Фесенко В.И. - Электрооборудование промысловых судов - 1983

генератора сг. Все генераторы присоединяются к шинам с по­

мощью селективных автоматов АС. Потребители присоединяются

к шинам с помощью ·установочных автоматов АУ. Ответственные

потребители получают электроэнергию по одной из двух линий питания, расположенных по правому и левому бортам. Защита ге­

нераторов от токов короткого замыкания обеспечивается селек­

тивными автоматами АС, которые имеют реле максимального

тока с выдержкой времени. Реле времени РВ представляет собой электромагнитное реле с выдержкой времени в пределах 0-25;

0,4; 0,6 с.

При коротком замыкании на шинах генератора через макси­ мальное реле проходит большой ток. Под действием этого тока

Рис. 161. Схема судовой электростанции судна типа «Мирный»

якорь, притягиваясь, разрывает цепь питания реле времени, ко­

торое воздействует на механизм расцепления и отключает ав­

томат.

При перегрузке генератора притяжение якоря максималь­

ного реле замедляется часовым механизмом. По истечении· вре­

мени установки часового механизма автомат отключается. Чем

больше ток перегрузки, тем больше усилие, создаваемое макси­

мальным реле, и тем быстрее притягивается якорь и отключается

автомат. Выдержка времени часового механизма достигает 10 с.

Защита генератора от перехода в двигательный режим осуще­

ствляется с помощью реле обратного тока (РОТ). В двигательном

режиме ток в токовой катушке реле изменяет направление, вслед­

ствие чего меняется направление ее магнитного потока относи­

тельно потока катушки напряжения. Результирующий магнитный поток и, следовательно, электромагнитный момент, противодейст­

вующий пружине, уменьшаются. Под действием пружины контакт

замыкается и падается напряжение на атключающий расцепитель

автамата РОА, катарый атключает генератар. Реле срабатывает

при значениях абратнаго така, равных 10---с-15 % наминальнага.

На рис. 161 паказаны также измерительные прибары, переклю­

чатель вальтметра ПВ и лампы сигнализации ЛБ и лз. Двухпа­ люсный рубильник П предназначен для падмагничивания гене­

ратарав ат шин электрастанции. Предусматрен также прием, энер­

гии с берега через специальный щит питания. Однавременная ра­ бота генератарав и щита питания с берега не дапускается.

Судавые электрастанции переменнага така камплектуются са­

мовазбуждающимися синхранными генератарами, предназначен­

ными для питания всех потребителей судна в режимах движения

и стаянки. Они подключаются к ГРЩ с памащью селективных автоматав АС.

Схема ко-ммутации электрастанции, как правила, обеспечивает параллельную рабату всех генераторов. Патребители палучают

электраэнергию непасредственна ат ГРЩ или через распредели­ тельные и групповые. щиты. Имеется также щит падачи питания

с берега.

Отдельные секции щита соединяются селективными автама­

тами. При коратком замыкании на шинах ГРЩ селективный авто­ мат разделяет секции щита, асуществляя питание потребителей ат неповрежденной части. Патребители включаются и атключаются

установочными автоматами.

Синхранные генераторы, как и генератары пастаяннага така,

защищают ат такав караткого. замыкания, перегрузки и от пере­

хода в двигательный режим. От такав кораткаго замыкания и пе­

регрузки их защищают селективные автаматы. Кроме тага, для

защиты ат перегрузки служат реле перегрузки различных такав

(например, ИМ-145). От перехада в двигательный режим генера­ тары защищаются реле абратнай мощности. Перехад синхраннага

генератара в двигательный ре:жим саправаждается изменением

направления мощнасти. Эта явление и используется для защиты

синхронных генератаров от перехада в двигательный режим. Для защиты генератарав от перегрузки при параллельнай ра­

боте часта применяется с х е м а п р е Д п а ч т и т е л ь н а г о о т к -

л ю ч е н и я. В этом случае патребители разбиваются на нескалько групп, причем второстепенные патребители присаединяются к от­

дельнай секции ГРЩ и при срабатывании реле перегрузки атклю­ чаются секцианным автоматам. Если перегрузка сахраняется, та

игенераторы автаматически атключаются от сбарных шин ГРЩ.

§57. Реrупирование напряжения reHepaTopOB

Большинства потребителей электраэнергии на судах требует поддержания пастояннага напряжения и частаты (в случае пере­

меннага така).

На судах флата рыбнай прамышленности нрименяются раз·

личные системы автаматическага регулирования напряжения ге-

260

нераторов с изменением их нагрузки. Наиболее простой является

система с уrольным регулятором типа РУН, которая используется

для поддержания постоянного напряжения одиночно работающих

генераторов постоянного тока с ,параллельным инезависимым

возбуждением, а также одиночно и параллельно работающих ге­

нераторов переменного тока. В последнем случае регулятор под­

ключается к генераторному напряжению через селеновый выпря­

митель (рис. 162).

Генераторы постоянного тока смешанного возбуждения могут

поддерживать напряжение от холостого хода до номинальной на­ грузки без каких-либо автоматических систем.

Генераторы постоянного тока с параллельным инезависимым возбуждением в качестве источников питания общесудовых меха­ низмов не применяются. По­

саморегулирование возбуждения. К первому ТИlпу относятся си­

стемы с регуляторами напряжения электромеханического типа,

атакже с электромагнитными регуляторами.

Врегуляторах типа РУН эталонное значение напряжения уста­

навливает сила пружины, а регулирование напряжения обеспечи­ вается изменением сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя.

Угольный регулятор напряжения типа РУН (см. рис. 162) со­

стоит из контрольно-измерительного устройства в виде электро­

магнита 1; балансной пружины, выполняющей роль задающего элемента 4; угольного реостата 3, являющегося исполнительным

элементом; передаточно-усилительного устройства в виде нерав­ ноплечего рычага 2. При повышении напряжения генератора при­

тягивающее усилие электромагнита возр?стает. Якорь, укреплен­

ный на конце неравноплечего рычага, притягивается, а рычаг,

поворачиваясь, снижает давление на угольный столб. При этом

увеличивается сопротивление угольного реостата и снижается сте­

пень возбуждения генератора. Действие регулятора прекратится,

когда напряжение генератора восстаНОВF!ТСЯ в первоначальном

значении.

IIри уменьшении напряжения генератора притягивающее уси­ лие электромагнита уменьшается и балансная пружина увели­

чивает давление на угольный столб. Сопротивление угольного

261

реостата снижается и степень возбуждения генератора возрастает.

Напряжение генератора будет повыIатI,сяя до тех пор, пока не

достигнет первоначального значения.

Конструктивное устройство автоматического угольного регуля­

тора напряжения показано на рис. 163.

Примером системы регулирования с электромагнит!!ым!! регу­

ляторами может служить схема регулироваШIЯ с электромагнит-

Рис. 163. Автоматический угольный регулятор напряжения

рованные электроизолирующие стержни; 6 - тяга нажимного коромысла; 7 - рычаг регу· лятора; 8 - плоские пружины для подвески рычага; 9 - якорь электромагнита специального профиля; 10 - сердечник электромагнита контрольно·измерительного органа; 11 - катушки

пломба; 22 - стопорные ограничительные винты; 23 - угольиик для закрепления пружины

ным усилителем «Магникон» фирмы Crornpton Parkinson (Анг­ лия), показанная на рис. 164. Электромагнитный усилитель (ЭМУ)

поперечного поля «Магникон» осуществляет функции возбуди­

теля, усилителя и регулятора напряжения. Особенностью ЭМУ яв­

ляется применение регулирующего полюса, состоящего из трех

зубцов. Сечение среднего зубца, так называемого опорного по­ люса, значительно меньше сечения двух боковых полюсов. На

опорный полюс надев"ается медная гильза (выполняющая роль демпфера системы регулирования), на которой располагается его

средняя обмотка возбуждения 5. Весь полюс охватывается так

262

называемой противодействующей обмоткой возбуждения 6. Пос­

ледняя включена последовательно с обмоткой опорного полюса,

110 магнитодвижущие силы их направлены противоположно. Обе обмотки образуют регулировочную обмотку возбуждения «Магни­

кона». Сечение опорного полюса и МДС его обмотки 5 выби­

раются такими, чтобы при незначительном токе возбуждения пол­ ностыо насыщалась сталь этого полюса. Поэтому магнитный поток полюса в достаточно широком диапазоне изменения тока возбу­ ждения остается неизменным. Поток же, создаваемый магнитодви­ жущей силой противодействующей обмотки 6, изменяется прямо пропорционально изменению тока возбуждения. Ток возбуждения, протекая по обмотке 2, создает IПОМИМО основного поток il1РОДОЛЬ­

ной реакции якоря, который компенсируется обмоткой 3. Следо­

вательно, результирующий поток возбуждения равен разности

потоков обмоток 2 и 3.

А В С

Рис. 164. Схема регулирования гене·

ратора фирмы Crompton Parkinson

опорного полюса; 6 - протнводействующая

обмотка возбуждения; 7 - блок выпрями­

телей; 8 - регулировочный реЗIIСТОР; 9 - резистор температурной компенсации

Регулировочный резистор 8 применяется как установочный

для получения требуемого напряжения на зажимах генератора.

Заданное напряжение будет поддерживаться системой регулиро­

вания постоянно. Если, например, увеличится напряжение генера­ тора, то поток обмотки 6 также возрастет, а результирующий по­ ток возбуждения ЭМУ, создаваемый обмотками 5 и 6, уменьшится. В результате снизится возбуждение генератора и его напряжение.

Напряжение генератора, таким образом, поддерживается на за­

данном уровне с точностью до ± 2,5 %.

Широкое распространение на судах получила система регули­

рования с регулятором типа УБК-М, схема которой показана на

рис. 165.

Регулятор состоит из трансформатора с управляемым подмаг­

ничиваНllем УТП и корректора напряжения. Вторичная обмотка трансформатора Ш2 питает через выпрямитель В3 обмотку воз­ буждения возбудителя ОВВ. С помощью этого трансформатора осуществляется компаундирование генератора ег, т. е. питание

обмотки возбуждения возбудителя током, пропорциональным току

статора генератора. Корректор наПРЯR<ения состоит из измери­

тельного трансформатора ТИ, блока компенсации частоты КЧ и магнитного усилителя МУ, воздействующих на обмотку управления

263

~

~_.JLn

-I8bIx

Рис. 165. Принципиальная схема электромагнитного регулятора напряжения типа УБК-М

W y трансформатора УТП. Корректор напряжения, реагируя на из­

менение напряжения генератора, повышает точность его регули­

рования.

Трансформатор УТП, конструктивно выполняемый как маг­

нитный усилитель, имеет первичные токовые обмотки WTl и W T 2,

включенные в две фазы генератора на геометрическую разность

лируемым воздушным зазором и резистор с активным сопротив­

лением.

Ток выхода регулятора Iвых зависит от тока нагрузки и на­

пряжения генератора, а также от коэффициента мощности на­

грузки.

. Управление током выхода трансформатора УТП IBbIx осущест­

вляется изменением величины его подмагничивания, регулируемой

током обмотки управления W y • Например, при увеличении под­

магничивания уменьшается индуктивность обмотки трансформа­ тора и возрастает ток выхода. Таким образом, трансформатор УТП обеспечивает управляемое фазное компаундирование гене­ ратора, т. е. при росте тока нагрузки и уменьшении коэффициента мощности увеличивает возбуждение генератора.

Магнитный усилитель МУ корректора напряжения получает пи­

тание от напряжения генератора и управляется' от трехфазного

измсрптельного трансформатора ТИ, который состоит из линей­ ного и нелинейного элементов. Токи вторичных обмоток ТИ вы­

прямляются выпрямителями ВНЭ и влэ и подаются на обмотки

управления магнитного усилителя ОУ1 и ОУ2. При изменении на­

прял{сния генератора подмагничивание магнитного усилителя за­

ВИСJIТ от величины изменения напряжения и определяется разно­

стью токов линейного и нелинейного элементов i.тr. э и iH . э, так как обмотки ОУ1 и ОУ2 включены встречно.

е помощью обмоток ОУ3 и ОУ4 осуществляется обратная

связь МУ соответственно по току генератора и по току магнитного

усилителя. Выход магнитного усилителя включен на обмотку уп­

равления трансформатора УТП.

Выходная мощность измерительного трансформатора ТИ недо­ статочна, чтобы непосредственно управлять трансформатором

УТП и изменять возбуждение возбудителя В, поэтому для повы­

шения мощности регулирования между измерительным трансфор­ матором и трансформатором УТП введен магнитный усилитель.

Индуктивное сопротивление последнего зависит от степени насы­

щения сердечника, которое создается разностью токов обмоток

управления ОУ1 и ОУ2, а также токами обмоток обратной связи

ОУ3 и ОУ4. Небольшой мощностью измерительного органа, необ­

ходимой для подмагничивания, изменяют индуктивное сопротив­

ление обмоток переменного тока МУ и управляют значительной мощностью в этой цепи. Вследствие отклонения напряжения гене­

ратора от заданного значения изменяются ток выхода корректора iMy , а также величина подмагничивания трансформатора УТП

265

и его ток выхода Iвых, а следовательно, и ток возбуждения возбу­

дителя.

Напряжение генератора изменяется установочным реостатом РУ, включенным в цепь линейного элемента измерительно!'о ор­

гана. Пределы изменений уставки составляют ± 5 % номиналь­ ного напряжения. Напряжение генератора при изменениях частоты

вращения первичного двигателя корректируется частотным конту­

ром КЧ. Благодаря высокому быстродействию и большой форси­

ровке возбуждения обеспечивается регулирование возбуждения при изменении режимов работы от холостого хода до номинальной

нагрузки, а также при снижениях напряжения вплоть до короткого

замыкания.

Главный недостаток систем с автоматическими регуляторами типов УБl(, РУН и им подобными - наличие возбудителя, кото­

рый значительно снижает надежность установки в целом и быст­

родействие системы регулирования. Применение полупроводников позволило создать статические устройства и систему самовозбуж­ дения синхронных генераторов малых и средних мощностей. При этом достигнуто самовозбуждение и автоматическое регулирова­

ние напряжения генераторов.

В схемах самовозбуждения и компаундирования синхронных генераторов ток возбуждения последних складывается из двух

составляющих, из которых одна определяется напряжением ге­

нератора, а другая - током нагрузки. В зависимости от того, где

происходит суммирование этих составляющих - на стороне по­ стоянного тока или выпрямления, различают системы токового

компаундирования. Во втором случае происходит геометрическое

суммирование составляющих, поэтому ток возбуждения генера­ тора будет зависеть от коэффициента мощности нагрузки.

! Принципиальная схема самовозбуждения и автоматического

~егулирования напряжения синхронных генераторов типа МСС

приведена на рис. 166.

Схема выполнена по системе фазного компаундирования

сприменением трехобмоточного трехстержневого трансформатора

сшунтом и полупроводниковых выпрямителей. Трансформатор фазного компаундирования Тфl( имеет три обмотки: токовую Wl,

включенную последовательно с нагрузкой в фазы генератора СГ,

обмотку напряжения Wи, на которую подается линейное напряже­

ние генератора, и выходную W2. Токовая и выходная обмотки от­

делены от обмотки напряжения магнитным шунтом.

Самовозбуждение синхронного генератора происходит анало­ гично процессу самовозбуждения генератора постоянного тока и

определяется остаточной ЭДС и сопротивщ~нием цепи возбужде­

ния. В рассматриваемой схеме самовозбуждение осуществляется выпрямленным током выпрямителя В, к которому подается на­

пряжение генератора через обмотки W H и W2 трансформатора ТФК.

Значение тока возбуждения в' режиме холостого хода генератора устанавливается при настройке схемы изменением индуктивности

рассеяния обмотки WH , что достигается регулированием

266

зазора между шунтом и стержнями магнитопровода транс­

форматора. Начальное возбуждение обеспечивает генератор на­

чального подмагничивания ГНП - источник переменного тока

с постоянными магнитами, сидящий на одном валу с синхронным

генератором. ГНП подключен к обмотке ротора через. выпрямитель ВНП, который при возбужденном синхронном генераторе заперт

напряжением выпрямителя В.

Требуемое напряжение устанавливается током УПР1:\вления дросселя ОТ<40са ДО, основная обмотка которого Wд включена па­ раллельно обмотке W2. Обмотка УlПравления дросселя W y 2 'подклю-

в

Рис. 166. Схема самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения

генератора типа МСС

чена через установочный резистор Ry и выпрямитель В к фазному напряжению обмотки напряжения WП трансформатора тфк. Для согласования характеристики системы самовозбуждения с регули­

ровочными характеристиками генератора дроссель отсоса имеет

дополнительную обмотку управления W y l, через которую вводится отрицательная обратная связь по напряжению ротора.

Система самовозбуждения при изменении нагрузки от О до

110 % номинальной и cos q1 от 0,7 до 0,95 поддерживает напря­

жение генератора в пределах ±3,5 % его номинального значения при изменении частоты вращения на ±2 %. Время переходного

процесса сокращается более чем в три раза по сравнению с си­

стемами возбуждения, в которых применяются машинные возбу­

дители.

§ 58. Параппепьная работа reHepaTopOB

Для возможности параллельного подключения к генератору

постоянного тока Г1 (рис. 167) генератора Г2 необходимо соб­

люсти два условия:

267

а) ЭДС подключаемого генератора должна быть равна напря­

жению сети;

б) полярность зажимов подключаемого генератора должна

соответствовать полярности сети.

Для соблюдения этих условий поступают следующим образом.

Пустив в ход первичный двигатель генератора Г1, устанавливают

номинальную частоту вращения, возбуждают генератор до номи­ нального напряжения и замыкают рубильник 1. Затем постепенно

нагружают генератор Г1, подключая нагрузку. Ток нагрузки ге­

нератора не должен превышать его номинального тока. После

Распределение нагрузки

Нагрузка между генераmора.t1LL

Рис. 167. Параллелъная работа шунтоl3ЫХ

генераторов

показаниями вольтметра V3; если они уменьшаются, то это зна­

чит, что по полярности генераторы ~ключены правильно (их ЭДС

действуют встречно). в этом случае возбуждение генератора Г2

регулируют до тех пор, пока показание вольтметра V3 не станет

равным нулю, после чего замыкают рубильник 3, включив тем

самым генератор Г2 на общие шины с генератором Г1.

Если же с увеличением возбуждения генератора Г2 показания

вольтметра V3 увеличиваются, то это свидетельствует о несоот­

ветствии полярностей генераторов Г1 и Г2. Тогда нужно спять возбуждение с генератора Г2, разомкнуть рубильник 2, остано­

вить первичный двигатель генератора Г2, а после этого поменять

местами провода, подключенные к зажимам рубильников 2 и 3.

После замыкания рубильника 3, т. е. при подключении генера-

,тора Г2 на общие шины с генератором Г1, генератор Г2 нагрузку. не принимает, продолжая работать вхолостую. Чтобы нагрузить

генератор Г2, нужно несколько увеличить его ток возбуждения и одновременно замкнуть рубильник 4. Нужно иметь в виду, что

ток нагрузки генератора не должен превышать его номинального тока.

268