HOOFDSTUK ZES SYNCHRONISCHE MACHINES

§ 40-1. Het probleem van het regelen van de excitatie van synchrone machines en de vereisten voor excitatiesystemen

Het excitatiesysteem van een synchrone machine bestaat uit een reeks machines, apparaten en apparaten die zijn ontworpen om de bekrachtigingswikkeling ervan met gelijkstroom te voeden. als ikde grootte van deze stroom regelen.

De volgende basisvereisten worden opgelegd aan excitatiesystemen: 1) hoge operationele betrouwbaarheid en 2) de grootst mogelijke eenvoud en lage kosten. Bovendien stelt de noodzaak voor spanningsregeling en het waarborgen van de stabiele werking van synchrone machines een aantal aanvullende eisen aan het excitatiesysteem.

Om een ​​constante spanning te behouden Uop de klemmen van de generator wanneer het wijzigen van de belasting moet worden aangepast alsen dienovereenkomstig uover een breed bereik. Volgens GOST 533-68, de minimale stabiele grootte van de excitatiespanning u■ turbogenerator mag niet meer dan 0,2 zijn Uf H.Bij pathogenen in de vorm van generatoren wordt een parallelle excitatie bereikt<: помощью мостиков насыщения в магнитной цепи (см. § 9-4).

Het probleem van automatische regulering van excitatie.

Krachtige synchrone generatoren, en in veel gevallen generatoren met laag vermogen, worden geleverd met automatische bekrachtigingsstroomregelaars, waarvan het doel is: 1) een constant voltage te handhaven Umet belastingveranderingen en 2) verhoging van de statische en dynamische stabiliteit van de generator. De tweede taak is vooral belangrijk voor generatoren met een hoog vermogen en tegelijkertijd worden er hogere eisen gesteld aan systemen en bekrachtigingscontrollers.

Met langzame veranderingen Uonderhouden U - U n -hoewel het voldoende is om de zogenaamde proportionele regeling uit te voeren wanneer de excitatie- of spanningsregelaar op een verandering reageert U,dat wil zeggen door AU= U- U n,en afhankelijk van de grootte en het teken AUbeïnvloedt het lichaam, waardoor de waarde overeenkomstig verandert indien.Koelspanningsregelaars worden bijvoorbeeld gebruikt voor generatoren met laag vermogen, die bestaan ​​uit een kolom van koolstof- of grafietschijven, een veer die deze kolom samendrukt en een elektromagneet. Carbon bar vervangt excitatie reostaat 6 in de diagrammen van Fig. 34-1 en de spoel van een elektromagneet

wordt aangesloten op de klemmen van de generator. Door te vergroten Ude elektromagneet verzwakt de veerdruk, de compressiekracht van de kolom neemt af, de weerstand neemt toe als gevolg en alsafneemt. Terwijl het afneemt Ude actie gebeurt in omgekeerde volgorde

Echter, met snelle veranderingen U,zoals het geval is tijdens transiënten en om de stabiliteit te vergroten, is een dergelijke regeling niet effectief vanwege de mechanische traagheid van een soortgelijke regelaar met bewegende delen, en elektromagnetische traagheid van de excitatieschakeling, die een hoge inductantie heeft. Vanwege dergelijke traagheid alszal met een vertraging veranderen en zal de verandering niet bijhouden U,waardoor de conditie te weerstaan 11 = = const met de vereiste nauwkeurigheid is onmogelijk. Om dit te voorkomen, gebruiken zij voor krachtige generatoren statische elektromagnetische regelaars die bestaan ​​uit elementen (elektronische versterkers, enz.) Die geen bewegende delen hebben. Ten tweede, om de invloed van elektromagnetische traagheid van de excitatieschakeling te overwinnen, is het noodzakelijk dat de werking van de regelaar evenredig is aan niet alleen U,maar ook de snelheid van verandering U,t. e. dU / dt.Als bijvoorbeeld de spanning Ubegint scherp en snel te vallen en daarom de absolute waarde dU / dtgroot, de "regulator onmiddellijk, wanneer At / nog niet in geslaagd is om een ​​merkbare magnitude te bereiken, geeft een sterke impuls om te verhogen indien.Het is ook wenselijk dat de pefy-excitatiegenerator reageert op derivaten van andere grootheden die de werkingsmodus van de synchrone generator karakteriseren. Bijvoorbeeld, als volgt uit § 39-3, om de dynamische stabiliteit te verhogen, is het wenselijk dat alshoe meer, hoe sneller de beladingshoek toeneemt, d.w.z. hoe groter b "- dQ / dt,en vice versa. Aangezien het meten van de waarde 6 moeilijk is, is het in plaats van 8 "ook mogelijk om de grootte van het derivaat van de statorstroom in te stellen /, aangezien de veranderingen van 6 en / tijdens oscillaties op vergelijkbare wijze optreden (zie Fig. 39-3). alsevenredig met de tweede afgeleide van sommige hoeveelheden.

Ik regelgevers die niet alleen reageren op de afwijking van bepaalde parameters, maar ook op de waardes van hun derivaten in de tijd, worden sterke regulatoren genoemd.

Dergelijke regelaars voor synchrone generatoren werden voor het eerst ontwikkeld in de USSR voor de waterkrachtcentrale van Volga. V. I. Lenin en bewezen zichzelf op de beste manier.

Opgemerkt moet worden dat voor de effectieve werking van dergelijke regelaars het noodzakelijk is dat de elektromagnetische traagheid van het excitatiesysteem voldoende klein is.

Het is ook raadzaam om synchrone motoren te leveren met automatische excitatieregelaars. Hun actie op laagspanning helpt om de constantheid van de netspanning te handhaven en verhoogt de stabiliteit van de motoren.

De bovengrens (plafond) van de excitatiespanning. In geval van kortsluiting in het netwerk, de spanning op de klemmen van de generators Ueen gebrul valt, de door hen ontwikkelde kracht neemt daarom ook scherp af, en aangezien de kracht van de turbines onveranderd blijft, bestaat het gevaar dat de generatoren uit synchroniciteit vallen.

In deze gevallen te onderhouden Uop het hoogst mogelijke niveau en voorkomen dat de generatoren uit synchroniciteit vallen, wordt de zogenaamde excitatie-forcering toegepast, d.w.z. de excitatiespanning Ufzo snel mogelijk stijgt naar de maximaal mogelijke waarde Uf m.

In de excitatiecircuits van de vorm van fig. 34-1 Dit wordt bereikt door het feit dat een speciaal relais dat reageert op een scherpe afname van de spanning, door zijn contacten, een excitatie-reostaat 5 overbrugt.

Om de excitatie-versterking effectief te laten zijn, de bovenlimiet (plafond) van de excitatiespanning u tmoet groot genoeg zijn. Volgens GOST 533-68 en GOST 5616-63 is het vereist dat turbinegeneratoren

De snelheid van toename van de excitatiespanning. Wanneer de opwindingskracht umoet zo snel mogelijk groeien. Volgens GOST 533-68 en GOST 5616-63 moet voor turbinegeneratoren de snelheid waarmee de excitatiespanning wordt verhoogd wanneer deze wordt geforceerd ten minste 2Uf aper seconde, en voor hydrogenerators - niet minder dan 1,5 "y n per seconde.

§ 40-2. Excitatie systemen

Excitatiesystemen met DC-generatoren. Het klassieke systeem van excitatie van synchrone machines, dat momenteel veel wordt gebruikt, bestaat uit een pathogeen in de vorm van een generator van parallelle excitatie op een gemeenschappelijke as met een synchrone machine (zie afb. 34-1). In langzame machines met vermogen tot R ayay 5000 ketom het gewicht en de kosten van ziekteverwekkers te verminderen, zijn deze laatste soms verbonden met de as van een synchrone machine met behulp van een V-riem overbrenging.

Hydrogeneratoren hebben meestal ook een ziekteverwekker op dezelfde as als de generator. Tegelijkertijd echter krachtige generatoren met lage snelheid met en n = 60 -J-150 omw / minafmetingen en kosten van de ziekteverwekker in verband met zijn aanzienlijke kracht en rust zijn groot. Bovendien hebben langzame pathogenen vanwege hun grote omvang een grote elektromagnetische traagheid, wat de effectiviteit van automatische controle en excitatie forceren vermindert. Daarom worden excitatiesystemen ook gebruikt als een afzonderlijke hogesnelheidseenheid. (n =750 -t-1500 / Min)bestaande uit een asynchrone motor en een DC-generator. De asynchrone motor ontvangt tegelijkertijd het vermogen van een speciale synchrone hulpgenerator op dezelfde as met de hoofdhydrogenerator en in sommige gevallen van de hulpliggers van het hydrostation of van de terminals van de hoofd hydrogenerator. In het laatste geval wordt de excitatie-eenheid beïnvloed door ongevallen in het vermogenssysteem (kortsluitingen, enz.) En daarom, om de betrouwbaarheid ervan te vergroten, rijden asynchrone motoren met een verhoogd maximumkoppel. (M t:\u003e 4 M n), en soms leveren deze eenheden ook vliegwielen. In de vorm van afzonderlijke exciterende aggregaten worden ook aggregaten van reserve-excitatie van krachtcentrales gebruikt, die dienen om hun eigen pathogenen-generatoren te reserveren in geval van ongelukken en storingen.

Turbinegeneratoren tot P en= 100 duizend kethebben meestal ook ziekteverwekkers in de vorm van DC-generatoren op de schacht. Echter, wanneer R n \u003e\u003e 100 duizend ketde kracht van de pathogenen wordt zo groot dat hun implementatie bij n p= 3000 -t-3600 omw / minonder de voorwaarden van switching betrouwbaarheid wordt moeilijk of zelfs onmogelijk. In dit geval worden verschillende oplossingen toegepast. Zo worden pathogenen met rotatiesnelheid en n = 750-g-1000 veelvuldig in het buitenland gebruikt. omw / min,verbonden met de as van de turbogenerator met behulp van een reductiemiddel, evenals exciterende eenheden met asynchrone motoren die worden aangedreven door de stationsbussen of van de generatorterminals.

Sommige soorten excitatiesystemen met DC-machines worden ook gebruikt. Krachtige pathogenen van grote auto's hebben bijvoorbeeld soms subagentia (Figuur 40-1), die dienen om de ziekteverwekker te prikkelen.

Tegelijkertijd wordt het bekrachtigingssysteem geregeld in het exciter-excitatieschakeling, waarin een kleine stroom vloeit, hetgeen wordt bereikt door het vermogen en het gewicht van de regel- en regelapparatuur te verminderen.

Gecombineerd excitatiesysteem met constant * oogpathogeen (Fig. 40-2) In moderne excitatiesystemen wordt het principe van compounding algemeen gebruikt, dat wil zeggen automatische verandering van excitatie wanneer de belastingsstroom van een synchrone generator verandert, net zoals bij DC-generatoren met gemengde excitatie volgens de opname van een seriële veldwikkeling (zie § 9-6). Aangezien er een wisselstroom vloeit in de ankerwikkeling van de synchrone machine en in de bekrachtigingswikkeling 2 - gelijkstroom dan bcompoundcircuits van synchrone machines passen halfgeleider-gelijkrichters toe In het basisschema van een samengesteld excitatiesysteem met een DC-exciter getoond in Fig. 40-2, de excitatiewikkeling van de pathogeen 4 verbonden met het anker van de ziekteverwekker 3 met een reostaat 6 en naast gelijkrichters 9, aangedreven door seriële transformatoren 7.

Afb. 40 1 Excitatiesysteem met opwekker en gelijkstroomopwekker.

/ - synchrone generator verankeren 2 - bekrachtigingswikkeling van de synchrone generator, 3 - veranker pathogeen, 4 - bekrachtigingswikkeling van de bekrachtiger, 5 - ankerankeranker, 6 - opwindende opwinding

Figuur 40-2 Stroomopnemend excitatie systeem

Generator stationair draaien 4 krijgt alleen stroom van het anker 3 Naarmate de generatorstroom toeneemt / de secundaire spanning van de transformator 7 zal groeien, en al met een kleine belasting deze spanning gelijkgericht door de gelijkrichter 9, gelijk aan de opwikkelspanning 4 Met een verdere toename van de belasting, de liquidatie 4 wordt gevoed door een transformator 7 en daarom de stroom van deze wikkeling en de bekrachtigingsstroom van de generator uzal groeien met toenemende belasting

Bij verhoging van de weerstand van de regelweerstand Sgelijkrichterspanning 9, en de compounding-actie van de transformator 7 zal groeien.Met kortsluiting versnelt de compounding-inrichting de excitatie,

Compounding-actie van het schema van Fig. 40-2 hangt alleen af ​​van de grootte van de stroom / en is niet afhankelijk van de fase. Daarom is deze actie bij inductieve belasting zwakker dan bij een actieve belasting. Een dergelijke samenstelling wordt stroom genoemd en tegelijkertijd de constantheid van de spanning Ubinnen het bereik van normale belastingen kan met nauwkeurigheid worden gehandhaafd ± (5-10)%. Een dergelijke nauwkeurigheid voor moderne installaties is onvoldoende, en daarom in de diagrammen van Fig. 40-2 van toepassing aanvullende corrector of automatische spanningsregelaar 11, welke verbonden is door een transformator 10 met generatorclips, evenals met installatieweerstanden 8. Regelaar // reageert op spanningsveranderingen Uen stroomt / en voedt een gelijkstroom extra excitatiewinding van het pathogeen 5. Het bestaat uit statische elementen (magnetische versterker, verzadigde transformator, halfgeleider gelijkrichters, enz.), En de details van het apparaat worden hier niet beschouwd.

Een dergelijk systeem van opwinding wordt veel gebruikt in de USSR voor generatoren met een capaciteit van maximaal 100 duizend. kw.

Fig. 40-3. Excitatiesysteem met wisselstroompathogenen en gelijkrichters

Excitatiesysteem met dynamo's en gelijkrichters.

Zoals hierboven vermeld, worden voor krachtige gndro- en turbo-generatoren de excitatiesystemen met gelijkstroompathogenen op dezelfde as als de generatoren oneconomisch en zelfs onhaalbaar. In deze gevallen worden excitatiesystemen met alternators en gecontroleerde of niet-beheerde gelijkrichters gebruikt (afb. 40-3).

Schema fig. 40-3, enhet is de basis voor het excitatiesysteem van hydro-generatoren van de waterkrachtcentrales Volga, Bratsk en Krasnoyarsk, met een hulpsynchrone generator van "natuurlijke frequentie 3 en de excitator 7 bevindt zich op dezelfde as met de hoofdgenerator /, en de iongelijkrichter 5 met kleppen met een enkele poort heeft een roosterbesturing van een excitatiebesturing met sterke actie (in Fig. 40-3, enniet getoond). Veldannulering wordt uitgevoerd door gelijkrichteroverdracht 5 in de omvormermodus om het vermogen van de bekrachtigingswikkeling van de hoofdgenerator over te dragen 2 naar hulpgenerator 3.

Schema fig. 40-3, bgebruikt door de plant "Electrosila" voor turbo-generatoren met een capaciteit van 150 duizend. keten hoger. In deze schakeling is de bekrachtigingswikkeling 2 hoofdgenerator / wordt opgewekt door een inductorgenerator (pathogeen) 3 frequentie van 500 hzdoor silicium gelijkrichters 5. Generator 3 heeft twee bekrachtigingswikkelingen: een onafhankelijke bekrachtigingswikkeling 4, aangedreven door een hulpgenerator 9 door gelijkrichters 5, en het winden van opeenvolgende zelfexcitatie 6. Generatorset 9 heeft "palen in de vorm van permanente magneten. generatoren 3 en 9 bevindt zich op dezelfde as met de hoofdgenerator. De inductiegenerator heeft geen wikkelingen op de rotor en is daarom zeer betrouwbaar in gebruik. Parallel aan het kronkelen van zijn anker

nena driefasige inductieve spoel (choke) 10, dC gemagnetiseerd. spoel 10 verbruikt van de generator 3 inductieve stroom, en zoals met f =500 hzde inductieve weerstand van de ankerwikkeling van de generator is groot, dan is de spanning aan de klemmen sterk afhankelijk van de spoelstroom 10 Door de spoelvoorspanningsstroom aan te passen 10 snelle generatorspanningsregeling wordt bereikt 3 en excitatiestroom alsOpwindende opwinding 6 draagt ​​bij aan de versnelling van excitatie tijdens kortsluitingen als gevolg van de actie van een aperiodische transiënte stroom in de bekrachtigingswikkeling 2.

De krachtigste moderne turbinegeneratoren hebben als B= 5000 -5- 10000 a, en zelfs het werk van contactringen met borstels wordt moeilijk. Daarom worden momenteel ook generatoren met contactloze excitatiesystemen gebouwd, een dergelijk systeem kan bijvoorbeeld worden geïmplementeerd op basis van het diagram in Fig. 40-3, en,als het anker windt 3 dynamo plaats

Fig. 40-4. Zelfexcitatie systeem met fase compounding

op zijn rotor gemonteerd op de as van de hoofdgenerator 1, en de opwindingswikkeling 4 zet op de stator. Halfgeleider gelijkrichters 5 tegelijkertijd worden ze gefixeerd op de schijf, die ook op de generatoras is gemonteerd / enroteert met zijn rotor en excitatiewikkeling 2. Huidige controletaak alsin dit geval wordt het toevertrouwd aan sub-exciter 7-8, die ook kan worden uitgevoerd als een contactloze dynamo. Dergelijke excitatiesystemen zijn veelbelovend, maar ze hebben het nadeel dat velddoving alleen in een opwikkelcircuit kan worden gedaan. 4 in dit geval wordt het veld van de hoofdgenerator relatief langzaam gedoofd.

Samengestelde self-excited oscillators.Hierboven hebben we gekeken naar onafhankelijke excitatiesystemen waarbij de energie voor de excitatie van een synchrone generator geheel of gedeeltelijk werd verkregen uit pathogenen in de vorm van DC- of AC-machines. Samen met hen worden ook zelfbekrachtigingssystemen gebruikt, waarbij deze energie wordt verkregen uit het ankercircuit van de generator zelf. Dergelijke excitatiesystemen worden met name algemeen gebruikt voor generatoren met laag en gemiddeld vermogen die werken in autonome systemen (bosbouw, transportinstallaties, enz.). In de afgelopen jaren worden zelfexcitatiesystemen steeds vaker ook gebruikt voor grote generatoren die werken in krachtige voedingssystemen, envoor synchrone motoren. Het principe van compounding wordt ook vaak gebruikt.

Een typisch diagram van een zelf-geëxciteerde gecompoundeerde generator wordt getoond in Fig. 40-4. Secundair e. d. a. parallelle transformator 3 is proportioneel U,en secundaire e. d. a. seriële transformator 5 evenredig met /. De secundaire wikkelingen van deze transformatoren zijn parallel verbonden en

Excitatie stroom als~ alsis niet alleen afhankelijk van de grootte van de belastingsstroom /, maar ook van zijn fase, waardoor de schakeling in Fig. 40-4 wordt een fase-bereidingsschema genoemd. Hiermee kunt u de samengestelde werking van het excitatiesysteem verhogen onder inductieve belasting van de generator, sinds de inductieve

Fig. 40-5. Substitutieschema's van zelfexcitatie met fasecompoundering

component van de belastingstroom van de generator veroorzaakt de grootste spanningsval.

Stel dat de primaire wikkelingen van transformatoren 3 en 5 gegeven aan de secundaire, de weerstand van deze transformatoren en gelijkrichters 6 gelijk aan nul en de weerstand van de bekrachtigingswikkeling 2, gereduceerd tot de AC-zijde, gelijk aan ri.Dan is het diagram in Fig. 40-4 komt overeen met het equivalente circuit van Fig. 40-5, a, e \\volgens welke

Volgens (40-2) kan het equivalente schema ook worden weergegeven zoals in Fig. 40-5, b.

Laat de generator in kwestie impliciet polair zijn. Vervolgens heeft het vectordiagram de vorm die wordt getoond in Fig. 40-6 volle lijnen. Dus als U "en / j zijn proportioneel Uen / en vallen in fase (of 180 ° verschoven ten opzichte van hen), dan is het diagram in Fig. 40-5, b en de gelijkheid (40-2) komen overeen met het vectordiagram getoond in Fig. 40-6 met stippellijnen. Uit deze figuur volgt dat met een geschikte keuze van transformatorverhoudingen van de transformator 3 en 5 en weerstand x Linductieve spoel 4 vectordiagrammen fig. 40-6 zal vergelijkbaar zijn. Daarom wanneer U= const en op elke waarde en fase / wil Uf - ~ Een, volgens (40-2), Als ~ E,d.w.z. bij elke belasting de excitatiestroom alszal zulk een induceren. d. a. E,wat is bewaard gebleven U= const.

Fig. 40-6. Vectordiagrammen van een impliciete polaire synchrone generator en zijn zelfexcitatie systeem met fasecompoundeing

Uit de uitdrukking (40-2) volgt dat met x L =0 bereiding zal afwezig zijn. In dit geval neemt // bij transformator 5 de belasting van de transformator 3 en stroom alszal niet toenemen.

transformers 3 en 5 in fig. 40-4 kan ook worden gecombineerd in één gemeenschappelijke transformator met twee primaire wikkelingen en één secundaire wikkeling die is aangesloten op de gelijkrichter 6. spoel 4 tegelijkertijd is het nodig om spanning over te brengen naar de primaire wikkeling. In plaats daarvan kunt u ook de verstrooiing van deze wikkeling kunstmatig vergroten, door deze te scheiden van andere transformatorwikkelingen door een magnetische shunt. Bij hoogspanningstransformator 5 het is raadzaam om de neutrale zijde van het anker van de generator in te schakelen. In generators van kleine macht weigert soms transformator 3 en spoel 4 direct toevoegen naargeneratorterminals. Andere variëteiten van vergelijkbare excitatiesystemen worden ook gebruikt.

Vanwege saturatie en andere oorzaken van zowel impliciete polaire als expliciete poolgeneratoren U= const wordt feitelijk onderhouden met nauwkeurigheid = b (2-5)%. Voor laagvermogen generatoren is deze nauwkeurigheid voldoende, maar de lengte van hoogvermogen generatoren vereist extra spanningsregeling met behulp van een corrector of spanningsregelaar. Voor dit doel, de spoel 4 kan worden uitgevoerd met bias DC-stroom, en in dit geval regelt de spanningsregelaar de grootte van deze stroom, waardoor een verandering wordt bereikt x Len stroom %. in de goede richting. Als S-gelijkrichters bestuurbaar zijn, kan een spanningsregelaar op deze gelijkrichters inwerken.

Zelfexcitatie van een synchrone generator volgens het schema van Fig. 40-4 treedt alleen op in de aanwezigheid van een flux van restmagnetisatie, zoals in DC-generatoren met parallelle excitatie. Vanwege de toegenomen weerstand van de gelijkrichter bij lage stromen en andere oorzaken induceert de resterende flux van normale grootte echter een onvoldoende grote e. d. a. om zelf-excitatie van een synchrone generator te verschaffen, is het daarom noodzakelijk om aanvullende maatregelen te nemen (het gebruik van resonantiecircuits, het opnemen van een kleine batterij of een extra generator met permanente magneten in het excitatieschakeling, een toename van de reststroom door middel van magnetische strips bij de generatorpolen, enz.). Voor het verkrijgen van een resonantiecircuit evenwijdig aan de klemmen van de gelijkrichter 6 (RNS. 40-4) AC-condensatoren kunnen worden ingeschakeld via het netsnoer 7. Als capaciteit C is geselecteerd tijdens het opstarten van de generator * tor< п„ возникнет резонанс- напряжений, то напряжение на конденсат торах 7 en gelijkrichterspanning 6 zal verschillende keren stijgen en zelfexcitatie zal optreden. bij n= n presonantieomstandigheden worden geschonden, en daarom hebben condensatoren een verwaarloosbaar effect op de werking van de schakeling. In de excitatiecircuits van de vorm van fig. 404 worden in het algemeen halfgeleider-gelijkrichters gebruikt; Vanwege de eenvoud, betrouwbaarheid en goede wettelijke eigenschappen pF\u003edergelijke excitatiecircuits worden steeds meer gebruikt. Voor bescherming tegen overspanningen tijdens asynchrone werking en andere ongebruikelijke omstandigheden, worden gelijkrichter * -metalen meestal overbrugd door hoge weerstand en of niet-lineaire weerstanden.

Laagvermogen generatoren met het beschouwde bekrachtigingssysteem maken de directe start mogelijk van kortgesloten asynchrone motoren waarvan de vermogens in verhouding staan ​​tot de kracht van de generatoren. In dit geval forceert de startstroom van de motor, als gevolg van compounding, de excitatie van de generator *\u003e torus en daarom neemt zijn spanning niet significant af, ondanks de grote startstromen van een inductieve aard "

Andere soorten excitatiesystemen worden ook gebruikt. Een kenmerk is de bredere vervanging van systemen met pathogenen van constant. huidige # systemen met halfgeleider-gelijkrichters.

De opwinding van turbo-generatoren is een integraal onderdeel en de betrouwbare en stabiele werking van de gehele turbo-generator hangt grotendeels af van de betrouwbaarheid van de werking ervan.

De bekrachtigingswikkeling past in de groeven van de generatorrotor en met contactringen en borstels, met uitzondering van het borstelloze excitatiesysteem, wordt gelijkstroom geleverd vanaf de bron. Als een bron van energie kan een generator van directe of wisselstroom worden gebruikt, die de pathogeen wordt genoemd, en het excitatiesysteem is een elektrische machine. In een machinevrij excitatiesysteem is de generator zelf de energiebron en daarom wordt hij een zelfexcitatie systeem genoemd.

Basale excitatiesystemen moeten:

Lever betrouwbare kracht aan de rotorwikkeling in normale en noodmodi;

Sta regeling van de opwindingsspanning in voldoende limieten toe;

Zorg voor excitatieregeling met hoge snelheid met hoge boostsnelheden in de noodmodus;

Voor een snelle de-activering en, indien nodig, om het veld te laten blussen in noodsituaties

De belangrijkste kenmerken van de bekrachtigingssystemen zijn: snelheid, bepaald door de snelheid van toename van de spanning op de rotorwikkeling tijdens het forceren V=0,632∙(U f  zweet - U f  Dhr. ) / U f  Mr. ∙ t 1,en de verhouding van de plafondspanning tot de nominale excitatiespanning U f  zweten / U f  Mr. = K  f - de zogenaamde multipliciteit van forceren.

Volgens GOST moeten turbinegeneratoren hebben K  f ≥ 2, en de snelheid van toename van excitatie - niet minder dan 2 s -1. De veelheid van kracht voor hydrogenerators moet ten minste 1,8 zijn voor collectorpathogenen die zijn verbonden met de generatoras en ten minste 2 voor andere excitatiesystemen. De stijgsnelheid van de excitatiespanning moet ten minste 1,3 s-1 zijn voor hydrogenerators met een capaciteit van maximaal 4 MBA inclusief en ten minste 1,5 s-1 voor hydrogenerators met hoge capaciteit.

Voor high-power hydrogenerators die werken op langeafstandstransmissie, worden hogere eisen gesteld aan de excitatiesystemen: K  f = 3-4, de mate van toename van opwinding tot 10 U f  H 0 M per seconde.

De wikkeling van de rotor en het bekrachtigingssysteem van generatoren met indirecte koeling moeten gedurende 50 s verdubbeld zijn ten opzichte van de nominale stroom. Voor generatoren met directe koeling van de rotorwindingen wordt deze tijd teruggebracht tot 20 s, voor generatoren met een capaciteit van 800-1000 MW, een tijd van 15 s wordt geaccepteerd, 1200 MW is 10 s (GOST 533-85Е).

Het vermogen van de excitatiebron is gewoonlijk 0,5-2% van het vermogen van de turbogenerator en de excitatiespanning is 115-575 V.

Hoe groter het vermogen van de turbogenerator, hoe hoger de spanning en hoe lager het relatieve vermogen van de ziekteverwekker.

Excitatiesystemen kunnen worden onderverdeeld in twee typen: onafhankelijke (directe) excitatie en afhankelijke (indirecte) excitatie (zelfexcitatie).

Het eerste type omvat alle elektrische en gedie samenhangen met de turbogeneratoras (Fig. 4.1).

Het tweede type omvat excitatiesystemen die stroom ontvangen rechtstreeks van de generatorterminals door speciale traploze transformatoren (Fig. 4.2, en) en apart geïnstalleerde elektrische machine-exciters, geroteerd door wisselstroommotoren die worden aangedreven door de eigen banden van het station (Fig. 4.2, b).

DC elektrische pathogenen (Fig. 4.1, en) eerder gebruikt op turbogeneratoren met laag vermogen. Op dit moment wordt een dergelijk excitatiesysteem in de praktijk niet gebruikt, aangezien het een laag vermogen heeft en dit bekrachtigingssysteem bij een rotatiesnelheid van 3000 rpm moeilijk uit te voeren is vanwege de moeilijke werkomstandigheden van de collector en de borstelinrichting (verslechtering van de schakelomstandigheden).

Op bestaande turbinegeneratoren gebruiken:

Hoogfrequent excitatie-systeem;

Borstelloos excitatiesysteem;

Statisch thyristor onafhankelijk excitatiesysteem;

Statisch thyristorsysteem van zelfexcitatie.

In deze excitatiesystemen is de veroorzaker een wisselstroomgenerator van verschillende ontwerpen, die geen vermogenslimiet heeft. Ongecontroleerde en gecontroleerde halfgeleider-gelijkrichters-kleppen worden gebruikt om AC in DC om te zetten.

Het principe van de werking van hoogfrequente excitatie (Fig. 4.1, b) is dat op dezelfde as met de generator een hoogfrequente generator van driefasenstroom van 500 Hz roteert, die door de halfgeleider gelijkrichters B de gelijkgerichte stroom aan de rotorringen van de turbogenerator levert. Met een dergelijk systeem van excitatie wordt de invloed van veranderingen in de bedrijfsmodi van het externe netwerk op de excitatie van de generator geëlimineerd, hetgeen de stabiliteit ervan tijdens kortsluitingen in het vermogenssysteem verhoogt.

Fig. 4.1. Schematische diagrammen van een onafhankelijk excitatiesysteem voor generatoren:

en  - elektrische machine met een DC-generator; b  - hoge frequentie;

SG  - synchrone generator; SH  - DC-exciter;

ICH  - hoogfrequent generator; PV  - Subagent; de  - gelijkrichter

Fig. 4.2. Schematische diagrammen van het afhankelijke generator-excitatiesysteem;

VT  - hulptransformator; HELL  - asynchrone motor

Op moderne turbogeneratoren wordt hoogfrequent excitatiesysteem niet als achterhaald gebruikt. Voor krachtige turbo-generatoren zijn de excitatiestromen 5-8 kA. Dit levert grote problemen op bij het leveren van gelijkstroom aan de bekrachtigingswikkeling van de generator met behulp van glijdende contacten - ringen en borstels. Daarom wordt op dit moment een borstelloos bekrachtigingssysteem gebruikt voor een aantal generatoren, waarbij de gelijkrichtinrichting zich op de rotor bevindt en wordt aangedreven door een omkeerbare machine door de luchtspleet. Daarom wordt de elektrische verbinding tussen de gelijkrichter en de bekrachtigingswikkeling uitgevoerd door een stijve geleider zonder het gebruik van sleepringen en borstels.

In een onafhankelijk statisch systeem en een zelfexcitatie systeem, worden gecontroleerde halfgeleider silicium gelijkrichters - thyristors - gebruikt. Dit maakte het mogelijk om de snelheid van deze excitatiesystemen te verhogen in vergelijking met een systeem, bijvoorbeeld een hoogfrequent systeem, waarbij niet-beheerde gelijkrichters worden gebruikt. Omdat in deze excitatiesystemen een groep statisch bestuurde gelijkrichters wordt gebruikt, worden ook schuifcontacten gebruikt om gelijkstroom aan de toe te voeren, wat een nadeel is. Thyristor-excitatiesystemen zijn gebruikt voor turbogeneratoren met een capaciteit van 160-500 MW. In Fig. 4.2 eneen schematisch diagram van een statische thyristor zelfexcitatie wordt gegeven.

In geval van schade aan het excitatiesysteem, is het gepland om back-uppathogenen te installeren: één voor elke vier generatoren.

Installeer als back-up pathogenen DC-generatoren, aangedreven in rotatie door asynchrone motoren aangesloten op de banden van de eigen behoeften van het station (Fig. 4.2, b). Zodat wanneer de spanning wordt ingesteld, bijvoorbeeld met een kortsluiting, de back-up-pathogenen niet vertragen, wordt een vliegwiel op zijn as geïnstalleerd.

Synchrone generator-excitatiecircuits

Voor normale werking moeten de rotorwikkelingen van synchrone generatoren worden aangedreven door pathogenen. Het wijzigen van de grootte van de excitatiestroom regelt de spanning van de synchrone generator en het reactieve vermogen dat daaraan in het netwerk wordt gegeven.

De karakteristieken van het excitatiesysteem worden bepaald door de combinatie van de eigenschappen van de voeding van de bekrachtigingswikkeling en de automatische besturingsinrichtingen. Excitatiesystemen moeten voorzien in:

1) betrouwbare stroomtoevoer van de rotorwikkeling van een synchrone machine in alle modi, inclusief in het geval van ongevallen;

2) stabiele regeling van de bekrachtigingsstroom wanneer de belasting varieert binnen de nominale waarde;

3) voldoende snelheid;

4) dwingen opwinding;

5) snel doven van het magnetisch veld van excitatie met de operationele ontkoppeling van de generatoren uit het netwerk (veldschrikmachines worden gebruikt - AGP).

De belangrijkste manier om synchrone machines aan te zetten is elektromagnetische excitatie, waarvan de essentie is dat de excitatiewikkeling zich op de polen van de rotor bevindt. Bij het passeren van deze DC-wikkeling ontstaat een magnetomotorische kracht (MDS) van excitatie, die een magnetisch veld in het magnetische systeem van de machine induceert.

In overeenstemming met GOST 533-76, GOST 5616-81 en GOST 609-75, kunnen turbo- en hydro-generatoren, evenals synchrone compensatoren, alleen het meest betrouwbare directe bekrachtigingssysteem of zelfexcitatie systeem hebben.

Het maximale vermogen van elektrische exciters bij een frequentie van 3000 tpm is ongeveer 600 kW. Daarom kunnen elektrische bekrachtigingssystemen niet worden gebruikt in turbogeneratoren met een vermogen van 200 MW of meer, waarvan het bekrachtigingsvermogen groter is dan 1000 kW.

Met de ontwikkeling van de productie en de verbetering van de betrouwbaarheid van halfgeleider-gelijkrichters, komen klepbekrachtigingssystemen met diodes of thyristors steeds vaker voor.

Tot voor kort rijden wikkelen toegepaste speciale generatoren afzonderlijke bekrachtiging DC, genaamd ziekteverwekkers (Figuur 5.6, a) dat bekrachtigingswikkeling (S) ontvangen gelijkstroom van de andere generator (shunt), genaamd podvozbuditelem (PX). De rotor van een synchrone machine en Opwekkerrotor en podvozbuditelya aangebracht op een gemeenschappelijke as en roteren tegelijkertijd. In dit geval de stroom in de veldwikkeling van de synchrone machine wordt via sleepringen en borstels. De excitatiestroom rheostaten toegepaste correctie bij de opwekkerstator schakeling (R1) en podvozbuditelya (r2) besturen.

Figuur 5.6 - Contact (a) en contactloze (b) systemen

elektromagnetische excitatie van synchrone generatoren

In synchrone high-power generators - turbogeneratoren - soms als een bekrachtigingsgenerator AC inductortype. Aan de uitgang van een dergelijke generator is een halfgeleidergelijkrichter inbegrepen. Synchronous Generator excitatiestroom in dit geval door het variëren van de bekrachtiging van de spoel generator.

Het kreeg toepassing in een synchrone generatorsysteem contactloze elektromagnetische excitatie waarbij de synchrone generator niet sleepringen aan de rotor.

Als het pathogeen, in dit geval alternator wordt gebruikt (Figuur 5.6, b) waarbij de wikkeling 2, waarbij de geïnduceerde spanning (ankerwikkeling) op de rotor en de bekrachtigingswikkeling 1 op de stator. Door de bekrachtiger ankerwikkeling en veldwikkeling van de synchrone machine roteren en de elektrische aansluiting direct uitgevoerd zonder sleepringen en borstels. Aangezien de bekrachtiger een wisselstroomgenerator en de bekrachtigingswikkeling nodig is om een ​​constante stroom te voeden, dan is de uitgang van de Opwekkerrotor wikkelingen bestaan ​​uit een halfgeleider omzetter 3 bij de synchrone machine-as en roteert samen met de veldwikkeling van de synchrone machine en de exciter ankerwikkelingen. Macht excitatiespiralen 1 exciter gelijkstroom wordt geleverd vanuit podvozbuditelya (MF) - een DC-generator.

Aangezien sleepcontacten in de bekrachtigingsschakeling synchrone machines kan de betrouwbaarheid verbeteren en efficiëntie.

In synchrone generator, waaronder hydrogenerators ontvangen gespreid principe van zelf-excitatie (figuur 5.7), wanneer de netstroom nodig voor excitatie, is ontleend aan een wikkeling van een synchrone generator van de stator en door het verlagingstransformator en de gelijkrichter halfgeleider omzetter (PP) omgezet in energie van een permanente stroom. zelfexcitatie principe berust op het feit dat de aanvankelijke bekrachtiging van de generator als gevolg van remanent magnetisme van het magnetisch circuit van de machine.

Afbeelding 5.7 - Het principe van zelfexcitatie van synchrone generatoren

In Figuur 5.7, b is een blokschema van een geautomatiseerd systeem voor zelf-excitatie synchrone generator (SG) naar de gelijkrichter transformator (VT) en een thyristor converter (TC) waardoorheen wisselstroom van de stator circuit SG herleid tot een gelijkstroom wordt toegevoerd aan de bekrachtigingswikkeling. Controle thyristor regelaar door een automatische regulator excitatie ARV, die de ingangsspanning signalen aan de uitgang van SH (transformator VT) ontvangt en belastingsstroom SG (van de stroomtransformator CT). Het beveiligingscircuit omvat BR, dat bescherming van de veldwikkeling en thyristor converter TA overspanning en overstroom verschaft.

In synchrone generatoren van middelhoog en hoog vermogen, is het proces van het regelen van de bekrachtigingsstroom geautomatiseerd.

Pagina 5 van 7

SYNCHRONISCHE MACHINE-UITBREIDINGSSYSTEMEN

De meeste synchrone machines hebben elektromagnetische excitatie. Een constante stroombron voor obmo-excitatiestroom speciale excitatiesysteem, dat een aantal belangrijke vereisten gepresenteerd:

1) betrouwbare en stabiele regeling van de bekrachtigingsstroom in alle bedrijfsmodi van de machine;

2) een voldoende snelheid, die gedwongen excitatie wordt aangebracht, t. E. Snelle toename voltage-ing de aangeslagen voor de grenswaarde genoemd plafond. Gedwongen excitatie wordt gebruikt om de stabiele werking van de machine te handhaven op het moment van ongevallen en vereffening van de gevolgen daarvan. De excitatie-spanning van het plafond is niet minder dan 1,8-2 nominale excitatiespanning. Zwenking op dwingen veld moet minstens 1,5-2 nominale spanningen op sleepringen van de rotor in de tweede;

3) snel doven van het magnetische veld, d.w.z. een afname van de excitatiestroom van de machine tot nul zonder een significante toename in de spanning over zijn spoelen. De behoefte aan veldonderdrukking ontstaat wanneer de generator wordt uitgeschakeld of daarin wordt beschadigd.

Voor de excitatie van synchrone machines gebruikt verschillende systemen. De eenvoudigste hiervan is het elektrocoach-excitatiesysteem met een gelijkstroomstuurprogramma (fig. 15). In dit systeem wordt een speciale DC-generator gebruikt als een bron. GE, pathogeen genaamd; het wordt in rotatie gedreven door de synchrone generator en zijn kracht is 1-3% van het vermogen van de synchrone generator. Synchrone machine-excitatiestroom ik  in een relatief groot en bedraagt ​​enkele honderden of zelfs duizenden ampères. Daarom wordt het geregeld door middel van reostaten die zijn geïnstalleerd in het excitatieschakeling van het pathogeen. De excitatie van het pathogeen wordt uitgevoerd volgens het schema van zelfexcitatie (figuur 15) of onafhankelijke excitatie van een speciale gelijkstroomgenerator GEA, vervangende stof genoemd (Fig. 16). Sub-stuurprogramma werkt met zelfexcitatie en weerstand weerstand R  w2 wanneer de generator niet is veranderd.

Voor het blussen van een magnetisch veld wordt een automatische velddovermaker (AGF) gebruikt, die uit contactoren bestaat K 1 en K  2 en dempweerstand R  p . Het veld wordt gewist in de volgende volgorde. Met contactor aan K 1 contactor is ingeschakeld K  2, het sluiten van de bekrachtigingswikkeling op een dempingsweerstand, met weerstand r  p ≈5 r  in waar r  • weerstand van de bekrachtigingswikkeling. Vervolgens wordt de schakelaar geopend. K 1 en de stroom in het circuit van de neemt af (figuur 17).

De excitatiestroom zou met slechts één contactor tot nul gereduceerd kunnen worden K 1 zonder gasweerstand. De excitatiestroom zou in dit geval vrijwel onmiddellijk verdwijnen. Maar de ogenblikkelijke breuk van de excitatieschakeling is onaanvaardbaar, omdat, vanwege de hoge inductantie van de bekrachtigingswikkeling L  daarin zou een grote emf van zelfinductie worden geïnduceerd e = - L  in ∙ di  in/ dtmeer dan de nominale spanning overschrijden, wat resulteert in een mogelijke afbraak van de isolatie van deze wikkeling. Bovendien in de contactor K 1 wanneer het is uitgeschakeld, zou er significante energie die is opgeslagen in het magnetische veld van de bekrachtigingswikkeling worden vrijgegeven, waardoor de magneetschakelaar zou kunnen falen.

Excitatie afdwingen bij gebruik van de schema's in Fig. 15 en 16 wordt uitgevoerd door rangeerweerstand R  w1 opgenomen in het excitatieschakeling van het pathogeen.

Onlangs, in plaats van elektrische systemen, is er een toenemend gebruik van klepbekrachtigingssystemen met diodes en thyristors. Deze excitatiesystemen kunnen op hoog vermogen worden gebouwd en zijn betrouwbaarder dan elektrische machines.

Er zijn drie soorten kleppensystemen van excitatie: een systeem met zelfexcitatie, een onafhankelijk systeem van excitatie en een borstelloos systeem van excitatie.

In een zelfbekrachtigd kleppensysteem (Fig. 18) wordt energie uit de ankerwikkeling van de hoofdgenerator gehaald om een ​​synchrone machine aan te zetten. Gwelke vervolgens wordt omgezet door een statische omzetter PUnaar gelijkstroom. Deze energie komt de excitatiewinding binnen. De initiële excitatie van de generator is te wijten aan de resterende magnetisatie van de polen.

In een kleponafhankelijk excitatiesysteem (figuur 19) wordt de energie voor excitatie verkregen van een specifiek pathogeen. GN, gemaakt in de vorm van een driefasen synchrone generator. De rotor is gemonteerd op de as van de hoofdgenerator. De wisselspanning van het pathogeen wordt gelijkgericht en aan de veldwikkeling toegevoerd.

Een variëteit van kleponafhankelijk excitatiesysteem is een borstelloos excitatiesysteem. In dit geval wordt op de as van de hoofdsynchrone machine het anker van de wisselstroomopwekker met een driefasige wikkeling geplaatst. De wisselspanning van deze wikkeling wordt omgezet in een gelijkspanning door middel van een gelijkrichtbrug die op de machine-as is bevestigd en wordt direct (zonder ringen) aan de bekrachtigingswikkeling van de hoofdgenerator toegevoerd. De excitatiewikkeling van het pathogeen bevindt zich op de stator en ontvangt stroom van een onafhankelijke bron.

Generator excitatie-systemen kunnen worden onderverdeeld in groepen:

1) onafhankelijke excitatie, d.w.z. DC en AC elektrische drivers geassocieerd met de generatoras;

2) zelfexcitatie (afhankelijke excitatie), d.w.z. excitatiesystemen die stroom ontvangen rechtstreeks van de generatorterminals door speciale traploze transformatoren.

Onafhankelijke excitatie van generatoren (het belangrijkste voordeel - excitatie van SG is niet afhankelijk van de modus van het elektrische netwerk en is daarom het meest betrouwbaar) komt het meest voor.

Nadelen: een relatief lage toename van opwinding (voornamelijk bepaald door de veroorzaker ); vermindering van de betrouwbaarheid van de DC-generator als gevolg van trillingen en zware bedrijfsomstandigheden van de collectorborstels (voor turbogeneratoren met een hoge rotatiesnelheid).

Zelfexcitatie-systemen zijn over het algemeen minder betrouwbaar dan onafhankelijke excitatiesystemen, omdat de werking van de exciteer in hen afhankelijk is van de modus van het AC-netwerk.

Het schema van onafhankelijke elektrische motor excitatie (links), het schema van afhankelijke elektrische motor excitatie, d.w.z. zelfexcitatie (rechts).

In het diagram; OVV (G) - bekrachtigerwikkeling van het pathogeen (generator); ShR - shuntweerstand; B - pathogeen; BP-asynchrone motor; M - vliegwiel; SG - synchrone generator; CH bus eigen behoeften.

Een veelbelovend, vooral voor hoogvermogen turbo-generatoren, is een borstelloos excitatiesysteem, waarbij er geen bewegende contactverbindingen zijn.

Het creëren van de belangrijkste magnetische fluxgenerator is een bekrachtigingswikkeling met een constante stroom. Wanneer de excitatiestroom verandert, veranderen de generatorspanning en het reactieve vermogen van het netwerk. Parameters van het excitatiesysteem: resetten van de spanningsstijging en de veelvoud van de kracht. Excitatiesystemen zijn onafhankelijke excitatie en zelfexcitatie.

Onafhankelijk elektrisch excitatiesysteem. Regeling van de spanning van het pathogeen en derhalve de excitatiestroom van de hoofdgenerator wordt uitgevoerd door de stroom in de excitatiewikkeling van het pathogeen te veranderen. Voordelen: is niet afhankelijk van de netwerkmodus. Nadeel: bij hoge rotatiesnelheden, de invloed van schakelen, leidt een grote reactieve EMF tot uitval van de isolatie van de collectorplaten en uitval van de collector. Hoogfrequent excitatie-systeem. Bestaat uit de ziekteverwekker, een hoogfrequente generator, met drie bekrachtigingswikkelingen, frequentie 500 Hz. De eerste bekrachtigingswikkeling is in serie geschakeld met de bekrachtigingswikkeling van de hoofdgenerator. De andere twee worden aangedreven door een pre-excitergegenerator met een frequentie van 400 Hz (multipolair), met permanente magneten en wikkelingen aangesloten in een open driehoek. De veroorzaker en de bestuurder op dezelfde as met de generator. De stroom in de andere twee sub-bekrachtigingswikkelingen wordt geregeld door de APB-blokken (handhaving van de spanning in de normale modus), UBF (contactloze boosting-inrichting) verbonden met de stroomtransformator en de spanning op de generatorklemmen. Het veelvoud van de kracht is 2, de snelheid van de spanningsstijging is minder dan 2 1 / s.

Thyristor excitatie systeem. De veroorzaker is een driefasige machine met wikkelingen aangesloten in een ster. Zijn opwindende winding wordt aangedreven door een gelijkrichtertransformator, door een gelijkrichter. De bekrachtigingswikkeling van de hoofdgenerator is verbonden via 2 groepen thyristorgelijkrichters: VS1 werken en VS dwingen. Bij het forceren worden de werkende thyristors met een hogere spanning op VS2 gesloten.

Borstelloos systeem. Geleiders die de bekrachtigingswikkeling verbinden met de bekrachtiger met geleiders op de as door een roterende gelijkrichter. Elimineert de noodzaak voor borstels en sleepringen.

Het systeem van elektrische zelfexcitatie. De veroorzaker wordt geroteerd door een motor die is verbonden met de transformator van de eigen behoeften van de eenheid.

Thyristor zelfexcitatie systeem. De generatorwikkeling is verbonden met thyristor gelijkrichters die stroom ontvangen van de TSN-eenheid. Bestaan ​​uit gecontroleerd, regelen van de spanning in de normale modus en ongecontroleerd, wanneer geforceerd.