KAPITOLA ŠTYRO SYNCHRONICKÝCH STROJOV
§ 40-1. Problém regulácie budenia synchrónnych strojov a požiadaviek na budiace systémy
Budiaci systém synchrónneho stroja je súbor strojov, prístrojov a zariadení určených na napájanie budiaceho vinutia jednosmerným prúdom. ak lregulácia veľkosti tohto prúdu.
Na budiace systémy sú kladené tieto základné požiadavky: 1) vysoká prevádzková spoľahlivosť a 2) maximálna jednoduchosť a nízke náklady. Navyše potreba regulácie napätia a zabezpečenie stabilnej prevádzky synchrónnych strojov kladie na budiaci systém niekoľko ďalších požiadaviek.
Na udržanie konštantného napätia Una vývodoch generátora pri výmene záťaže aka podľa toho uv širokom rozmedzí. Podľa GOST 533-68 je minimálna stabilná veľkosť budiaceho napätia u■ turbogenerátor by nemal byť väčší ako 0,2 Uf H.V patogénoch vo forme generátorov sa dosiahne paralelná excitácia<: помощью мостиков насыщения в магнитной цепи (см. § 9-4).
Problém automatickej regulácie excitácie.
Výkonné synchrónne generátory a v mnohých prípadoch nízkoenergetické generátory sa dodávajú s automatickými regulátormi budiaceho prúdu, ktorých účelom je: 1) udržiavať konštantné napätie Uso zmenami zaťaženia a 2) zvýšením statickej a dynamickej stability generátora. Druhá úloha je obzvlášť dôležitá pre vysokovýkonné generátory a súčasne sú kladené zvýšené požiadavky na systémy a regulátory budenia.
S pomalými zmenami Uudržať U - U n -stačí vykonať takzvané proporcionálne riadenie, keď budič alebo regulátor napätia reagujú na zmenu U,t AU= U- U n,a v závislosti od veľkosti a znamienka AUovplyvňuje telo a zodpovedajúcim spôsobom mení hodnotu ak.Napríklad regulátory napätia uhlia sa používajú pre generátory s nízkym výkonom, ktoré pozostávajú zo stĺpca uhlíkových alebo grafitových diskov, pružiny stláčajúce tento stĺpec a elektromagnetu. Uhlíková tyč nahrádza budiaci reostat 6 v diagramoch na obr. 34-1 a cievkou elektromagnetu
sa pripája na svorky generátora. Zvyšovaním Uelektromagnet znižuje tlak pružiny, znižuje sa stlačiteľná sila stĺpca, jeho odpor sa zvyšuje a akklesá. Zatiaľ čo klesá Uakcia sa deje v opačnom poradí
Avšak, s rýchlymi zmenami U,ako je tomu v prípade prechodových zmien a na zvýšenie stability, je takáto regulácia neúčinná v dôsledku mechanickej zotrvačnosti podobného regulátora s pohyblivými časťami a elektromagnetickej zotrvačnosti budiaceho obvodu, ktorá má vysokú indukčnosť. Z dôvodu takejto zotrvačnosti aksa bude meniť s oneskorením a nebude držať krok so zmenou U,aby odolal stavu 11 = = const s požadovanou presnosťou je nemožné. Aby sa tomu vyhlo, pre výkonné generátory používajú statické elektromagnetické regulátory pozostávajúce z prvkov (elektronických zosilňovačov atď.), Ktoré nemajú žiadne pohyblivé časti, za druhé, aby sa prekonal vplyv elektromagnetickej zotrvačnosti budiaceho obvodu, je potrebné, aby bol regulátor úmerný nielen U,ale aj rýchlosť zmeny U,t. j. dU / dt.Napríklad napätie Uzačína prudko a rýchlo klesať, a teda absolútna hodnota dU / dtveľký, "regulátor okamžite, keď At / dosiaľ nedokázal dosiahnuť značnú veľkosť, dáva silný impulz na zvýšenie ak.Je tiež žiaduce, aby generátor pevné excitácie reagoval na deriváty iných veličín, ktoré charakterizujú prevádzkový režim synchrónneho generátora. Napríklad, ako vyplýva z § 39-3, aby sa zvýšila dynamická stabilita, je žiaduce akčím viac, tým rýchlejšie sa zvyšuje uhol zaťaženia, t.j. väčší b "- dQ / dt,a naopak. Pretože meranie hodnoty 6 je ťažké, namiesto 8 "je tiež možné nastaviť veľkosť derivácie statorového prúdu /, pretože zmeny 6 a / počas kmitov sa vyskytujú podobným spôsobom (pozri obrázok 39-3) Je tiež žiaduce nastaviť akproporcionálne k druhej derivácii niektorých množstiev.
Regulátory, ktoré reagujú nielen na odchýlku určitých parametrov, ale aj na hodnoty svojich derivátov v čase, sa nazývajú silné regulátory.
Takéto regulátory pre synchrónne generátory boli prvýkrát vyvinuté v ZSSR pre vodnú elektráreň Volga. V. Lenina a osvedčili sa tým najlepším spôsobom.
Treba poznamenať, že pre účinnú prevádzku takýchto regulátorov je nevyhnutné, aby elektromagnetická zotrvačnosť budiaceho systému bola dostatočne malá.
Je tiež vhodné dodávať synchrónne motory s automatickými budiacimi regulátormi. Ich pôsobenie pri nízkych napätiach pomáha udržiavať stálosť napätia siete a zvyšuje stabilitu motorov.
Horná hranica (strop) budiaceho napätia. V prípade skratu v sieti napätie na svorkách generátorov Uhluk klesá, takto vyvinutá sila sa tiež prudko znižuje a vzhľadom na to, že sila turbín zostáva nezmenená, hrozí nebezpečenstvo, že generátory vypadnú zo synchronicity.
V týchto prípadoch je potrebné zachovať Una najvyššej možnej úrovni a zabraňujúcemu vypadnutiu generátorov zo synchronicity sa aplikuje tzv. excitačné vynútenie, t.j. excitačné napätie ufčo najrýchlejšie sa zvýši na maximálnu možnú hodnotu Uf m.
V budiacom obvode v tvare obr. 34-1 Toto je dosiahnuté skutočnosťou, že špeciálne relé, ktoré reaguje na prudký pokles napätia, svojimi kontaktmi, posúva budiaci reostat 5.
Aby bol budiaci účinok účinný, horná hranica (strop) budiaceho napätia u tby mal byť dostatočne veľký. Podľa GOST 533-68 a GOST 5616-63 sa vyžaduje, aby turbínové generátory
Rýchlosť nárastu budiaceho napätia. Keď budiacej sily uby mala rásť čo najrýchlejšie. Podľa GOST 533-68 a GOST 5616-63, pre turbínové generátory, rýchlosť nárastu budiaceho napätia, keď je nútená, musí byť aspoň 2Uf aza sekundu a pre hydrogenerátory - nie menej ako 1,5 "y n za sekundu.
§ 40-2. Systémy budenia
Systémy budenia s DC generátormi. Klasický systém budenia synchrónnych strojov, ktorý je v súčasnosti široko používaný, pozostáva z patogénu vo forme generátora paralelného budenia na spoločnom hriadeli so synchrónnym strojom (pozri obrázok 34-1). V nízkorýchlostných strojoch s výkonom do R ayay 5000 ketna zníženie hmotnosti a nákladov na patogény, tieto sú niekedy spojené s hriadeľom synchrónneho stroja pomocou klinového remeňa.
Hydrogenerátory majú tiež zvyčajne patogén na rovnakom hriadeli ako generátor. Súčasne však sú výkonné generátory s nízkou rýchlosťou a n = 60-J-150 ot / minrozmery a náklady na patogén v súvislosti s jeho značnou silou a tichosťou sú veľké. Navyše nízke rýchlosti patogénov vzhľadom na ich veľkú veľkosť majú veľkú elektromagnetickú zotrvačnosť, čo znižuje účinnosť automatického ovládania a budiaceho nútenia. Preto sa budiace systémy používajú aj ako samostatná vysokorýchlostná jednotka. (n =750 - 1500 / Min)pozostávajúci z asynchrónneho motora a generátora DC. Asynchrónny motor súčasne prijíma energiu zo špeciálneho pomocného synchrónneho generátora umiestneného na rovnakom hriadeli s hlavným generátorom hydrogenerátora a v niektorých prípadoch z pomocných zberníc hydrostationu alebo z terminálov hlavného hydrogenerátora. V druhom prípade je budiaca jednotka ovplyvnená nehodami v systéme elektrickej energie (skraty atď.) A preto, aby sa zvýšila jej spoľahlivosť, pohon asynchrónnych motorov pracuje so zvýšeným maximálnym krútiacim momentom. (Mt:\u003e 4 M n) a niekedy tieto jednotky dodávajú aj zotrvačníky. Vo forme samostatných excitačných agregátov sa používajú agregáty rezervnej excitácie elektrární, ktoré slúžia na rezerváciu vlastných patogénov - generátorov v prípade nehôd a porúch.
Generátory turbín až do P a= 100 tis kettiež zvyčajne majú na svojom šachte patogény vo forme DC generátorov. Avšak, keď R n \u003e\u003e 100 tisíc ketsila patogénov sa stala taká veľká, že ich implementácia na n p= 3000 -t-3600 ot / minza podmienok spínania spoľahlivosť stáva ťažké alebo dokonca nemožné. Súčasne sa uplatňujú rôzne riešenia. Napríklad v zahraničí sú široko používané patogény s rýchlosťou otáčania a n = 750-g-1000. ot / min,pripojené k hriadeľu turbogenerátora pomocou reduktora, ako aj excitačné jednotky s asynchrónnymi motormi, ktoré sú napájané z autobusových staníc alebo z terminálov generátora.
Používajú sa aj niektoré typy budiacich systémov so strojmi DC. Napríklad silné patogény veľkých áut niekedy majú sub-agens (obrázok 40-1), ktoré slúžia na excitáciu patogénu.
Súčasne je excitačný systém regulovaný vo excitačnom budiacom obvode, v ktorom preteká malý prúd, čo sa dosiahne znížením výkonu a hmotnosti ovládacieho a regulačného zariadenia
Zložený excitačný systém s konštantným * očným patogénom (obrázok 40-2) V moderných budiacich systémoch sa široko používa princíp zloženia, to znamená automatické zmeny z budenia, keď sa zmenia záťažové prúdy synchrónneho generátora, rovnako ako v DC generátoroch so zmiešaným budením podľa zahrnutia sériového vinutia (pozri § 9-6) Pretože prúdi striedavý prúd v navíjaní kotúča synchrónneho stroja a vo vinuti budenia 2 - jednosmerný prúd bzosilňovacie obvody synchrónnych strojov používajú polovodičové usmerňovače.V základnej schéme zloženého budiaceho systému s DC budičom zobrazeným na obrázku 40-2 je excitačné vinutie patogénu 4 spojený s kotvou patogénu 3 s reostatom 6 a okrem usmerňovačov 9, napájané sériovými transformátormi 7.
Obrázok 40 1 Budiaci systém s budičom a budičom jednosmerného prúdu.
/ - kotvený synchrónny generátor 2 - budiace vinutie synchrónneho generátora, 3 - kotevný patogén, 4 - budiace vinutie budiča, 5 - kotva vodiča kotvy, 6 - vinutie budiča
Obr. 40-2 Súčasný systém so systémom budenia
Generovanie vinutia vo voľnobehu 4 prijíma energiu iba z armatúry 3 Keď generátorový zaťažovací prúd zvyšuje / sekundárne napätie transformátora 7 bude rásť, a už s malým zaťažením toto napätie rektifikované usmerňovačom 9, rovná napätiu vinutia 4 Pri ďalšom zvyšovaní zaťaženia je vinutie 4 bude napájaný transformátorom 7 a teda aj prúd tohto navíjania a budiaceho prúdu generátora ubude rásť s narastajúcim zaťažením
Pri zvýšení odporu nastavovacieho reostatu Susmerňovacie napätie 9, a zosilní sa zmiešavací účinok transformátora 7. S krátkymi okruhmi zmiešavacie zariadenie urýchľuje budenie,
Zosilňovacie pôsobenie schémy z obr. 40-2 závisí len od veľkosti prúdu / a nezávisí od jeho fázy. Preto je pri induktívnom zaťažení táto činnosť slabšia ako pri aktívnom zaťažení. Takéto zloženie sa nazýva prúd a zároveň stálosť napätia Uv rozsahu bežných zaťažení je možné udržiavať s presnosťou ± (5-10)%. Takáto presnosť pre moderné inštalácie je nedostatočná, a preto v diagramoch na obr. 40-2 aplikujte prídavný korektor alebo automatický regulátor napätia 11, ktorý je spojený transformátorom 10 s generátorovými svorkami, ako aj s inštalačnými odpormi 8. Regulátor // reaguje na zmeny napätia Ua prúd a / a napája prúd ďalšieho budiaceho vinutia patogénu 5. Skladá sa zo statických prvkov (magnetický zosilňovač, nasýtený transformátor, polovodičové usmerňovače atď.) A podrobnosti o jeho zariadení sa tu nepovažujú.
Takýto systém excitácie je v ZSSR široko používaný pre generátory s kapacitou až 100 tisíc. kw.
Obr. 40-3. Systém budenia so striedavými prúdovými patogénmi a usmerňovačmi
Systém budenia s alternátormi a usmerňovačmi.
Ako bolo uvedené vyššie, pre výkonné gndro a turbogenerátory sú excitačné systémy s jednosmernými patogénmi umiestnenými na rovnakej šachte ako generátory neekonomické a dokonca nerealizovateľné. V týchto prípadoch sa používajú budiace systémy s alternátorom a riadenými alebo nespravovanými usmerňovačmi (obrázok 40-3).
Schéma obr. 40-3, aje základom budiaceho systému vodných generátorov vodných elektrární Volga, Bratsk a Krasnojarsk s pomocným synchrónnym generátorom "prirodzenej frekvencie 3 a budič 7 sú umiestnené na rovnakom hriadeli s hlavným generátorom / a iónový usmerňovač 5 s jednocestnými ventilmi má ovládanie mriežky zo silovo účinného budiaceho regulátora (na obrázku 40-3, anezobrazené). Vypnutie poľa sa vykonáva prenosom usmerňovača 5 v režime meniča na prenos energie z budiaceho vinutia hlavného generátora 2 na pomocný generátor 3.
Schéma obr. 40-3, bpoužíva elektráreň "Electrosila" pre turbogenerátory s kapacitou 150 tis. keta vyššie. V tomto obvode budiace vinutie 2 hlavný generátor / dostane excitovaný z generátora induktora (patogén) 3 frekvencia 500 hzcez silikónové usmerňovače 5. Generátor 3 má dve budiace vinutia: nezávislé budiace vinutie 4, poháňané pomocným generátorom 9 prostredníctvom usmerňovačov 5, a navíjacie sekvenčné sebaobitovanie 6. Sada generátorov 9 má "póly vo forme permanentných magnetov. generátory 3 a 9 umiestnený na rovnakom hriadeli s hlavným generátorom. Indukčný generátor nemá vinutie na rotoroch a je preto veľmi spoľahlivý v prevádzke. Súbežne s navíjaním svojej kotvy
nena trojfázová indukčná cievka (tlmivka) 10, dC magnetizované. cievka 10 spotrebuje z generátora 3 indukčný prúd a ako s f =500 hzindukčný odpor vinutia kotla generátora je veľký, potom napätie na jeho svorkách je vysoko závislé na prúde cievky 10 Upravením prúdu predpätia cievky 10 je dosiahnuté rýchle regulovanie napätia generátora 3 a budiaceho prúdu akVzduchové vinutie 6 prispieva k urýchleniu budenia počas skratov v dôsledku pôsobenia neperiodického prechodového prúdu v budiacej vetve 2.
Najm výkonnejšie moderné turbínové generátory ak B= 5000 -5 - 10000 a, a dokonca aj práca kontaktných krúžkov s kefami sa stáva ťažkým. Preto sa v súčasnosti budujú aj generátory s bezkontaktnými budiacimi systémami, ktoré môžu byť realizované napríklad na základe diagramu na obr. 40-3, aak je navíjanie kotvy 3 miesto alternátora
Obr. 40-4. Systém s vlastným budením s fázovým zlučovaním
na svojom rotoru namontovanom na hriadeli hlavného generátora 1, a excitačné vinutie 4 umiestnite na stator. Polovodičové usmerňovače 5 súčasne sú upevnené na disku, ktorý je tiež namontovaný na hriadeli generátora / aotáča sa svojim rotorom a budiacim vinutim 2. Aktuálna kontrolná úloha akv tomto prípade je zverená sub-exciteru 7-8, ktorý môže byť tiež vykonávaný ako bezkontaktný alternátor. Takéto budiace systémy sú veľmi sľubné, ale majú tú nevýhodu, že kalenie poľa môže byť vykonané len v okruhu navíjania. 4 v tomto prípade pole hlavného generátora zhasne relatívne pomaly.
Kombinované oscilačné oscilátory.Vyššie uvedené sme považovali za nezávislé excitačné systémy, v ktorých bola všetka alebo časť energie na excitáciu synchrónneho generátora získaná z patogénov vo forme DC alebo AC strojov. Spolu s nimi sa používajú aj samovoľné excitačné systémy, v ktorých sa táto energia získava z kotúčového okruhu samotného generátora. Takéto excitačné systémy sa používajú predovšetkým pre nízko a stredne výkonné generátory pracujúce v autonómnych systémoch (lesníctvo, dopravné zariadenia atď.). V posledných rokoch sa sebavybaktívne systémy čoraz častejšie začínajú používať aj pre veľké generátory pracujúce vo výkonných energetických systémoch, apre synchrónne motory. V tomto prípade sa bežne používa aj princíp zloženia.
Typický diagram samovoľne budeného zloženého generátora je znázornený na obr. 40-4. Sekundárne e. d. a. paralelný transformátor 3 je proporcionálny U,a sekundárne e. d. a. sériový transformátor 5 proporcionálne k /. Sekundárne vinutia týchto transformátorov sú paralelne prepojené a
Excitačný prúd ak~ akzávisí nielen od veľkosti zaťažovacieho prúdu / ale aj od jeho fázy, v dôsledku čoho obvod na obr. 40-4 sa nazýva schéma zlučovania fáz. To vám umožní zvýšiť zosilňovacie pôsobenie budiaceho systému pri induktívnom zaťažení generátora, pretože indukčný
Obr. 40-5. Substitučné schémy sebakutácie s fázovým zlučovaním
zložka záťažového prúdu generátora spôsobuje najväčší pokles napätia.
Predpokladajme, že primárne vinutia transformátorov 3 a 5 dané sekundárnemu, odpor týchto transformátorov a usmerňovačov 6 rovná nule a odporu budiaceho vinutia 2, znížená na striedavú stranu, rovná sa ri.Potom diagram na obr. 40-4 zodpovedá ekvivalentnému obvodu z obr. 40-5, a, e \\podľa toho
Podľa (40-2) ekvivalentná schéma môže byť tiež znázornená ako na obr. 40-5, b.
Nech je daný generátor implicitne polárny. Potom má vektorový diagram tvar znázornený na obr. 40-6 plné čiary. Tak ako U "a / j sú proporcionálne Ua / a zhodujú sa s nimi vo fáze (alebo posunuté voči nim o 180 °), potom diagram na obr. 40-5, b a rovnosť (40-2) zodpovedá vektorovému diagramu zobrazenému na obr. 40-6 prerušovanými čiarami. Z tohto obrázku vyplýva, že s vhodným výberom pomerov transformácie transformátora 3 a 5 a odolnosť x Lindukčná cievka 4 vektorové diagramy obr. 40-6 budú podobné. Preto, kedy U= const a pri akejkoľvek hodnote, a fáza / bude Uf - ~ Ea podľa (40-2) Ak ~ E,t.j. pri akomkoľvek zaťažení excitačný prúd akbude vyvolávať takýto. d. a. E,čo sa zachovalo U= const.
Obr. 40-6. Vektorové diagramy implicitného polárneho synchrónneho generátora a jeho systému s vlastným budením s fázovým zlučovaním
Z výrazu (40-2) vyplýva, že x L =Zlúčeniny nebudú prítomné. V tomto prípade pri zvýšení // transformátora 5 zoberie zaťaženie transformátora 3 a prúd aksa nezvýši.
transformátory 3 a 5 na obr. 40-4 môžu byť tiež kombinované do jedného spoločného transformátora s dvoma primárnymi vinutiami a jedným sekundárnym vinutím pripojeným k usmerňovaču 6. cievka 4 súčasne je potrebné prenášať napätie na primárne vinutie. Namiesto toho môžete umelo zvýšiť rozptyl tohto vinutia a oddeliť ho od ostatných vinutí transformátora magnetickým skratom. Na vysokonapäťovom transformátore 5 odporúča sa zapnúť neutrálnu stranu kotvy generátora. V generátoroch malej energie niekedy odmieta transformátor 3 a cievka 4 pripojiť priamo nagenerátorových terminálov. Používajú sa aj ďalšie odrody podobných excitačných systémov.
Z dôvodu saturácie a iných príčin generátorov implicitných polárnych a explicitných pólov U= const je skutočne udržiavaná s presnosťou = b (2-5)%. Pre generátory s nízkym výkonom je táto presnosť dostatočná, ale dĺžka generátorov s vysokým výkonom vyžaduje dodatočnú reguláciu napätia pomocou korektora alebo regulátora napätia. Na tento účel sa cievka 4 môže byť vykonávané so skresleným jednosmerným prúdom a v tomto prípade regulátor napätia reguluje veľkosť tohto prúdu, čím sa dosiahne zmena x La prúd %. správnym smerom. Ak sú usmerňovače S riaditeľné, na týchto usmerňovačoch môže pôsobiť regulátor napätia.
Samočinné budenie synchrónneho generátora podľa schémy na obr. 40-4 sa vyskytuje iba v prítomnosti toku reziduálnej magnetizácie, ako v DC generátoroch s paralelným budením. Avšak vzhľadom na zvýšenú odolnosť usmerňovača pri nízkych prúdoch a iných príčinách zvyškový tok bežnej veľkosti indukuje nedostatočne veľkú e. d. a. aby sa zabezpečilo vlastné budenie synchrónneho generátora, je preto potrebné prijať ďalšie opatrenia (použitie rezonančných obvodov, zahrnutie malého akumulátora alebo prídavného generátora s permanentnými magnetmi do budiaceho obvodu, zvýšenie reziduálneho prúdu pomocou magnetických pásikov na generátorových póloch atď.). Ak chcete získať rezonančný obvod paralelný so svorkami usmerňovača 6 (RNS 40-4) AC kondenzátory je možné zapnúť zo sieťovej šnúry 7. Ak sa pri štartovaní generátora vyberie kapacita C< п„ возникнет резонанс- напряжений, то напряжение на конденсат торах 7 a napätie usmerňovača 6 stúpa niekoľkokrát a dôjde k samovzrušeniu. na n= n prezonančné podmienky sú porušené, a preto kondenzátory majú zanedbateľný vplyv na prevádzku obvodu. V budiacom obvode v tvare obr. 404 sa všeobecne používajú polovodičové usmerňovače. Z dôvodu jednoduchosti, spoľahlivosti a dobrých regulačných vlastností pF\u003etakéto budiace obvody sa čoraz viac využívajú. Pre ochranu proti prepätiu počas asynchrónnej prevádzky a iných neobvyklých podmienok je usmerňovač * meteln zvyčajne posunutý vysokou odolnosťou a / alebo nelineárnou odolnosťou.
Nízkoenergetické generátory s uvažovaným budiacim systémom umožňujú priamy štart asynchrónnych motorov s krátkym prúdom, ktorých výkony sú úmerné výkonu generátorov. V tomto prípade je počiatočný prúd motora v dôsledku zmiešavania vynútený budením generátora, a preto jeho napätie výrazne neklesne napriek veľkým rozbehovým prúdom indukčnej povahy "
Používajú sa aj iné typy excitačných systémov. Charakteristickou črtou je širšia náhrada systémov s konštantnými patogénmi. súčasných # systémov s polovodičovými usmerňovačmi.
Vzrušenie turbogenerátorov je neoddeliteľnou súčasťou a spoľahlivá a stabilná prevádzka celého turbogenerátora vo veľkej miere závisí od spoľahlivosti jeho prevádzky.
Budiace vinutie zapadá do drážok generátorového rotora a na neho pomocou kontaktných krúžkov a kefiek, s výnimkou bezkartáčového budiaceho systému, sa zo zdroja dodáva jednosmerný prúd. Ako zdroj energie môže byť použitý generátor priameho alebo striedavého prúdu, ktorý sa nazýva príčinný činiteľ, a budiaci systém je elektrický stroj. V bezmotorovom excitačnom systéme je samotný generátor zdrojom energie, preto sa nazýva systém sebakutinácie.
Základné excitačné systémy by mali:
Zabezpečte spoľahlivé napájanie navíjania rotora v normálnom a núdzovom režime.
Povoliť reguláciu budiaceho napätia v dostatočných medziach;
Zabezpečte vysokorýchlostné ovládanie budenia pri vysokých rýchlostiach v núdzovom režime.
Vykonajte rýchle vypnutie napájania a ak je to potrebné, vymažte pole v núdzových podmienkach.
Najdôležitejšie vlastnosti budiaceho systému sú: rýchlosť, určená rýchlosťou zvyšovania napätia na vinutí rotora počas nútenia V=0,632∙(U f pot - U f Mr. ) / U f Pán ∙ t 1,a pomer stropného napätia k menovitému budiacemu napätiu U f pot / U f Pán = K f - takzvaný početnosť nútenia.
Podľa GOST musia mať turbínové generátory K f ≥2 a rýchlosť nárastu budenia - nie menej ako 2 s -1. Množstvo sily pre hydrogenerátory musí byť najmenej 1,8 pre kolektorové patogény spojené s hriadeľom generátora a najmenej 2 pre iné budiace systémy. Rýchlosť nárastu budiaceho napätia by mala byť aspoň 1,3 s -1 pre hydrogenerátory s kapacitou do 4 MBA vrátane a najmenej 1,5 s -1 pre vysokokapacitné hydrogenerátory.
Pre vysokovýkonné hydrogenerátory pracujúce pri diaľkovom prenose sú na budiace systémy kladené vyššie požiadavky: K f = 3-4, miera nárastu vzrušenia na 10 U f H 0 M za sekundu.
Navíjanie rotora a budiaceho systému generátorov s nepriamym chladením musia vydržať dvojnásobne vzhľadom na menovitý prúd počas 50 s. Pre generátory s priamym chladením vinutia rotora sa tento čas znižuje na 20 s, pri generátoroch s kapacitou 800-1000 MW sa prijíma čas 15 s, 1200 MW je 10 s (GOST 533-85E).
Výkon budiaceho zdroja je zvyčajne 0,5-2% výkonu turbogenerátora a budiace napätie je 115-575 V.
Čím väčší je výkon turbogenerátora, tým vyššie napätie a nižšia je relatívna sila patogénu.
Excitačné systémy sa dajú rozdeliť do dvoch typov: nezávislej (priamej) excitácie a závislej (nepriamej) excitácii (seba-excitácie).
Prvý typ zahŕňa všetky elektrické a jednosmerné prúdové patogény spojené s hriadeľom turbogenerátora (obrázok 4.1).
Druhý typ zahŕňa budiace systémy, ktoré prijímajú energiu priamo z generátorových svoriek prostredníctvom špeciálnych stupňovitých transformátorov (obr. 4.2, a) a samostatne inštalované budiče elektrického stroja, ktoré sa otáčajú motormi so striedavým prúdom poháňaných pneumatikami vlastných potrieb stanice (obr. 4.2, b).
DC elektrických patogénov (obrázky 4.1, a), ktoré sa predtým používali na turbogenerátoroch s nízkym výkonom. V súčasnosti sa takýto budiaci systém prakticky nepoužíva, pretože je nízkoenergetický a pri rýchlosti otáčania 3000 otáčok za minútu je tento budiaci systém ťažko uskutočniteľný kvôli zložitým pracovným podmienkam kolektora a kefovacieho zariadenia (zhoršenie podmienok spínania).
Na existujúcich turbínových generátoroch použite:
Vysokofrekvenčný budiaci systém;
Bezkartáčový budiaci systém;
Statický excitátorový systém nezávislý od tyristora;
Statický tyristorový systém self-excitácie.
V týchto budiacich systémoch je pôvodcom generátor striedavého prúdu rôznych konštrukcií, ktorý nemá žiadny limit výkonu. Nekontrolované a riadené polovodičové usmerňovače - ventily sa používajú na konverziu AC na DC.
Princíp činnosti vysokofrekvenčného budenia (obr. 4.1, b) je to, že na rovnakom hriadeli s generátorom sa otáča vysokofrekvenčný generátor trojfázového prúdu 500 Hz, ktorý cez polovodičové usmerňovače B dodáva rektifikovaný prúd k rotorovým krúžkom turbogenerátora. Pri takomto excitačnom systéme je vylúčený vplyv zmeny prevádzkových režimov vonkajšej siete na budenie generátora, čo zvyšuje jeho stabilitu pri skratoch v systéme napájania.
Obr. 4.1. Schematické diagramy nezávislého budiaceho systému generátora:
a - elektrický stroj s jednosmerným generátorom; b - vysoká frekvencia;
SG - synchrónny generátor; SH - DC budič;
ICH - vysokofrekvenčný generátor; PV - pomocná látka; - usmerňovač
Obr. 4.2. Schematické diagramy systému excitačného systému závislého generátora;
VT - pomocný transformátor; HELL - asynchrónny motor
Na moderných turbogenerátoroch sa vysokofrekvenčný budiaci systém nepoužíva ako zastaraný. Pre silné turbogenerátory sú budiace prúdy 5 - 8 kA. To vytvára veľké ťažkosti pri napájaní jednosmerného prúdu do budiaceho vinutia generátora pomocou klzných kontaktov - krúžkov a kefiek. Preto sa v súčasnosti používa bezkartáčový budiaci systém pre rad generátorov, v ktorých je usmerňovacie zariadenie umiestnené na rotoru a je poháňané reverzibilným strojom cez vzduchovú medzeru. Preto sa elektrické spojenie medzi usmerňovačom a budiacim vinutím uskutočňuje pomocou tuhého vodiča bez použitia klzných krúžkov a kefiek.
V nezávislom statickom systéme a sebakuzičnom systéme sa používajú riadené polovodičové usmerňovače kremíka - tyristory. To umožnilo zvýšiť rýchlosť týchto excitačných systémov v porovnaní so systémom, napríklad s vysokofrekvenčným systémom, kde sa používajú nespravované usmerňovače. Pretože v týchto budiacich systémoch sa používa skupina staticky riadených usmerňovačov, klzné kontakty sa tiež používajú na napájanie jednosmerného prúdu do budiaceho vinutia generátora, čo je nevýhodou. Tyristorové budiace systémy boli použité pre turbogenerátory s výkonom 160-500 MW. Na obr. 4.2 azobrazuje sa schéma statickej tyristorovej sebakulácie.
V prípade poškodenia budiaceho systému sa plánuje inštalácia záložných patogénov: jeden na každých štyroch generátorov.
Ako záložný patogén inštalujú DC generátory, poháňané v otáčaní asynchrónnymi motormi pripojenými k pneumatikám vlastných potrieb stanice (obr. 4.2, b). Takže keď je napätie nastavené napríklad so skratom, záložný patogén sa nespomalí a na jeho hriadeli je inštalovaný zotrvačník.
Pre normálnu prevádzku musia byť vinutia rotorov synchrónnych generátorov poháňané patogénmi. Zmena veľkosti budiaceho prúdu reguluje napätie synchrónneho generátora a jalový výkon daný v sieti.
Charakteristiky budiaceho systému sú determinované kombináciou vlastností napájania budiaceho vinutia a automatických riadiacich zariadení. Systémy budenia musia poskytovať:
1) spoľahlivé napájanie vinutia rotora synchrónneho stroja vo všetkých režimoch, vrátane prípadov nehôd;
2) stabilná regulácia budiaceho prúdu, keď sa zaťaženie mení v rámci nominálnej hodnoty;
3) dostatočnú rýchlosť;
4) nútiť vzrušenie;
5) rýchle ochladenie magnetického poľa excitácie s prevádzkovým odpojením generátorov zo siete (používajú sa agregáty na pole) - AGP).
Hlavným spôsobom budenia synchrónnych strojov je elektromagnetická excitácia, ktorej podstatou je, že excitačné vinutie sa nachádza na póloch rotora. Pri prechode cez toto vinutie DC vzniká excitačná sila magnetomatu (MDS), ktorá indukuje magnetické pole v magnetickom systéme stroja.
V súlade s normami GOST 533-76, GOST 5616-81 a GOST 609-75, turbodúchadlá a hydrogenerátory, ako aj synchrónne kompenzátory môžu mať iba najspoľahlivejší priamy budiaci systém alebo samočinný budiaci systém.
Maximálny výkon elektrických budičov pri frekvencii 3000 ot / min je približne 600 kW. Elektrické budiace systémy preto nemôžu byť použité v turbogenerátoroch s výkonom 200 MW a viac, ktorých budiace výkony presahujú 1000 kW.
S vývojom výroby a zlepšením spoľahlivosti polovodičových usmerňovačov sa systémy budenia ventilov s diódami alebo tyristormi stávajú bežnejšími.
Až donedávna sa na napájanie budiaceho vinutia používali špeciálne DC generátory s nezávislým budením s jednosmerným prúdom, nazývané budiče B (Obrázok 5.6, a), z ktorých excitačné vinutie (RH) dostalo jednosmerný prúd z iného generátora (paralelné budenie) nazývaného budič (PV). Rotor synchrónneho stroja a kotva patogénu a budiča sú umiestnené na spoločnom hriadeli a súčasne sa otáčajú. V tomto prípade prúd v budiacej vinutie synchrónneho stroja prechádza cez klzné krúžky a kefy. Na reguláciu budiaceho prúdu sa používajú nastavovacie reostaty, ktoré sú zahrnuté do excitačných obvodov patogénu (r1) a subexpirátora (r2).
Obrázok 5.6 - Kontaktné (a) a bezkontaktné (b) systémy
elektromagnetické budenie synchrónnych generátorov
Vo vysokovýkonných synchrónnych generátoroch - turbogenerátoroch - niekedy sú ako príčinné činidlá použité alternátory typu induktora. Na výstupe takého generátora sa nachádza polovodičový usmerňovač. Nastavenie budiaceho prúdu synchrónneho generátora sa v tomto prípade uskutočňuje zmenou excitácie induktorového generátora.
Bezkontaktný systém elektromagnetického budenia, v ktorom synchrónny generátor nemá na rotoru kontaktné krúžky, sa použil v synchrónnych generátoroch.
V tomto prípade sa ako patogén používa alternátor (obrázok 5.6b), v ktorom je na rotori umiestnené vinutí 2, v ktorom je indukovaná elektromotorická sila (navíjanie armatúry), a na statore je umiestnené budiace vinutie 1. Výsledkom toho je, že navíjanie kotla budiča a budiaceho vinutia synchrónneho stroja sa rotujú a ich elektrické spojenie sa uskutočňuje priamo bez kontaktných krúžkov a kefiek. Ale keďže budič je generátorom striedavého prúdu a budiace vinutie musí byť napájané jednosmerným prúdom, navíjanie kotla na výbojke obsahuje polovodičový konvertor 3 namontovaný na hriadeli synchrónneho stroja a otáčajúci sa spolu s budiacim vinutim synchrónneho stroja. Napájanie DC budiaceho vinutia 1 patogénu sa uskutočňuje zo subdodávateľa (DF) - generátora DC.
Neprítomnosť klzných kontaktov v excitačnom obvode synchronného stroja umožňuje zvýšiť jeho prevádzkovú spoľahlivosť a zvýšiť účinnosť.
V synchrónnych generátorov, vrátane hydrogenerátorov dostala princípe šírenia samobudené (obrázok 5.7), kedy napájací potrebné pre budenie, je prevzatá z vinutia synchrónneho generátora statora a cez krok dole transformátor a usmerňovač polovodičového meniča (PP), prevedie na energiu stála prúd. Princíp seba-excitácie je založený na skutočnosti, že počiatočné budenie generátora nastáva v dôsledku reziduálneho magnetizmu magnetického obvodu stroja.
Obrázok 5.7 - Princíp sebaobituovania synchrónnych generátorov
Na obrázku 5.7, b je bloková schéma automatizovaného systému pre samobudené synchrónny generátor (SG) do usmerňovacieho transformátora (VT) a tyristorového meniče (TC), ktorý cez AC napájanie z SG statora obvodu po konverzii na jednosmerný prúd sa privádza do budiaceho vinutia. Ovládacie tyristor menič je riadený automatickým regulátorom excitačného ARV, ktorý prijíma vstupné napäťové signály na výstupe z SH (napäťový transformátor VT) a prúd záťaže SG (od prúdového transformátora CT). Obvod obsahuje blok ochrany BZ, ktorý zabezpečuje ochranu budiaceho vinutia a tyristorového meniča TP pred prepätím a nadprúdom.
V synchrónnych generátoroch stredného a vysokého výkonu je proces regulácie budiaceho prúdu automatizovaný.
Strana 5 z 7
SYNCHRONICKÉ STROJOVÉ SYSTÉMY
Väčšina synchronných strojov má elektromagnetické budenie. Zdroje jednosmerného prúdu na navíjanie budiaceho prúdu sú špeciálne budiace systémy, ktoré podliehajú niekoľkým dôležitým požiadavkám:
1) spoľahlivá a stabilná regulácia budiaceho prúdu v akýchkoľvek prevádzkových režimoch stroja;
2) dostatočnú rýchlosť, na ktorú sa aplikuje budiace sily, t.j. rýchle zvýšenie budiaceho napätia na limitnú hodnotu, nazývanú stropná. Nútené vzrušenie sa používa na udržiavanie stabilnej prevádzky stroja počas nehôd a pri odstraňovaní ich následkov. Budiace napätie v strope nie je menšie než 1,8-2 nominálne budiace napätie. Rýchlosť nárastu napätia počas budiaceho nútenia by mala byť najmenej 1,5-2 nominálnych napätí na krúžkoch krúžku rotora za sekundu;
3) rýchle ochladenie magnetického poľa, t.j. zníženie budiaceho prúdu stroja na nulu bez výrazného zvýšenia napätia cez jeho cievky. Potreba potlačenia poľa vzniká, keď je generátor vypnutý alebo je v ňom poškodený.
Na budenie synchronných strojov sa použilo niekoľko systémov. Najjednoduchším z nich je elektro-bus excitačný systém s vodičom jednosmerného prúdu (obrázok 15). V tomto systéme sa ako zdroj použije špeciálny DC generátor. GE, tzv. patogén; to je poháňané do rotácie zo synchrónneho generátora a jeho výkon je 1-3% výkonu synchrónneho generátora. Synchrónny budiaci prúd stroja ja v pomerne veľkom množstve a dosahuje niekoľko stoviek alebo dokonca tisícky ampérov. Preto sa reguluje pomocou reostatov inštalovaných v excitačnom obvode patogénu. Budenie patogénu sa uskutočňuje podľa schémy vlastnej excitácie (obrázok 15) alebo nezávislej excitácie zo špeciálneho DC generátora GEA, nazývaným náhradným činidlom (obrázok 16). Podvižník pracuje so samovoľnou excitáciou a odolnosťou odporu R w2 keď sa generátor nezmení.
Na kalenie magnetického poľa sa používa automatický zhášač poľa (AGP), ktorý sa skladá z stykačov K 1
a K 2 a tlmiaci odpor R p .
Vymazanie poľa sa vykonáva v nasledujúcom poradí. Stykač zapnutý K 1
stykač je zapnutý K 2, uzatvorenie budiaceho vinutia na tlmiacom odpore s odporom r p ≈5
r kde r v - odpor budiaceho vinutia. Potom sa stykač otvorí. K 1
a prúd v obvode budiaceho vinutia generátora klesá (obrázok 17). 
Budiaci prúd by sa mohol znížiť na nulu iba jedným stýkačom K 1 bez plynového odporu. Budiaci prúd by v tomto prípade zmizol takmer okamžite. Okamžité pretrhnutie budiaceho obvodu je však neprijateľné, pretože vzhľadom na vysokú indukčnosť budiaceho vinutia L v ňom by bola vyvolaná veľká emf samoindukcie e = - L v ∙ di v/ dtprekračujúc niekoľkonásobne menovité napätie, čo môže viesť k možnému poškodeniu izolácie tohto vinutia. Okrem toho v stykači K 1 pri vypnutí sa uvoľní významná energia uložená v magnetickom poli excitačného vinutia, čo môže spôsobiť poruchu stýkača.
Vynútenie excitácie pri použití schém na obr. 15 a 16 sa vykonáva posunutím rezistora R w1 zahrnuté do excitačného obvodu patogénu.
Nedávno sa namiesto elektrických systémov stále viac využíva budiace systémy ventilov s diódami a tyristormi. Tieto budiace systémy môžu byť postavené s vysokým výkonom a spoľahlivejšie ako elektrické stroje.
Existujú tri typy ventilových systémov excitácie: systém so sebakutáciou, nezávislý systém excitácie a bezkartáčový systém excitácie.
Vo ventilovom systéme so samovoľnou excitáciou (obrázok 18) sa energia odoberaná z navíjania armatúry hlavného generátora používa na excitáciu synchrónneho stroja. Gktorý sa potom konvertuje statickým prevodníkom PUdo jednosmerného prúdu. Táto energia vstupuje do excitačného vinutia. Počiatočné budenie generátora je spôsobené reziduálnou magnetizáciou jeho pólov.
Vo ventilovom nezávislom budiacom systéme (obrázok 19) sa energia na excitáciu získa zo špecifického patogénu. GN, vyrobené vo forme trojfázového synchrónneho generátora. Jeho rotor je namontovaný na hriadeli hlavného generátora. Striedavé napätie patogénu sa rektifikuje a dodáva do vinutí poľa.
Rozličný systém budenia nezávislý od ventilov je bezkartáčový budiaci systém. V tomto prípade je na hriadeli hlavného synchrónneho stroja umiestnená kotva budiaceho striedavého prúdu s trojfázovým vinutím. Striedavé napätie tohto vinutia sa transformuje na priame napätie pomocou usmerňovacieho mostíka upevneného na hriadeli stroja a priamo (bez prstencov) sa privádza k budiacemu vinutiu hlavného generátora. Budiace vinutie patogénu sa nachádza na statoru a prijíma energiu z nezávislého zdroja.
Generátory excitačných systémov možno rozdeliť do skupín:
1) nezávislé budenie, t.j. Elektrické a vodiče elektrického prúdu a elektrickej siete spojené s hriadeľom generátora;
2) seba-excitácia (závislé excitácie), t.j. excitačné systémy, ktoré prijímajú energiu priamo zo svoriek generátora prostredníctvom špeciálnych krokov - nadol transformátory.
Nezávislé budenie generátorov (hlavná výhoda - excitácia SG nezávisí na móde elektrickej siete, a preto je najspoľahlivejšia) je najbežnejšia.
Nevýhody: pomerne nízka miera zvýšenia vzrušenia (určená hlavne príčinným činiteľom ); zníženie spoľahlivosti DC generátora v dôsledku vibrácií a ťažkých podmienok prevádzky kolektorových kief (pre turbogenerátory s vysokou rýchlosťou otáčania).
Systémy s vlastným budením sú vo všeobecnosti menej spoľahlivé ako nezávislé budiace systémy, pretože činnosť budiča v nich závisí od režimu siete AC.
Schéma nezávislej elektrickej excitácie motora (vľavo), schéma závislosti excitácie elektrického motora, tzn. Seba-excitácie (vpravo).
V schéme; OVV (G) - vinutie budíka patogénu (generátor); ShR - skratový odpor; B - patogén; BP asynchrónny motor; M - zotrvačník; SG - synchrónny generátor; Vlastné potreby zbernice CH.
Sľubné, hlavne pre vysokovýkonné turbogenerátory, je bezkartáčový budiaci systém, v ktorom nie sú žiadne pohyblivé kontaktné spojenia.
Na vytvorenie hlavného generátora magnetického toku je budiaci vinutie s konštantným prúdom. Po zmene budiaceho prúdu sa mení napätie generátora a výstupný výkon jalového výkonu zo siete. Parametre budiaceho systému: obnovenie nárastu napätia a množstva sily. Excitačné systémy sú nezávislé budenie a sebaobitovanie.
Nezávislý elektrický budiaci systém, Regulácia napätia patogénu a tým aj budiaceho prúdu hlavného generátora sa uskutočňuje zmenou prúdu v excitačnom vinutia patogénu. Výhody: nezávisí od sieťového režimu. Nevýhoda: pri vysokých otáčkach, vplyvom prepínania veľký reaktívny EMF vedie k porušeniu izolácie kolektorových dosiek a zlyhaniu kolektora. Vysokofrekvenčný budiaci systém, Pozostáva z patogénu, ktorý je vysokofrekvenčným generátorom, s troma budiacimi vinutiami, frekvenciou 500 Hz. Prvé budiace vinutie je zapojené do série s budiacim vinutím hlavného generátora. Ostatné dva sú poháňané generátorom s predzávesom s frekvenciou 400 Hz (multipolárne), s permanentnými magnetmi a vinutiami spojenými v otvorenom trojuholníku. Príčinu a vodiča na rovnakom hriadeli s generátorom. Prúd v ďalších dvoch vinutia podvozbuditelya regulovanej bloky ARV (udržiavanie napätia v normálnom režime), UBF (bezkontaktné nútiť zariadenia) pripojený k transformátora prúdu a napätia na svorkách generátora. Množstvo sily je 2, rýchlosť nárastu napätia je menšia ako 2 1 / s.
Tyristorový budiaci systém, Kauzálny činiteľ je trojfázový stroj s vinutiami spojenými v hviezde. Jeho budiace vinutie je napájané transformátorom usmerňovača cez usmerňovač. Budiaci vinutie hlavného generátora je pripojený cez 2 skupiny tyristorových usmerňovačov: pracuje VS1 a núti VS. Pri vynucovaní sú pracovné tyristory uzavreté s vyšším napätím na VS2.
Bezkartáčový systém, Vodiče spájajúce budiace vinutie s budičom s vodičmi na hriadeli cez rotačný usmerňovač. Odstraňuje potrebu kefiek a krúžkov.
Systém elektrického sebaobitutia. Kauza je otočená motorom pripojeným k transformátoru vlastných potrieb jednotky.
Tyristorový samočinný systém, Vinutie generátora je pripojené k tyristorovým usmerňovačom, ktoré prijímajú energiu z jednotky TSN. Pozostáva z kontrolovaného, regulovaného napätia v normálnom režime a nekontrolovaného, keď je nútený.
