ROZDZIAŁ CZTERDZIŁA MASZYNY SYNCHRONICZNE

§ 40-1. Problem regulacji wzbudzenia maszyn synchronicznych i wymagań dla układów wzbudzenia

Układ wzbudzenia maszyny synchronicznej to zestaw maszyn, urządzeń i urządzeń zaprojektowanych do zasilania uzwojenia wzbudzenia prądem stałym. jeśli lregulowanie wielkości tego prądu.

Na systemy wzbudzania nakładane są następujące podstawowe wymagania: 1) wysoka niezawodność eksploatacyjna i 2) największa możliwa prostota i niski koszt. Ponadto potrzeba regulacji napięcia i zapewnienia stabilnej pracy maszyn synchronicznych nakłada szereg dodatkowych wymagań na układ wzbudzenia.

Aby utrzymać stałe napięcie Una zaciskach generatora przy zmianie obciążenia należy ustawić jeślii odpowiednio uw szerokim zakresie. Według GOST 533-68, minimalna stabilna wielkość napięcia wzbudzenia u■ turbogenerator nie powinien być większy niż 0,2 Uf H.W patogenach w postaci generatorów uzyskuje się równoległe wzbudzenie<: помощью мостиков насыщения в магнитной цепи (см. § 9-4).

Problem automatycznej regulacji wzbudzenia.

Wydajne generatory synchroniczne, aw wielu przypadkach generatory małej mocy, są wyposażone w automatyczne regulatory prądu wzbudzenia, których zadaniem jest: 1) utrzymywanie stałego napięcia Uze zmianą obciążenia i 2) zwiększeniem stabilności statycznej i dynamicznej generatora. Drugie zadanie jest szczególnie ważne dla generatorów dużej mocy, a jednocześnie na systemy i regulatory wzbudzenia nakładane są zwiększone wymagania.

Z powolnymi zmianami Uutrzymać U - U n -const wystarczy przeprowadzić tak zwaną kontrolę proporcjonalną, gdy wzbudzenie lub regulator napięcia zareaguje na zmianę U,tj. przez AU= U- U n,i w zależności od rozmiaru i znaku AUwpływa na ciało, odpowiednio zmieniając wartość jeśli.Na przykład regulatory napięcia węgla są stosowane w generatorach małej mocy, które składają się z kolumny dysków węglowych lub grafitowych, sprężyny ściskającej tę kolumnę i elektromagnesu. Sztaba węglowa zastępuje opornik wzbudzenia 6 na schematach z rys. 34-1 i cewka elektromagnesu

łączy się z zaciskami generatora. Zwiększając Uelektromagnes osłabia nacisk sprężyny, siła ściskająca kolumny maleje, w wyniku czego jej opór wzrasta i jeślimaleje. Podczas zmniejszania Uakcja dzieje się w odwrotnej kolejności

Jednak przy szybkich zmianach U,tak jak w przypadku stanów nieustalonych, a także w celu zwiększenia stabilności, taka regulacja jest nieskuteczna ze względu na mechaniczną bezwładność podobnego regulatora z ruchomymi częściami i bezwładność elektromagnetyczną obwodu pobudzającego, który ma wysoką indukcyjność. Z powodu takiej bezwładności jeślizmieni się z opóźnieniem i nie nadąży za zmianą U,przez co wytrzymać ten stan 11 = = const z wymaganą dokładnością jest niemożliwe. Aby tego uniknąć, w przypadku silnych generatorów, po pierwsze, używają statycznych regulatorów elektromagnetycznych składających się z elementów (wzmacniaczy elektronicznych itp.), Które nie mają ruchomych części, a po drugie, aby pokonać wpływ bezwładności elektromagnetycznej obwodu wzbudzenia, konieczne jest, aby działanie regulatora było proporcjonalne do nie tylko U,ale także tempo zmian U,tj. dU / dt.Jeśli na przykład napięcie Uzaczynają gwałtownie i szybko spadać, a zatem bezwzględną wartość dU / dtduże, "regulator natychmiast, gdy At / jeszcze nie udało się osiągnąć zauważalnej wielkości, daje silny impuls do zwiększenia jeśli.Pożądane jest również, aby generator wzbudzający peeling reagował na pochodne innych wielkości, które charakteryzują tryb pracy generatora synchronicznego. Na przykład, jak wynika z § 39-3, w celu zwiększenia stabilności dynamicznej, pożądane jest, aby jeśliim więcej, tym szybciej wzrasta kąt obciążenia, to znaczy większy b "- dQ / dt,i na odwrót. Ponieważ pomiar wartości 6 jest trudny, zamiast 8 "możliwe jest również dostosowanie wielkości pochodnej prądu stojana /, ponieważ zmiany 6 i / podczas oscylacji zachodzą w podobny sposób (patrz rys. 39-3). jeśliproporcjonalna do drugiej pochodnej niektórych wielkości.

I Regulatory, które reagują nie tylko na odchylenie pewnych parametrów, ale również na wartości ich pochodnych w czasie, nazywane są silnymi regulatorami.

Takie regulatory generatorów synchronicznych zostały po raz pierwszy opracowane w ZSRR dla Elektrowni Wodnej Wołgi. V. I. Lenin i sprawdzili się w najlepszy sposób.

Należy zauważyć, że dla skutecznego działania takich regulatorów konieczne jest, aby bezwładność elektromagnetyczna układu wzbudzenia była wystarczająco mała.

Wskazane jest również zasilanie silników synchronicznych za pomocą automatycznych regulatorów wzbudzenia. Ich działanie przy niskim napięciu pomaga utrzymać stałość napięcia sieci i zwiększa stabilność silników.

Górna granica (pułap) napięcia wzbudzenia. W przypadku zwarcia w sieci, napięcie na zaciskach generatorów Uryk spada, moc przez nie również gwałtownie spada, a ponieważ moc turbin pozostaje niezmieniona, istnieje niebezpieczeństwo, że generatory wypadną z synchroniczności.

W takich przypadkach do utrzymania Una najwyższym możliwym poziomie i zapobieganie wypadaniu generatorów z synchronizacji, stosuje się tak zwane wymuszanie wzbudzenia, to jest napięcie wzbudzenia Uftak szybko, jak to możliwe, wzrasta do maksymalnej możliwej wartości Uf m.

W obwodach wzbudzenia w formie z fig. 34-1 Osiąga się to dzięki temu, że specjalny przekaźnik, który reaguje na gwałtowny spadek napięcia, poprzez jego styki, omija rezystor wzbudzenia 5.

Aby wzmocnienie pobudzenia było efektywne, górny limit (pułap) napięcia wzbudzenia t tpowinien być wystarczająco duży. Zgodnie z GOST 533-68 i GOST 5616-63, wymagane są generatory turbin

Szybkość wzrostu napięcia wzbudzenia. Kiedy siła wzbudzenia upowinien rosnąć tak szybko, jak to możliwe. Zgodnie z GOST 533-68 i GOST 5616-63, w przypadku generatorów turbin, szybkość wzrostu napięcia wzbudzenia, gdy jest ono wymuszone, musi wynosić co najmniej 2Ufna sekundę, a dla hydrogeneratorów - nie mniej niż 1,5 "y n na sekundę.

§ 40-2. Systemy wzbudzenia

Układy wzbudzenia z generatorami prądu stałego. Klasyczny system wzbudzania maszyn synchronicznych, który jest obecnie szeroko stosowany, składa się z patogenu w postaci generatora równoległego wzbudzenia na wspólnym wale z maszyną synchroniczną (patrz rys. 34-1). W maszynach o niskiej prędkości z mocą do R a5000 yay ketw celu zmniejszenia ciężaru i kosztu patogenów, te ostatnie są czasami połączone z wałem maszyny synchronicznej za pomocą przekładni z paskiem klinowym.

Hydrogeneratory zazwyczaj mają również patogen na tym samym trzonie, co generator. Jednak w tym samym czasie, potężne generatory o niskiej prędkości z i n = 60-J-150 rpmwymiary i koszt patogenu w związku z jego znaczną mocą i ciszą są duże. Ponadto, patogeny o niskiej prędkości ze względu na ich duży rozmiar mają dużą bezwładność elektromagnetyczną, co zmniejsza skuteczność automatycznego sterowania i wymuszania pobudzenia. Dlatego też systemy wzbudzania są również używane jako oddzielna jednostka o dużej prędkości. (n =750 -t-1500 rpm)składający się z silnika asynchronicznego i generatora prądu stałego. Silnik asynchroniczny jednocześnie otrzymuje moc ze specjalnego pomocniczego generatora synchronicznego znajdującego się na tym samym wale z głównym hydrogeneratorem, a w niektórych przypadkach z pomocniczych szyn hydrostacyjnych lub z zacisków głównego hydrogeneratora. W tym ostatnim przypadku jednostka wzbudzająca jest narażona na wypadki w systemie elektroenergetycznym (zwarcia itp.), A zatem w celu zwiększenia niezawodności napędu silniki asynchroniczne pracują ze zwiększonym maksymalnym momentem obrotowym. (M t:\u003e 4 M n), a czasami te jednostki dostarczają również koła zamachowe. W postaci oddzielnych agregatów pobudzających wykorzystuje się również agregaty poboru rezerwowego elektrowni, które służą do rezerwowania własnych patogenów-generatorów w razie wypadków i awarii.

Generatory turbin do P i= 100 tys ketrównież zwykle mają patogeny w postaci generatorów prądu stałego na jego wale. Jednak, gdy R n \u003e\u003e 100 tys ketmoc patogenów staje się tak duża, że ​​ich realizacja w n p= 3000-t-3600 rpmzgodnie z warunkami przełączania niezawodność staje się trudna lub wręcz niemożliwa. Jednocześnie stosowane są różne rozwiązania. Na przykład patogeny o prędkości obrotowej i n = 750-g-1000 są szeroko stosowane za granicą. rpmpołączony z wałkiem turbogeneratora za pomocą reduktora, a także jednostki pobudzające z silnikami asynchronicznymi, które zasilane są z magistrali stacji lub z terminali generatora.

Wykorzystywane są również niektóre typy układów wzbudzenia z maszynami prądu stałego. Na przykład, potężne patogeny dużych samochodów czasami mają pod-czynniki (ryc. 40-1), które służą pobudzeniu patogenu.

Jednocześnie układ wzbudzania regulowany jest w obwodzie wzbudzenia wzbudnicy, w którym przepływa niewielki prąd, co osiąga się przez zmniejszenie mocy i ciężaru urządzeń kontrolnych i regulacyjnych

Złożony system wzbudzeń ze stałym * patogenem oka (Rys. 40-2) W nowoczesnych układach wzbudzających, powszechnie stosowana jest zasada mieszania, czyli automatyczna zmiana z wzbudzenia, gdy zmienia się prąd obciążenia generatora synchronicznego, tak jak ma to miejsce w generatorach prądu stałego o mieszanym wzbudzeniu zgodnie z włączeniem szeregowego uzwojenia wzbudzenia (patrz § 9-6), ponieważ prąd przemienny przepływa przez uzwojenie twornika maszyny synchronicznej i uzwojenie wzbudzenia 2 - Prąd stały ъukłady współbieżne maszyn synchronicznych wykorzystują prostowniki półprzewodnikowe W schemacie podstawowym złożonego układu wzbudzenia z wzbudnicą prądu stałego pokazaną na rys. 40-2, uzwojenie wzbudzenia czynnika chorobotwórczego 4 połączony z kotwicą patogena 3 za pomocą reostatu 6 i oprócz prostowników 9, zasilany przez transformatory szeregowe 7.

Rys. 40 1 Wzbudzanie z wzbudnicą i wzbudnikiem prądu stałego.

/ - kotwiczny generator synchroniczny 2 - uzwojenie wzbudzenia generatora synchronicznego, 3 - patogen kotwicy, 4 - uzwojenie wzbudzenia wzbudnicy, 5 - kotwica kierowcy kotwicy, 6 - Uzwojenie wzbudnicy

Rysunek 40-2 Układ wzbudzenia złożonego prądu

Generator na biegu jałowym 4 otrzymuje moc tylko ze zwory 3 Gdy prąd obciążenia generatora wzrasta / napięcie wtórne transformatora 7 wzrośnie, i już przy małym obciążeniu napięcie to zostanie skorygowane przez prostownik 9, równy napięciu uzwojenia 4 Wraz z dalszym wzrostem obciążenia uzwojenie 4 będzie zasilany przez transformator 7 a zatem prąd tego uzwojenia i prąd wzbudzenia generatora cbędzie rosnąć wraz ze wzrostem obciążenia

Przy zwiększeniu rezystancji opornika nastawczego Snapięcie prostownika 9, a działanie mieszania transformatora 7 będzie rosło, przy zwarciu urządzenie mieszające przyspiesza wzbudzenie,

Łączenie akcji schematu z rys. 40-2 zależy tylko od wielkości prądu / i nie zależy od jego fazy. Dlatego przy obciążeniu indukcyjnym działanie to jest słabsze niż przy obciążeniu czynnym. Takie mieszanie nazywa się prądem, a jednocześnie stałością napięcia Uw zakresie normalnych obciążeń można utrzymywać z dokładnością ± (5-10)%. Taka dokładność dla nowoczesnych instalacji jest niewystarczająca, a zatem na schematach z rys. 40-2 zastosuj dodatkowy korektor lub automatyczny regulator napięcia 11, który jest połączony przez transformator 10 z zaciskami generatora, a także z rezystorami montażowymi 8. Regulator // reaguje na zmiany napięcia Ui prąd / i zasila prądem stałym dodatkowe uzwojenie wzbudzenia patogenu 5. Składa się on z elementów statycznych (wzmacniacz magnetyczny, nasycony transformator, prostowniki półprzewodnikowe itp.), A szczegóły dotyczące jego urządzenia nie są tutaj uwzględniane.

Taki system wzbudzenia jest szeroko stosowany w ZSRR dla generatorów o mocy do 100 tys. ket

Ryc. 40-3. Układ wzbudzenia z patogenami prądu zmiennego i prostownikami

Układ wzbudzenia z alternatorami i prostownikami.

Jak wspomniano powyżej, w przypadku potężnych generatorów gndro i turbo, systemy wzbudzenia z patogenami prądu stałego umieszczonymi na tym samym trzonie, co generatory, stają się nieopłacalne, a nawet niewykonalne. W takich przypadkach stosuje się układy wzbudzenia z alternatorami i sterowanymi lub niezarządzanymi prostownikami (Rys. 40-3).

Schemat rys. 40-3, ajest on podstawą układu wzbudzenia hydro-generatorów elektrowni wodnych Wołga, Bratsk i Krasnojarsk z pomocniczym generatorem synchronicznym "częstotliwości własnej" 3 a wzbudnica 7 znajduje się na tym samym wałku z głównym generatorem /, a prostownik jonowy 5 z pojedynczą zasuwą ma kontrolę siatki od sterownika wzbudzenia o silnym działaniu (na fig. 40-3, anie pokazano). Eliminacja pola odbywa się poprzez przeniesienie prostownika 5 w trybie falownika, aby przenieść moc z uzwojenia wzbudzenia głównego generatora 2 do pomocniczego generatora 3.

Schemat rys. 40-3, bstosowany przez zakład "Electrosila" do turbo-generatorów o mocy 150 tys. keti powyżej. W tym obwodzie uzwojenie wzbudzenia 2 główny generator / pobiera podekscytowany z generatora induktora (patogen) 3 częstotliwość 500 hertzprzez prostowniki krzemowe 5. Generator 3 ma dwa uzwojenia wzbudzenia: niezależne uzwojenie wzbudzenia 4, zasilany przez generator pomocniczy 9 przez prostowniki 5, i nawijanie sekwencyjnego samo-pobudzenia 6. Zestaw generatora 9 ma "bieguny w postaci magnesów trwałych. Generatory 3 i 9 znajduje się na tym samym wale z głównym generatorem. Generator indukcyjny nie ma uzwojeń na wirniku i dlatego jest bardzo niezawodny w działaniu. Równolegle do uzwojenia kotwicy

trójfazowa cewka indukcyjna Nena (dławik) 10, dC namagnesowane. Cewka 10 zużywa z generatora 3 prąd indukcyjny i tak jak w f =500 hertzopór indukcyjny uzwojenia twornika generatora jest duży, to napięcie na jego zaciskach jest silnie zależne od prądu cewki 10 Poprzez dostosowanie prądu odchylenia cewki 10 uzyskuje się szybką regulację napięcia generatora 3 i prąd wzbudzenia jeśliUzwojenie wzbudzenia 6 przyczynia się do przyspieszenia wzbudzenia podczas zwarć z powodu działania aperiodycznego prądu przejściowego w uzwojeniu wzbudzenia 2.

Najmocniejsze nowoczesne generatory turbin mają jeśli B= 5000 -5- 10000 a, nawet praca pierścieni kontaktowych ze szczotkami staje się trudna. Dlatego też obecnie budowane są generatory z bezstykowymi układami wzbudzającymi, który może zostać zaimplementowany, na przykład na podstawie schematu na ryc. 40-3, ajeśli uzwojenie twornika 3 alternator

Ryc. 40-4. System samowzbudzenia ze sprzężeniem fazowym

na wirniku zamontowanym na wale głównego generatora 1, i uzwojenie wzbudzenia 4 założyć na stojan. Prostowniki półprzewodnikowe 5 w tym samym czasie są zamocowane na dysku, który jest również zamontowany na wałku generatora / iobraca się wraz z wirnikiem i uzwojeniem wzbudzenia 2. Bieżące zadanie kontrolne jeśliw tym przypadku jest on powierzany podoporowi 7-8, który może być również wykonywany jako bezdotykowy alternator. Takie układy wzbudzenia są bardzo obiecujące, ale mają tę wadę, że hartowanie w polu może być wykonywane tylko w obwodzie uzwojenia. 4 w tym przypadku pole głównego generatora gaśnie stosunkowo wolno.

Złożone samowzbudne oscylatory.Powyżej rozważaliśmy niezależne układy wzbudzania, w których całość lub część energii do wzbudzenia generatora synchronicznego uzyskano z patogenów w postaci maszyn prądu stałego lub przemiennego. Wraz z nimi stosowane są również systemy samo-wzbudzenia, w których energia ta jest uzyskiwana z obwodu twornika samego generatora. Takie układy wzbudzenia są szczególnie szeroko stosowane w przypadku generatorów małej i średniej mocy pracujących w systemach autonomicznych (leśnictwo, instalacje transportowe itp.). W ostatnich latach systemy samo-wzbudzania coraz częściej zaczynają być stosowane również w przypadku dużych generatorów pracujących w potężnych systemach elektroenergetycznych, ido silników synchronicznych. W tym przypadku powszechnie stosowana jest zasada mieszania.

Typowy schemat samowzbudnego złożonego generatora pokazano na rys. 40-4. Wtórne e. d. równoległy transformator 3 jest proporcjonalny U,i wtórne e. d. szeregowy transformator 5 proporcjonalny do /. Uzwojenia wtórne tych transformatorów są połączone równolegle i

Prąd wzbudzenia jeśli~ Jeślizależy nie tylko od wielkości prądu obciążenia, ale również od jego fazy, w wyniku czego obwód na rys. 40-4 nazywa się schematem mieszania fazowego. Pozwala to zwiększyć działanie mieszania układu wzbudzającego pod obciążeniem indukcyjnym generatora, ponieważ jest on indukcyjny

Ryc. 40-5. Schematy zamiany samo-pobudzenia ze sprzężeniem fazowym

składowa prądu obciążenia generatora powoduje największy spadek napięcia.

Załóżmy, że pierwotne uzwojenia transformatorów 3 i 5 podane drugiemu, oporność tych transformatorów i prostowników 6 równa zero i rezystancja uzwojenia wzbudzenia 2, zredukowany do strony AC, równy ri.Następnie schemat na rys. 40-4 odpowiada równoważnemu obwodowi z rys. 40-5 a, e \\według którego

Zgodnie z (40-2), równoważny schemat można również przedstawić jak na rys. 40-5 b.

Pozwól, aby dany generator był niejawny polarny. Następnie jego diagram wektorowy ma postać pokazaną na rys. 40-6 linii ciągłych. Więc jak U "i / j są proporcjonalne Ui / i zbiegają się z nimi w fazie (lub przesunięte względem nich o 180 °), a następnie schemat na rys. 40-5, b, a równość (40-2) odpowiada schematowi wektorowemu pokazanemu na rys. 40-6 liniami przerywanymi. Z tego rysunku wynika, że ​​przy odpowiednim doborze przekładni transformacyjnych 3 i 5 i opór x Lcewka indukcyjna 4 diagramy wektorowe rys. 40-6 będzie podobny. Dlatego kiedy U= const i przy dowolnej wartości i fazie / woli Uf - ~ Ei zgodnie z (40-2), Jeśli ~ E,tj. przy dowolnym obciążeniu prąd wzbudzenia jeśliwywoła takie. d. E,co jest zachowane U= const.

Ryc. 40-6. Diagramy wektorowe niejawnego biegunowego generatora synchronicznego i jego układu samo-wzbudzenia z fazowym mieszaniem

Z wyrażenia (40-2) wynika, że ​​z x L =0 mieszanie będzie nieobecne. W tym przypadku, przy wzroście // transformator 5 przejmuje obciążenie transformatora 3 i prąd Jeślinie wzrośnie.

transformatory 3 i 5 na rys. 40-4 można również łączyć w jeden wspólny transformator z dwoma uzwojeniami pierwotnymi i jednym uzwojeniem wtórnym podłączonym do prostownika 6. Cewka 4 w tym samym czasie konieczne jest przeniesienie napięcia do uzwojenia pierwotnego. Zamiast tego można również sztucznie zwiększyć rozpraszanie tego uzwojenia, oddzielając je od innych uzwojeń transformatora za pomocą bocznika magnetycznego. W transformatorze wysokiego napięcia 5 wskazane jest, aby włączyć neutralną stronę zwory generatora. W generatorach małej mocy czasami odmawia się transformatorowi 3 i cewka 4 dołącz bezpośrednio dozaciski generatora. Wykorzystywane są również inne odmiany podobnych układów wzbudzających.

Ze względu na nasycenie i inne przyczyny generatorów zarówno niejawnych, jak i biegunowych U= const jest faktycznie utrzymywany z dokładnością = b (2-5)%. W przypadku generatorów małej mocy dokładność ta jest wystarczająca, ale długość generatorów dużej mocy wymaga dodatkowej regulacji napięcia za pomocą korektora lub regulatora napięcia. W tym celu cewka 4 może być wykonany z odchyleniem prądu stałego, w tym przypadku regulator napięcia reguluje wielkość tego prądu, powodując w ten sposób zmianę x Li prąd %. we właściwym kierunku. Jeśli możliwa jest regulacja prostowników S, to regulator napięcia może działać na tych prostownikach.

Samo-wzbudzenie generatora synchronicznego zgodnie ze schematem z rys. 40-4 występuje tylko w obecności strumienia magnetycznego szczątkowego, jak w generatorach prądu stałego z równoległym wzbudzeniem. Jednak ze względu na zwiększoną rezystancję prostownika przy niskich prądach i innych przyczynach, resztkowy strumień o zwykłej wielkości indukuje niewystarczająco duże e. d. w celu zapewnienia samo-wzbudzenia generatora synchronicznego konieczne jest podjęcie dodatkowych działań (wykorzystanie obwodów rezonansowych, włączenie do obwodu wzbudzenia małej baterii lub dodatkowego generatora z magnesami trwałymi, zwiększenie przepływu resztkowego za pomocą pasków magnetycznych na biegunach generatora itp.). Aby uzyskać obwód rezonansowy równoległy do ​​końcówek prostownika 6 (RNS 40-4) Kondensatory AC można włączyć z przewodu zasilającego AC 7. Jeżeli pojemność C zostanie wybrana podczas rozruchu generatora *< п„ возникнет резонанс- напряжений, то напряжение на конденсат торах 7 i napięcie prostownika 6 wzrośnie kilka razy i nastąpi samo-wzbudzenie. Dzięki n= n pwarunki rezonansu są naruszone, a zatem kondensatory mają znikomy wpływ na działanie obwodu. W obwodach wzbudzenia w formie z fig. 404 stosuje się prostowniki półprzewodnikowe. Ze względu na swoją prostotę, niezawodność i dobre właściwości regulacyjne pf\u003etakie układy wzbudzenia są coraz szerzej stosowane. W celu ochrony przed przepięciami podczas pracy asynchronicznej i innych nietypowych warunków, prostownik * meteln zwykle jest hamowany przez wysoką rezystancję lub nieliniowe rezystory.

Generatory małej mocy z rozważanym układem wzbudzającym pozwalają na bezpośredni rozruch zwartych silników asynchronicznych, których moce są współmierne do mocy generatorów. W tym przypadku prąd rozruchowy silnika, w wyniku mieszania, wymusza wzbudzenie generatora *\u003e torus, a zatem jego napięcie nie zmniejsza się znacząco, pomimo dużych prądów rozruchowych o charakterze indukcyjnym "

Stosowane są również inne rodzaje układów wzbudzających. Charakterystyczną cechą jest szersza zamiana systemów na patogeny o stałej wartości. obecne systemy z prostownikami półprzewodnikowymi.

Podniecenie turbogeneratorów jest integralną częścią, a niezawodna i stabilna praca całego turbogeneratora w dużej mierze zależy od niezawodności jego działania.

Uzwojenie wzbudzenia pasuje do rowków wirnika generatora, a do niego przy użyciu pierścieni kontaktowych i szczotek, z wyjątkiem bezszczotkowego układu wzbudzenia, prąd stały jest zasilany ze źródła. Jako źródło energii można zastosować generator prądu stałego lub przemiennego, który nazywany jest czynnikiem sprawczym, a układ wzbudzenia jest maszyną elektryczną. W bezsilnikowym systemie wzbudzenia sam generator jest źródłem energii, dlatego nazywany jest systemem samo-wzbudzania.

Podstawowe systemy wzbudzenia powinny:

Zapewnić niezawodne zasilanie uzwojenia wirnika w trybach normalnym i awaryjnym;

Pozwól regulować napięcie wzbudzenia w wystarczających granicach;

Zapewnić szybkie sterowanie wzbudzeniem przy wysokich prędkościach w trybie awaryjnym;

Aby przeprowadzić szybkie odzwyczajenie i, jeśli to konieczne, przeprowadzić gaszenie pola w sytuacjach awaryjnych.

Najważniejszymi cechami układów wzbudzenia są: prędkość określona przez szybkość wzrostu napięcia na uzwojeniu wirnika podczas wymuszania V=0,632∙(U f  pot - U f  nom ) / U f  Pan ∙ t 1,oraz stosunek napięcia sufitu do nominalnego napięcia wzbudzenia U f  pot / U f  Pan = Do  f - tak zwana wielość wymuszania.

Według GOST, generatory turbin muszą mieć Do  f ≥ 2, a tempo wzrostu wzbudzenia - nie mniej niż 2 s -1. Wielość wymuszeń dla hydrogeneratorów musi wynosić co najmniej 1,8 dla patogenów kolektora podłączonych do wału generatora i co najmniej 2 dla innych układów wzbudzających. Szybkość narastania napięcia wzbudzenia powinna wynosić co najmniej 1,3 s -1 dla hydrogeneratorów o wydajności do 4 MBA włącznie i co najmniej 1,5 s -1 dla hydrogeneratorów o dużej mocy.

W przypadku hydrogeneratorów dużej mocy działających na transmisję dalekosiężną na systemy wzbudzania nakładane są wyższe wymagania: Do  f = 3-4, tempo wzrostu podniecenia do 10 U f  H 0 M na sekundę.

Uzwojenie wirnika i układ wzbudzenia generatorów z chłodzeniem pośrednim musi wytrzymać dwukrotnie w stosunku do prądu znamionowego przez 50 sekund. W przypadku generatorów z bezpośrednim chłodzeniem uzwojeń wirnika, czas ten jest zredukowany do 20 s, dla generatorów o mocy 800-1000 MW, dopuszczalny jest czas 15 s, 1200 MW wynosi 10 s (GOST 533-85Е).

Moc źródła wzbudzenia wynosi zwykle 0,5-2% mocy turbogeneratora, a napięcie wzbudzenia wynosi 115-575 V.

Im większa moc turbogeneratora, tym wyższe napięcie i niższa moc względna patogenu.

Układy wzbudzenia można podzielić na dwa typy: pobudzenie niezależne (bezpośrednie) i zależne (pośrednie) (samowzbudzenie).

Pierwszy typ obejmuje wszystkie patogeny prądu przemiennego prądu elektrycznego i prądu stałego związane z wałem turbogeneratora (ryc. 4.1).

Drugi typ obejmuje układy wzbudzenia, które pobierają energię bezpośrednio z zacisków generatora za pomocą specjalnych transformatorów obniżających (rys. 4.2, a) i oddzielnie zainstalowane wzbudniki do maszyn elektrycznych, obracane przez silniki prądu przemiennego napędzane własnymi oponami stacji (rys. 4.2, b).

Elektryczne patogeny DC (ryc. 4.1, a) wcześniej stosowane w turbogeneratorach małej mocy. Obecnie taki układ wzbudzający praktycznie nie jest używany, ponieważ jest to mała moc i przy prędkości obrotowej 3000 obrotów na minutę, ten układ wzbudzenia jest trudny do wykonania ze względu na trudne warunki pracy kolektora i urządzenia szczotkującego (pogorszenie warunków przełączania).

Na istniejących generatorach turbin stosować:

Układ wzbudzenia o wysokiej częstotliwości;

Bezszczotkowy układ wzbudzenia;

Statyczny niezależny system wzbudzania tyrystorów;

Statyczny tyrystorowy system samo-wzbudzenia.

W tych układach wzbudzających czynnikiem sprawczym jest generator prądu zmiennego o różnych konstrukcjach, który nie ma ograniczenia mocy. Niekontrolowane i kontrolowane półprzewodnikowe zawory-prostowniki służą do konwersji prądu przemiennego na prąd stały.

Zasada działania wzbudzenia o wysokiej częstotliwości (ryc. 4.1, b) jest to, że na tym samym wałku z generatorem obraca się generator wysokiej częstotliwości prądu trójfazowego o częstotliwości 500 Hz, który poprzez półprzewodnikowe prostowniki B dostarcza prostowany prąd do pierścieni wirnika turbogeneratora. Przy takim systemie wzbudzenia eliminowany jest wpływ zmiany trybów pracy sieci zewnętrznej na wzbudzenie generatora, co zwiększa jego stabilność podczas zwarć w systemie elektroenergetycznym.

Ryc. 4.1. Schematy schematów niezależnego układu wzbudzenia generatora:

a  - maszyna elektryczna z generatorem prądu stałego; b  - wysoka częstotliwość;

SG  - generator synchroniczny; VG  - Wzbudnica DC;

VCG  - generator wysokiej częstotliwości; PV  - Podmiot pośredniczący; W  - prostownik

Ryc. 4.2. Schematy schematu pobudzającego zależnego układu generatora;

BT  - transformator pomocniczy; AD  - silnik asynchroniczny

W nowoczesnych turbogeneratorach wysokoczęstotliwościowy układ wzbudzenia nie jest przestarzały. W przypadku potężnych turbo generatorów prądy wzbudzenia wynoszą 5-8 kA. Stwarza to duże trudności w dostarczaniu prądu stałego do uzwojenia wzbudzenia generatora za pomocą przesuwnych styków - pierścieni i szczotek. Dlatego obecnie stosuje się bezszczotkowy układ wzbudzający dla wielu generatorów, w których urządzenie prostujące znajduje się na wirniku i jest napędzane przez maszynę nawrotną przez szczelinę powietrzną. Dlatego też połączenie elektryczne między prostownikiem a uzwojeniem wzbudzenia odbywa się za pomocą sztywnego przewodnika bez użycia pierścieni ślizgowych i szczotek.

W niezależnym układzie statycznym i systemie samo-wzbudzania stosuje się sterowane półprzewodnikowe prostowniki krzemowe - tyrystory. Umożliwiło to zwiększenie prędkości tych systemów wzbudzania w porównaniu z układem, na przykład, o wysokiej częstotliwości, w którym stosowane są niezarządzane prostowniki. Ponieważ w tych układach wzbudzenia stosuje się grupę prostowników sterowanych statycznie, styki ślizgowe są również wykorzystywane do dostarczania prądu stałego do uzwojenia wzbudzenia generatora, co stanowi wadę. Tyrystorowe układy wzbudzające zostały użyte do turbogeneratorów o mocy 160-500 MW. Na rys. 4.2, aprzedstawiono schemat statycznego samo-pobudzenia tyrystora.

W przypadku uszkodzenia systemu wzbudzenia planuje się zainstalowanie patogenów zapasowych: po jednym na każde 4 generatory.

Jako patogen zapasowy instaluj generatory prądu stałego, napędzane obrotowo przez asynchroniczne silniki połączone z oponami własnych potrzeb stacji (Rys. 4.2, b). Tak więc, gdy napięcie jest ustawione, na przykład, ze zwarciem, patogen zapasowy nie zwalnia, koło zamachowe jest zainstalowane na jego wale.

Synchroniczne obwody wzbudzenia generatora

Podczas normalnej pracy uzwojenia wirników generatorów synchronicznych muszą być zasilane przez patogeny. Zmiana wielkości prądu wzbudzenia reguluje napięcie generatora synchronicznego i moc bierną podawaną im w sieci.

Charakterystykę układu wzbudzenia określa kombinacja właściwości zasilania uzwojenia wzbudzenia i automatycznych urządzeń sterujących. Systemy wzbudzenia muszą zapewniać:

1) niezawodne zasilanie uzwojenia wirnika maszyny synchronicznej we wszystkich trybach, w tym w razie wypadku;

2) stabilna regulacja prądu wzbudzenia, gdy obciążenie zmienia się w zakresie nominalnym;

3) wystarczająca prędkość;

4) zmuszanie do podniecenia;

5) szybkie gaszenie pola magnetycznego wzbudzenia przy operacyjnym odłączeniu generatorów od sieci (stosowane są maszyny hartujące w terenie - AGP).

Głównym sposobem wzbudzania maszyn synchronicznych jest wzbudzenie elektromagnetyczne, którego istotą jest to, że uzwojenie wzbudzenia znajduje się na biegunach wirnika. Podczas przechodzenia przez to uzwojenie DC powstaje siła magnetyczna (MDS) wzbudzenia, która indukuje pole magnetyczne w układzie magnetycznym maszyny.

Zgodnie z GOST 533-76, GOST 5616-81 i GOST 609-75, turbogeneratory i generatory wodne, a także kompensatory synchroniczne, mogą mieć tylko najbardziej niezawodny system bezpośredniego wzbudzenia lub samoutrzymujący się system.

Maksymalna moc wzbudników elektrycznych przy częstotliwości 3000 obr./min wynosi około 600 kW. Dlatego też nie można stosować układów wzbudzenia elektrycznego w turbogeneratorach o mocy 200 MW i większej, których moc wzbudzenia przekracza 1000 kW.

Wraz z rozwojem produkcji i poprawą niezawodności półprzewodnikowych prostowników, systemy wzbudzania zaworów z diodami lub tyrystorami stają się coraz powszechniejsze.

Do niedawna do zasilania uzwojenia wzbudzającego stosowano specjalne wzbudzające prąd stały prąd stały generatory prądu stałego, zwane wzbudnikami B (rysunek 5.6, a), których uzwojenie wzbudzające (RH) otrzymywało prąd stały z innego generatora (wzbudzanie równoległe) zwanego wzbudnicą (PV). Wirnik maszyny synchronicznej i kotwica patogenu i wzbudnicy znajdują się na wspólnym wale i obracają się jednocześnie. W tym przypadku prąd w uzwojeniu wzbudzenia maszyny synchronicznej przechodzi przez pierścienie ślizgowe i szczotki. Aby regulować prąd wzbudzenia, stosuje się korekty reostatyczne, które są zawarte w obwodach wzbudzania patogenu (r 1) i subscytatora (r 2).

Rysunek 5.6 - Kontakt (a) i bezstykowe (b) systemy

wzbudzanie elektromagnetyczne generatorów synchronicznych

W generatory synchroniczne dużej mocy - turbogeneratory - czasami alternatory typu cewki są stosowane jako czynniki sprawcze. Na wyjściu takiego generatora znajduje się prostownik półprzewodnikowy. W tym przypadku regulacja prądu wzbudzenia generatora synchronicznego odbywa się poprzez zmianę wzbudzenia generatora induktora.

Bezdotykowy system wzbudzania elektromagnetycznego, w którym generator synchroniczny nie ma pierścieni kontaktowych na wirniku, został zastosowany w generatorach synchronicznych.

W tym przypadku jako patogen stosuje się alternator (rysunek 5.6, b), w którym uzwojenie 2, w którym indukowana jest siła elektromotoryczna (uzwojenie twornika), znajduje się na wirniku, a uzwojenie wzbudzenia 1 znajduje się na stojanie. W rezultacie uzwojenie twornika wzbudnicy i uzwojenie wzbudzenia maszyny synchronicznej okazuje się obracać, a ich połączenie elektryczne jest wykonane bezpośrednio, bez pierścieni kontaktowych i szczotek. Ponieważ jednak wzbudnica jest generatorem prądu przemiennego, a uzwojenie wzbudzenia musi być zasilane prądem stałym, uzwojenie twornika wzbudnicy zawiera konwerter półprzewodnikowy 3 zamontowany na wale maszyny synchronicznej i obracający się razem z uzwojeniem wzbudzenia maszyny synchronicznej. Zasilanie DC uzwojenia wzbudzenia 1 patogenu odbywa się z podrzędnego (DF) - generatora prądu stałego.

Brak styków ślizgowych w obwodzie wzbudzenia maszyny synchronicznej pozwala zwiększyć niezawodność działania i zwiększyć wydajność.

W generatorach synchronicznych, w tym w hydrogeneratorach, zasada samo-wzbudzania (rysunek 5.7, a) stała się powszechna, gdy energia prądu przemiennego wymagana do wzbudzenia pochodzi z uzwojenia stojana generatora synchronicznego, a przez transformator obniżający i konwerter półprzewodnikowy prostownika (PP) jest przekształcana w energię ciągłą obecny. Zasada samo-wzbudzania opiera się na fakcie, że początkowe wzbudzenie generatora następuje z powodu resztkowego magnetyzmu obwodu magnetycznego maszyny.

Rysunek 5.7 - Zasada samo-wzbudzenia generatorów synchronicznych

Na rysunku 5.7b przedstawiono schemat blokowy automatycznego systemu samo-wzbudzania generatora synchronicznego (SG) z transformatorem prostowniczym (VT) i konwerterem tyrystorowym (TP), przez który energia elektryczna AC z obwodu stojana SG jest przetwarzana na prąd stały po przekształceniu w prąd stały. Konwerter tyrystorowy jest sterowany przez automatyczny regulator wzbudzenia ARV, który odbiera sygnały napięciowe na wyjściu SG (przez transformator napięciowy ТН) i prąd obciążenia SG (z przekładnika prądowego TTR) na jego wejściu. Obwód zawiera blok ochrony BZ, zapewniający ochronę uzwojenia wzbudzenia i przekształtnika tyrystorowego TP przed przepięciem i przetężeniem.

W generatorach synchronicznych o średniej i wysokiej mocy proces regulacji prądu wzbudzenia jest zautomatyzowany.

Strona 5 z 7

SYNCHRONIC MACHINE EXCITATION SYSTEMS

Większość synchronicznych maszyn ma wzbudzenie elektromagnetyczne. Źródła prądu stałego dla uzwojenia prądu wzbudzenia są specjalnymi układami wzbudzenia, które podlegają wielu ważnym wymaganiom:

1) niezawodna i stabilna regulacja prądu wzbudzenia w dowolnych trybach pracy maszyny;

2) dostateczną prędkość, dla której stosuje się wymuszenie wymuszenia, tj. Szybki wzrost napięcia wzbudzenia do wartości granicznej, nazywanej sufitem podwieszonym. Wymuszone podniecenie służy utrzymaniu stabilnej pracy maszyny podczas wypadków i eliminacji ich skutków. Napięcie wzbudzenia sufitu jest nie mniejsze niż 1,8-2 nominalnego napięcia wzbudzenia. Szybkość narastania napięcia podczas wymuszania wzbudzenia powinna wynosić co najmniej 1,5-2 napięcia znamionowego na pierścieniach ślizgowych wirnika na sekundę;

3) szybkie gaszenie pola magnetycznego, to jest zmniejszenie prądu wzbudzenia maszyny do zera bez znaczącego wzrostu napięcia na jego cewkach. Potrzeba tłumienia pola pojawia się, gdy generator jest wyłączony lub jest w nim uszkodzony.

Do wzbudzania maszyn synchronicznych używanych w kilku systemach. Najprostszym z nich jest układ wzbudzenia elektromagnesu ze sterownikiem prądu stałego (rys. 15). W tym systemie jako źródło wykorzystywany jest specjalny generator prądu stałego. Ge, nazywany patogenem; jest on wprawiany w ruch obrotowy z generatora synchronicznego, a jego moc wynosi 1-3% mocy generatora synchronicznego. Synchroniczny prąd wzbudzenia maszyny Ja  w stosunkowo dużej ilości i wynosi kilkaset, a nawet tysiące amperów. Dlatego jest regulowany za pomocą reostatów zainstalowanych w obwodzie pobudzenia patogenu. Wzbudzenie patogenu odbywa się zgodnie ze schematem samo-pobudzenia (rys. 15) lub niezależnego wzbudzenia ze specjalnego generatora prądu stałego GEA, nazywany substytutem (ryc. 16). Pod-driver działa z samowzbudzeniem i rezystancją rezystora R  w2 kiedy generator nie jest zmieniony.

Do gaszenia pola magnetycznego stosuje się automatyczny wygaszacz pola (AGP), który składa się ze styczników Do 1 i Do  2 i rezystor tłumiący R  str . Usuwanie pól odbywa się w następującej kolejności. Z włączonym stycznikiem Do 1 stycznik jest włączony Do  2, zamykając uzwojenie wzbudzenia na rezystorze tłumiącym, mającym opór r  p ≈5 r  gdzie r  в - rezystancja uzwojenia wzbudzenia. Następnie otwiera się stycznik. Do 1 i zmniejsza się prąd w obwodzie uzwojenia wzbudzenia generatora (rys. 17).

Prąd wzbudzenia może być zredukowany do zera tylko przez jeden stycznik Do 1 bez rezystora gass. Prąd wzbudzenia w tym przypadku zniknie niemal natychmiast. Ale chwilowe pęknięcie obwodu wzbudzenia jest niedopuszczalne, ponieważ z powodu wysokiej indukcyjności uzwojenia wzbudzenia L  w tym wywołano by dużą siłę samoindukcji e = - L  w ∙ di  w/ dtkilkakrotnie przekraczające napięcie znamionowe, co może spowodować uszkodzenie izolacji tego uzwojenia. Ponadto w styczniku Do 1 kiedy zostanie wyłączone, znaczna energia zmagazynowana w polu magnetycznym uzwojenia wzbudzenia zostanie zwolniona, co może spowodować awarię stycznika.

Wymuszenie wzbudzenia podczas korzystania ze schematów na rys. 15 i 16 jest przeprowadzane za pomocą opornika manewrowego R  w1 włączone w obwód pobudzenia patogenu.

Ostatnio zamiast systemów elektrycznych coraz częściej stosuje się systemy wzbudzania zaworów z diodami i tyrystorami. Te układy wzbudzenia mogą być zbudowane z dużą mocą i są bardziej niezawodne niż maszyny elektryczne.

Istnieją trzy rodzaje układów wzbudzenia: układ z samo-wzbudzeniem, niezależny układ wzbudzenia i bezszczotkowy układ wzbudzenia.

W samowzbudnym układzie zaworowym (rys. 18) energia pobierana jest z uzwojenia twornika głównego w celu wzbudzenia maszyny synchronicznej. Gktóry jest następnie konwertowany przez konwerter statyczny PUdo prądu stałego. Ta energia wchodzi w uzwojenie wzbudzenia. Początkowe wzbudzenie generatora wynika z magnetyzacji szczątkowej jego biegunów.

W układzie wzbudzenia niezależnym od zaworu (rys. 19) energia do wzbudzenia uzyskiwana jest z określonego patogenu. GN, wykonane w formie trójfazowego generatora synchronicznego. Wirnik jest zamontowany na wale głównego generatora. Napięcie przemienne patogenu jest prostowane i dostarczane do uzwojenia pola.

Różnorodny układ wzbudzenia niezależny od zaworu jest bezszczotkowym układem wzbudzenia. W tym przypadku na wale głównej maszyny synchronicznej umieszczona jest zwora prądu przemiennego z uzwojeniem trójfazowym. Napięcie zmienne tego uzwojenia jest przekształcane na napięcie stałe za pomocą mostka prostownika przymocowanego do wału maszyny i jest bezpośrednio (bez pierścieni) doprowadzane do uzwojenia wzbudzenia głównego generatora. Uzwojenie wzbudzenia patogenu znajduje się na stojanie i odbiera moc z niezależnego źródła.

Układy wzbudzenia generatora można podzielić na grupy:

1) niezależne wzbudzenie, tj. Sterowniki elektryczne DC i AC powiązane z wałem generatora;

2) samowzbudzenie (wzbudzanie zależne), tj. systemy pobudzające, które pobierają energię bezpośrednio z terminali generatora poprzez specjalne transformatory obniżające napięcie.

Niezależne wzbudzenie generatorów (główna zaleta - wzbudzanie SG nie zależy od trybu sieci elektrycznej i dlatego jest najbardziej niezawodna) jest najbardziej powszechna.

Wady: stosunkowo niska stopa wzrostu pobudzenia (określana głównie przez czynnik sprawczy ); zmniejszenie niezawodności generatora prądu stałego z powodu drgań i trudnych warunków pracy szczotek kolektora (w przypadku turbogeneratorów o dużej prędkości obrotowej).

Ogólnie systemy samowzbudzenia są mniej niezawodne niż niezależne systemy wzbudzania, ponieważ działanie wzbudnicy w nich zależy od trybu sieci prądu przemiennego.

Schemat niezależnego wzbudzenia silnika elektrycznego (po lewej), schemat zależnego pobudzenia silnika elektrycznego, tj. Samowzbudzenie (po prawej).

Na diagramie; OVV (G) - uzwojenie wzbudnika patogena (generator); ShR - rezystor bocznikowy; B - patogen; BP-asynchroniczny silnik; M - koło zamachowe; SG - generator synchroniczny; Własne potrzeby autokaru.

Obiecującym, szczególnie dla turbo generatorów dużej mocy, jest bezszczotkowy układ wzbudzania, w którym nie ma ruchomych połączeń.

Aby utworzyć główny generator strumienia magnetycznego, jest uzwojenie wzbudzenia o stałym prądzie. Gdy prąd wzbudzenia zmienia się, zmienia się napięcie generatora i moc bierna z sieci. Parametry układu wzbudzenia: resetowanie wzrostu napięcia i wielokrotności wymuszania. Układy wzbudzenia to niezależne wzbudzenia i samowzbudzenia.

Niezależny elektryczny układ wzbudzenia. Regulacja napięcia patogenu, a tym samym prądu wzbudzenia głównego generatora, odbywa się poprzez zmianę prądu w uzwojeniu wzbudzenia patogenu. Zalety: nie zależy od trybu sieciowego. Wada: przy dużych prędkościach obrotowych, wpływ przełączania, duży reaktywny EMF prowadzi do uszkodzenia izolacji kolektorów i awarii kolektora. Układ wzbudzenia o wysokiej częstotliwości. Składa się z patogenu, który jest generatorem wysokiej częstotliwości, z trzema uzwojeniami wzbudzenia, częstotliwość 500 Hz. Pierwsze uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z uzwojeniem wzbudzenia głównego generatora. Pozostałe dwa są zasilane przez generator wstępnego wzbudzenia o częstotliwości 400 Hz (wielobiegunowy), z magnesami trwałymi i uzwojeniami połączonymi w otwartym trójkącie. Czynnik sprawczy i kierowca na tym samym wale z generatorem. Prąd w dwóch pozostałych uzwojeniach sub-wzbudzenia jest regulowany przez bloki APB (utrzymujące napięcie w trybie normalnym), UBF (bezstykowe urządzenie podwyższające) podłączone do przekładnika prądowego i napięcie na zaciskach generatora. Wielość siły wynosi 2, szybkość wzrostu napięcia jest mniejsza niż 2 1 / s.

Tyrystorowy system wzbudzenia. Czynnikiem sprawczym jest maszyna trójfazowa z uzwojeniami połączonymi w gwiazdę. Uzwojenie wzbudzenia jest zasilane przez transformator prostownikowy, poprzez prostownik. Uzwojenie wzbudzenia głównego generatora połączone jest za pośrednictwem 2 grup prostowników tyrystorowych: działa VS1 i wymusza VS. Podczas wymuszania tyrystory robocze są zamknięte z wyższym napięciem na VS2.

System bezszczotkowy. Przewody łączące uzwojenie wzbudzenia z wzbudnicą z przewodami na wale za pomocą prostownika obrotowego. Eliminuje potrzebę stosowania szczotek i pierścieni ślizgowych.

System samo-pobudzenia elektrycznego. Czynnik sprawczy jest obracany przez silnik podłączony do transformatora własnych potrzeb jednostki.

Tyrystorowy system samokontroli. Uzwojenie generatora połączone jest z prostownikami tyrystorowymi, które zasilają jednostkę TSN. Składa się z kontrolowanego, regulującego napięcie w trybie normalnym i niekontrolowanym, gdy jest wymuszony.