Глава сороковая системы возбуждения синхронных машин
§ 40-1. Проблема регулирования возбуждения синхронных машин и требования к системам возбуждения
Системой возбуждения синхронной машины называется совокупность машин, аппаратов и устройств, предназначенных для питания ее обмотки возбуждения постоянным током if л регулирования величины этого тока.
К системам возбуждения предъявляются следующие основные требования: 1) высокая надежность в работе и 2) возможно большая простота и малая стоимость. Кроме того, необходимость регулирования напряжения и обеспечения устойчивой работы синхронных машин налагает на системы возбуждения ряд дополнительных требований.
Для поддержания постоянства напряжения U на зажимах генератора при изменении нагрузки необходимо регулировать if и соответственно щ в широких пределах. Согласно ГОСТ 533—68, минимальная устойчивая величина напряжения возбуждения щ ■турбогенератора должна быть не больше 0,2 UfH. В возбудителях в виде генераторов, дараллельного возбуждения это достигается <: помощью мостиков насыщения в магнитной цепи (см. § 9-4).
Проблема автоматического регулирования возбуждения.
Мощные синхронные генераторы, а во многих случаях и генераторы небольшой мощности снабжаются автоматическими регуляторами тока возбуждения, целью которых является: 1) поддержание постоянства напряжения U при изменениях нагрузки и 2) повышение статической и динамической устойчивости генератора. Вторая задача в особенности важна для~мощных генераторов, и при этом к системам и регуляторам возбуждения предъявляются повышенные требования.
При медленных изменениях U для поддержания U — Un— const достаточно осуществлять так называемое-п ропорциональное регулирование, когда регулятор возбуждения или напряжения реагирует на изменение U, т. е. на величину AU = U — Un, и в зависимости от величины и знака AU оказывает воздействие на орган, изменяющий соответствующим образом величину if. Например, для маломощных генераторов применяются угольные регуляторы напряжения, которые состоят из столбика угольных или графитовых дисков, пружины, сжимающей этот столбик, и электромагнита. Угольный столбик заменяет реостат возбуждения 6 в схемах рис. 34-1, а катушка электромагнита
присоединяется к зажимам генератора. При увеличении U электромагнит ослабляет давление пружины, сила сжатия столбика уменьшается, его сопротивление в результате этого увеличивается и if уменьшается. При уменьшении U действие происходит в обратном порядке
Однакоч при быстрых изменениях U, как это имеет место при переходных процессах, и для увеличения устойчивости такое регулирование малоэффективно вследствие механической инерции подобного регулятора, имеющего подвижные части, и электромагнитной инерции цепи возбуждения, обладающей большой индуктивностью. Вследствие такой инерции if будет изменяться с запаздыванием и не будет успевать за изменением U, вследствие чего выдержать условие 11 = = const с необходимой точностью невозможно. Во избежание этого для мощных генераторов, во-первых, применяют статические электромагнитные регуляторы, состоящие из элементов (электронные усилители и пр.), которые не имеют подвижных частей Во-вторых, для преодоления влияния электромагнитной инерции цепи возбуждения необходимо, чтобы действие регулятора было пропорционально не только U, но также скорости изменения U, т. е. dU/dt. Если, например, напряжение U начало резко и быстро падать и поэтому абсолютное значение dU/dt велико, то'регулятор немедленно, когда At/ еще не успело достичь заметной величины, дает сильный импульс на увеличение if. Желательно также, чтобы pefy-лятор возбуждения реагировал на производные других величин, характеризующих режим работы синхронного генератора. Например, как следует из изложенного в § 39-3, для повышения динамической устойчивости желательно, чтобы if было тем больше, чем быстрее растет угол нагрузки в, т. е. чем больше b' — dQ/dt, и наоборот. Так как измерение величины 6 затруднительно, то вместо 8' можно также регулировать по величине производную тока статора /, так как изменения 6 и / при качаниях происходят подобным образом (см. рис. 39-3). Желательно также регулировать if пропорционально вторым производным некоторых величин.