ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 168
Скачиваний: 0
ность, а генераторы с параллельным и независимым возбуждени
ем могут использоваться |
только с автоматическим |
регулятором |
||||
напряжения. В |
судовых |
электростанциях постоянного тока, |
как |
|||
правило, применяются генераторы |
со |
смешанным возбуждением. |
||||
В Правилах |
Регистра СССР |
не |
оговаривается |
допустимый |
||
провал напряжения при скачкообразном изменении нагрузки |
на |
|||||
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
электродвигатели постоянного тока пускаются |
через реостат и |
пусковой ток не превышает 2,5 /п. И, наконец, |
контакторы и реле |
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
электромагнита |
ОУ1 подключена через полупроводниковый вы |
||
прямитель ПВ |
к двум лю |
|
|
бым фазам генератора. При |
|
||
уменьшении |
|
напряжения |
|
генератора |
уменьшается |
|
|
ток, протекающий через об |
|
||
мотку ОУ1, |
а следователь |
|
|
но, —■усилие электромаг |
|
||
нита. Увеличивается сжатие |
|
||
шайб, а значит, уменьшает |
|
||
ся электрическое сопротив |
|
||
ление угольного |
реостата, |
|
|
включенного |
последователь |
|
|
но с обмоткой возбуждения |
Рис. 73. Схема автоматического регулятора |
||
ОВВ возбудителя В. |
напряжения типа РУН |
||
113
|
|
|
Увеличивается |
ток возбуждения /цв И Н З- |
||||||
|
|
|
пряжение UB возбудителя, |
ток |
возбуждения |
|||||
|
|
|
/ в и напряжение V |
генератора |
Г. |
Но теперь |
||||
|
|
|
регулятор отреагирует на повышение напря |
|||||||
|
|
|
жения на зажимах |
генератора |
и отработает |
|||||
|
|
|
на уменьшение тока возбуждения / в и |
напря |
||||||
|
|
|
жения генератора и т. д. Таким образом воз |
|||||||
|
|
t |
никнут |
незатухающие колебания напряжения |
||||||
|
|
около некоторой средней величины (рис. 74). |
||||||||
Рис. |
74. Изменение |
Незатухающие |
колебания |
напряжения, |
||||||
напряжения на зажи |
вызванные работой |
автоматического |
регуля |
|||||||
мах генератора |
при |
тора, |
можно |
исключить |
демпфированием |
|||||
отсутствии демпфиро |
(стабилизацией) |
регулятора. |
Существуют |
|||||||
вания |
угольного |
ре |
||||||||
гулятора |
|
угольные регуляторы с механическим |
демп |
|||||||
|
|
|
фированием. |
Якорь |
электромагнита |
связан с |
||||
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
этого угольные регуляторы позволяют осуществлять прямой пуск только асинхронных двигателей, мощность которых существенно мала по сравнению с мощностью генераторов электростанции. При пуске относительно мощных электродвигателей приходится при менять методы, ограничивающие пусковой ток, иначе не выполня ется требование в отношении провала напряжения и времени его восстановления.
Надежность угольных регуляторов снижают угольные шайбы, которые разрушаются при сильной вибрации и тряске.
Кроме автоматических регуляторов типа РУН, существуют электромашинные и электронные автоматические регуляторы нап ряжения. Однако из-за относительной сложности они не нашли распространения на судах.
§ 26. Регулирование напряжения синхронных генераторов с самовозбуждением
Недостатки, присущие угольным регуляторам, привели к раз работке новых принципов регулирования напряжения. Наиболь шее распространение получила идея, положенная в основу регу лирования напряжения генераторов постоянного тока смешанно го возбуждения, у которых ток нагрузки участвует в создании оп ределенной части намагничивающей силы возбуждения.
Использование этого принципа в синхронных генераторах ус ложняется двумя обстоятельствами. Во-первых, намагничиваю щая сила возбуждения генератора создается постоянным током, а ток нагрузки является переменным. Во-вторых, напряжение на зажимах синхронных генераторов, как уже отмечалось выше, зависит не только от величины, но и от характера нагрузки. Сле довательно, для поддержания напряжения генератора постоян ным с заданной точностью необходимо, чтобы его ток возбужде ния зависел как от величины тока статора, так и от его фазы, т. е. от коэффициента мощности.
Регуляторы, в которых осуществляется этот принцип, получи ли название систем амплитудно-фазового регулирования (компа ундирования). Они могут применяться для генераторов перемен
ного тока с независимым возбуждением |
и с самовозбуждением. |
В последнем случае такие регуляторы |
называются системами |
прямого амплитудно-фазового регулирования (ПАФР).
На современных судах системы ПАФР нашли самое широкое применение.
Рассмотрим для примера наиболее простой вариант системы ПАФР, разработанный заводом «Элмо» г. Дессау (ГДР) (рис. 75) и применяемый на больших сериях судов типа «Андижан», «По-
венец», «Пионер», «М. Калинин».
Процесс самовозбуждения происходит так же, как и у генера торов постоянного тока. Полюса ротора, на которых расположена обмотка возбуждения, приобретают остаточное намагничивание.
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
Ток нагрузки 1а отстает от напряжения генератора U на угол <р. На такой же угол отстает от напряжения и пропорциональный токунагрузки ток //.
Благодаря наличию дросселя ток I v отстает от напряжения гене ратора на угол, равный почти 90°. В результате геометрического сложения токов I v и // получается ток / р. При изменении характера нагрузки, например при уменьшении коэффициента мощности от cos срх до coscp2, векторы / н и I, поворачиваются на угол ср2, но результи рующий вектор / р при этом увеличивается, т. е. увеличивается ток возбуждения генератора.
На судах нашли применение различные системы ПАФР как отечественного, так и зарубежного производства. Принципиально они выполняют одни и те же задачи и отличаются лишь техниче ским решением отдельных узлов. Так например, для получения сдвига тока на угол 90° иногда вместо дросселей применяются конденсаторы.
В некоторых системах токи Iv и П суммируются не электричес ким, а электромагнитным путем с использованием многообмоточных трансформаторов.
Для повышения точности регулирования напряжения и для лучшего распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами довольно часто одновременно с ам плитудно-фазовым регулированием применяется корректор напря жения. который осуществляет дополнительное регулирование поотклонению напряжения генератора.
Главное достоинство систем ПАФР заключается в их высоком быстродействии и точности регулирования. Провал напряжения восстанавливается за доли секунды. Благодаря этому стало воз можным производить прямой пуск асинхронных короткозамкнутых: электродвигателей, мощность которых составляет более 25% мощности генератора электростанции.
Важным достоинством генераторов с самовозбуждением явля ется отсутствие возбудителя — электрической машины постоян ного тока, требующей особого ухода за коллектором и щеточным аппаратом.
Системы ПАФР состоят из статических элементов, что принци пиально предопределяет их высокую надежность.
На отечественных судах переход от угольных регуляторов на пряжения к системам прямого амплитудно-фазового регулирова ния был сделан не сразу. В 1955 г. Институт электротехники АН УССР разработал автоматический регулятор напряжения типа УБК- В нем также использовался'принцип амплитудно-фазового регулирования, но применительно к синхронным генераторам с независимым возбуждением, что позволило заменять угольные регуляторы более совершенными регуляторами УБК без замены самих генераторов на уже построенных судах.
Применение управляемых полупроводниковых вентилей (ти ристоров) и полупроводниковых триодов (транзисторов) в систе мах автоматического регулирования напряжения позволяет еще
иг
!
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
лируемой величины — напряжения |
генератора. Следовательно, в |
них используется тот же принцип, |
что и в автоматическом регуля |
торе напряжения типа РУН, а также в. центробежном регуляторе скорости вращения. Однако если в регуляторах типа РУН регу
лирующим органом |
является |
подвижная система |
«электромаг |
нит— угольный реостат», то |
здесь — управляемый |
полупроводни |
|
ковый выпрямитель, |
напряжение на выходе которого изменяется |
||
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