 1.

Выполнив соответствующие преобразования, получим

К 3,2 отн = 15 К 1,2"отн = %L отн — ~ “ •

tgö

Выведенные соотношения, определяющие относительные коэффи­ циенты, могут быть использованы и при расчете систем компаундиро­ вания, в которых предусмотрены раздельные трансформаторы напря­ жения и тока при любом соединении их вторичных обмоток (параллель­ ном или последовательном). В частности, для системы AEG и других, в которых трансформатор напряжения отсутствует, следует принять

Заметим, что системы с трехобмоточными трансформаторами, а так­ же содержащие трансформаторы тока и напряжения характеризуются бесчисленным множеством возможных сочетаний параметров Кі,2, /Сз, 2 . хс, удовлетворяющих решению задачи. Если же в системе отсутст­ вует трансформатор напряжения или трансформатор тока, то значения параметров будут единственными.

Все соотношения, определяющие коэффициенты трансформации /Сі,г и Кз,2, а также сопротивления компаундирующих элементов за­ висят от некоторого расчетного параметра р (или б); при этом было установлено, что в’общем случае значение может быть произвольным. Если предъявить к системе требование самовозбуждения, то область возможных величин б оказывается существенно ограниченной.

71

§2.3. ПОДДЕРЖАНИЕ ПОСТОЯНСТВА ЧАСТОТЫ

Свопросом стабилизации частоты в судовых установках приходит­ ся встречаться при выполнении требований обеспечения постоянства частоты у отдельных приемников и получения стабильной частоты всей электрической станции. В первом случае необходимо осуществлять стабилизацию частоты того или иного преобразователя, питающего приемник; во втором — стабилизацию частоты первичного двигателя генераторного агрегата судовой электрической станции.

Стабилизатор частоты машинного преобразователя. На рис. 2.33

приведена схема стабилизатора частоты СГ двухмашинного агрегата

сприводным электрическим двигателем постоянного тока. Контроль

частоты осуществляется с помощью двух резонансных контуров (xLx\ Хей ХЬ2 ’>Xcz), получающих питание от статора СГ. Резонансные конту­ ры настроены на разные частоты: первый контур — на меньшую, вто­ рой — на большую. В резонансные контуры через полупроводниковые выпрямители включены встречно друг другу обмотки управления (ОУ1 и ОУ2) магнитного усилителя МУ с внутренней обратной связью. Маг­ нитный усилитель получает питание также от статора СГ и служит для управления током одной из обмоток возбуждения 0В2 приводного электродвигателя М преобразователя. Так как обмотки управления одинаковы и включены навстречу друг другу, то при некоторой часто­ те /н разность их намагничивающих сил (рис. 2.34) равна нулю ( /о у і —

— /оу2 = 0). При увеличении частоты генераторов выше / н в резо­ нансном контуре 1 ток уменьшится, а в контуре 2 увеличится. Соот­ ветственно этому появится разность н. с. /0уі — / о у 2 > 0, которая, воздействуя через магнитный усилитель на обмотку ОВ2, увеличит магнитный поток электродвигателя, благодаря чему скорость агрегата снизится до величины, близкой к первоначальной. При уменьшении частоты ниже / н произойдет обратное явление. Ток в резонансном кон­ туре 1 уменьшится, а в резонансном контуре 2 возрастет. Разность н. с.

свою скорость до величины, близкой к первоначальной.

Двухимпульсный электромеханический регулятор частоты враще­ ния приводного двигателя состоит из механического центробежного дат­ чика частоты вращения и электрического датчика импульса мощности

75

с электромагнитами и гидроусилителем. На рис. 2.35, а показана функциональная, а на рис. 2.35, б электрическая схема регулятора. Электрический датчик мощности реагирует на изменение активной на­ грузки и с помощью электромагнитов приводит в действие гидроусили­ тель ГУ], воздействуя параллельно с центробежным регулятором на исполнительный орган — рейку топливного насоса. Для получения астатической характеристики необходимо, чтобы золотник гидравли­ ческого усилителя, на который действуют электромагниты, возвратился в исходное положение после того, как рейка топливного насоса передви­ нется в положение, соответствующее новой нагрузке генератора. Это

Рис. 2.35. Схема регулятора скорости первичного двигателя:

а — функциональная; б — электрическая

означает, что при отклонении нагрузки в системе возникает сигнал, приводящий к отклонению золотника, и затем, после перемещения рей­ ки в положение, соответствующее данной нагрузке, действие сигнала прекращается. В рассматриваемой системе перемещение рейки топлив­ ного насоса приводит к повороту сельсина ТрВ, и когда алгебраическая сумма сигналов от трансформатора тока ТрЗ и от сельсина будет равна нулю, электромагнит отпустит якорь и золотник гидроусилителя воз­ вратится в исходное положение. Э. д. с. сельсина, в зависимости от угла рассогласования, изменяется по закону е = Em sin Ѳ.

При малых углах поворота характеристику сельсина можно при­ нять прямолинейной, поэтому между перемещением рейки и э. д. с. сельсина сохраняется пропорциональность.

Основной частью схемы регулятора (см. рис. 2.35, б) является фазо­ чувствительный мост, обеспечивающий подачу сигнала к электромаг­ нитам ЭМ1 и ЭМ2 только при изменении активной нагрузки генерато­ ра. В самом деле, при принятой схеме, в случае наброса на генератор реактивной нагрузки, выходной ток трансформаторов ТрЗ и соответст­ венно создаваемое им на сопротивлении R падение напряжения Uj-pi сдвинуты относительно напряжения U'tp одной из выходных обмоток трансформатора Тр на угол +90° и относительно напряжения Ufp другой обмотки на угол —90°. При этом абсолютные значения результи­

76