Схема регулятора обмотки возбуждения

Как работает автомобильный генератор, схемы

Генератор — один из главных элементов электрооборудования автомобиля, обеспечивающий одновременное питание потребителей и подзаряд аккумуляторной батареи.

Принцип действия устройства построен на превращении механической энергии, которая поступает от мотора, в напряжение.

В комплексе с регулятором напряжения узел называется генераторной установкой.

В современных автомобилях предусмотрен агрегат переменного тока, в полной мере удовлетворяющий всем заявленным требованиям.

Устройство генератора

Элементы источника переменного тока спрятаны в одном корпусе, который также является основой для статорной обмотки.

В процессе изготовления кожуха применяются легкие сплавы (чаще всего алюминия и дюрали), а для охлаждения предусмотрены отверстия, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.

В передней и задней части кожуха предусмотрены подшипники, к которым и крепится ротор — главный элемент источника питания.

В кожухе помещаются почти все элементы устройства. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и с правой стороны — около приводного вала и контрольных колец соответственно.

Две крышки объединяются между собой с помощью специальных болтов, изготовленных из алюминиевого сплава. Этот металл отличается незначительной массой и способностью рассеивать тепло.

Не менее важную роль играет щеточный узел, передающий напряжение на контактные кольца и обеспечивающий работу узла.

Изделие состоит из пары графитных щеток, двух пружин и щеткодержателя.

Также уделим внимание элементам, расположенным внутри кожуха:

• Ротор — стальной элемент, имеющий одну обмотку и, по сути, представляющий собой электромагнит. Ротор находится на валу, а сверху обмотки установлены втулки клювообразной формы. Ток подается с помощью медных колец, которые расположены на валу и объединены с обмоткой через специальные щетки.
• Обмотка — устройство, изготовленное из медной проволоки и закрепленное в пазы сердечника. Сам сердечник выполнен в форме окружности и изготавливается с применением специального материала, обладающего улучшенными магнитными качествами. В электротехнике металл носит название «трансформаторное железо». У статора есть три обмотки, связанные между собой и объединенные в звезду или треугольник. В точке объединения установлен диодный мост, обеспечивающий выпрямление напряжения. Обмотка изготовлена из специальной проволоки, имеющей двойную термоустойчивую изоляцию, покрытую специальным лаком.
• Реле-регулятор — ключевой элемент установки, обеспечивающий стабильное напряжение на выходе устройства. Монтаж регулятора может производиться в кожухе генератора или снаружи. В первом случае он находится возле графитных щеток, а во втором — там, где щетки крепятся к щеткодержателю (но в разных моделях авто монтаж может осуществляться по-разному). Ниже представлены реле-регуляторы с щеточным узлом.
• Выпрямительный мост — элемент, предназначенный для преобразования переменного тока на выходе статора в постоянное напряжение. Выпрямитель состоит из трех пар диодов, которые установлены на токопроводящем основании и попарно объединяются друг с дружкой. В среде автовладельцев и мастеров СТО диодный мост часто называется «подковой» из-за схожести с этим предметом.

Какие требования предъявляются к автомобильному генератору?

К генераторной установке автомобиля выдвигается ряд требований:

• Напряжение на выходе устройства и, соответственно, в бортовой сети должно поддерживаться в определенном диапазоне, вне зависимости от нагрузки или частоты вращения коленвала.
• Выходные параметры должны иметь такие показатели, чтобы в любом из режимов работы машины АКБ получала достаточное напряжение заряда.

При этом каждый автовладелец должен особое внимание уделять уровню и стабильности напряжения на выходе. Это требование вызвано тем, что аккумулятор чувствителен к подобным изменениям.

Например, в случае снижения напряжения ниже нормы АКБ не заряжается до необходимого уровня. В итоге возможны проблемы в процессе пуска мотора.

В обратной ситуации, когда установка выдает повышенное напряжение, аккумулятор перезаряжается и быстрее ломается.

Полезно почитать: Взорвался аккумулятор, причины и что делать.

Принцип работы автомобильного генератора, особенности схемы

Принцип действия генераторного узла построен на эффекте электромагнитной индукции.

В случае прохождения магнитного потока через катушку и его изменения, на выводах появляется и меняется напряжение (в зависимости от скорости изменения потока). Аналогичным образом работает и обратный процесс.

Так, для получения магнитного потока требуется подать на катушку напряжение.

Выходит, что для создания переменного напряжения требуются две составляющие:

• Катушка (именно с нее снимается напряжение).
• Источник магнитного поля.

Не менее важным элементом, как отмечалось выше, является ротор, выступающий в роли источника магнитного поля.

У полюсной системы узла присутствует остаточный магнитный поток (даже при отсутствии тока в обмотке).

Этот параметр небольшой, поэтому способен вызвать самовозбуждение только на повышенных оборотах. По этой причине по обмотке ротора пропускают сначала небольшой ток, обеспечивающий намагничивание устройства.

Упомянутая выше цепочка подразумевает прохождение тока от АКБ через лампочку контроля.

Главный параметр здесь — сила тока, которая быть в пределах нормы. Если ток будет завышенным, аккумулятор быстро разрядится, а если заниженным — возрастет риск возбуждения генератора на ХХ мотора (холостых оборотах).

С учетом этих параметров подбирается и мощность лампочки, которая должна составлять 2-3 Вт.

Как только напряжение достигает требуемого параметра, лампочка гаснет, а обмотки возбуждения питаются от самого автомобильного генератора. При этом источник питания переходит в режим самовозбуждения.

Снятие напряжения производится со статорной обмотки, которая выполнена в трехфазном исполнении.

Узел состоит 3-х индивидуальных (фазных) обмоток, намотанных по определенному принципу на магнитопроводе.

Токи и напряжения в обмотках смещены между собой на 120 градусов. При этом сами обмотки могут собираться в двух вариантах — «звездой» или «треугольником».

Если выбрана схема «треугольник», фазные токи в 3-х отмотках будут в 1,73 раза меньше, чем общий ток, отдаваемый генераторной установкой.

Вот почему в автомобильных генераторах большой мощности чаще всего применяется схема «треугольника».

Это как раз объясняется меньшими токами, благодаря которым удается намотать обмотку проводом меньшего сечения.

Такой же провод можно использовать и в соединениях типа «звезда».

Чтобы созданный магнитный поток шел по назначению, и направлялся к статорной обмотке, катушки находятся в специальных пазах магнитопровода.

Из-за появления магнитного поля в обмотках и в статорном магнитопроводе, появляются вихревые токи.

Действие последних приводит к нагреву статора и снижению мощности генератора. Для уменьшения этого эффекта при изготовлении магнитопровода применяются стальные пластины.

Выработанное напряжение поступает в бортовую сеть через группу диодов (выпрямительный мост), о котором упоминалось выше.

После открытия диоды не создают сопротивления, и дают току беспрепятственно проходить в бортовую сеть.

Но при обратном напряжении I не пропускается. Фактически, остается только положительная полуволна.

Некоторые производители автомобилей для защиты электроники меняют диоды на стабилитроны.

Главной особенностью деталей является способность не пропускать ток до определенного параметра напряжения (25-30 Вольт).

После прохождения этого предела стабилитрон «пробивается» и пропускает обратный ток. При этом напряжение на «плюсовом» проводе генератора остается неизменным, что не несет риски для устройства.

К слову, способность стабилитрона поддерживать на выводах постоянное U даже после «пробоя» применяется в регуляторах.

В результате после прохождения диодного моста (стабилитронов) напряжение выпрямляется, становится постоянным.

У многих типов генераторных установок обмотка возбуждения имеет свой выпрямитель, собранный из 3-х диодов.

Благодаря такому подключению, протекание тока разряда от АКБ исключено.

Диоды, относящиеся к обмотке возбуждения, работают по аналогичному принципу и питают обмотку постоянным напряжением.

Здесь выпрямительное устройство состоит из шести диодов, три их которых являются отрицательными.

В процессе работы генератора ток возбуждения ниже параметра, который отдает автомобильный генератор.

Следовательно, для выпрямления тока на обмотке возбуждения достаточно диодов с номинальным током до двух Ампер.

Для сравнения силовые выпрямители имеют номинальный ток до 20-25 Ампер. Если требуется увеличить мощность генератора, ставится еще одно плечо с диодами.

Режимы работы

Чтобы разобраться в особенностях функционирования автомобильного генератора, важно понять особенности каждого из режимов:

Источник

Системы возбуждения синхронных генераторов: разновидности, схемы, достоинства и недостатки

Содержание

1. Системы тиристорного независимого возбуждения (СТН)
2. Система тиристорного самовозбуждения (СТС)
3. Система тиристорного самовозбуждения резервная (СТСР)
4. Системы бесщеточные диодные (СБД)
5. Системы возбуждения для дизель-генераторов
6. Автоматы гашения поля (АГП)

Все турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы и двигатели, изготавливаемые в настоящее время, оснащаются современными полупроводниковыми системами возбуждения – рис.5.2 – 5.7. В этих системах используется принцип выпрямления трехфазного переменного тока повышенной или промышленной частоты возбудителей или напряжения возбуждаемой машины.

Электромашинные системы возбуждения (рис.5.1), выпускавшиеся заводами более 30 лет назад и находящиеся до сих пор в эксплуатации, могут быть заменены на современные полупроводниковые статические системы с любым набором заданных функций.

Системы возбуждения обеспечивают следующие режимы работы синхронных машин:

1. начальное возбуждение;
2. холостой ход;
3. включение в сеть методом точной синхронизации или самосинхронизации;
4. работу в энергосистеме с допустимыми нагрузками и перегрузками;
5. форсировку возбуждения по напряжению и по току с заданной кратностью;
6. разгрузку по реактивной мощности и развозбуждение при нарушениях в энергосистемах;
7. гашение поля генератора в аварийных режимах и при нормальной остановке;
8. электрическое торможение агрегата.

Рис.5.1. Система независимого возбуждения с возбудителем постоянного тока.
КК – контактные кольца, Rсс и КСС – сопротивление и контактор самосинхронизации, РВ – резервный возбудитель, АГП – автомат гашения поля, АГПВ – автомат гашения поля возбудителя, Rр – регулировочный реостат, Rд и Rгасв – резисторы добавочный и гасительный в цепи ОВВ, ДОВВ – добавочная обмотка возбуждения возбудителя.

Для оснащения турбо- и гидрогенераторов выпускается три типа систем возбуждения:
• системы тиристорные независимые (СТН) – рис.5.2;
• системы тиристорные самовозбуждения (СТС) – рис.5.3;
• системы бесщеточные диодные (СБД) – рис.5.4

Системы тиристорного независимого возбуждения (СТН)

Системы тиристорные независимые (СТН) предназначены для питания обмотки возбуждения крупных турбо- и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током, применяемые при выработке электроэнергии на ГЭС и других генерирующих станциях – рис.5.2.

Абрамян Евгений Павлович Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

В отличие от систем самовозбуждения (СТС), в СТН тиристорные выпрямители главного генератора получают питание от независимого источника напряжения переменного тока промышленной частоты – от вспомогательного синхронного генератора, вращающемся на одном валу с главным генератором

Рис.5.2. Система тиристорная независимая (СТН) с возбудителем переменного тока и двумя группами тиристоров, в сочетании со схемой резервного возбуждения от двухмашинного агрегата асинхронный двигатель-возбудитель постоянного тока. В – возбудитель (вспомогательный генератор) переменного тока, ОВВ обмотка возбуждения возбудителя, ВРГ, ВФГ – тиристорные вентили рабочей и форсировочной групп, ВВВ – тиристорные вентили выпрямителя возбудителя, СУВРГ, СУВФГ, СУВВВ – системы управления вентилями соответствующих групп, ВТВ – выпрямительный трансформатор возбудителя, ТСНВ – трансформатор СН тиристорных выпрямителей.

Вспомогательный генератор переменного тока возбуждения построен по схеме самовозбуждения. СТН обладает важным преимуществом – её параметры не зависят от процессов, протекающих в энергосистеме.

Васильев Дмитрий Петрович Профессор электротехники СПбГПУ

Благодаря наличию вспомогательного генератора, сохраняется независимость возбуждения от длительности и удаленности КЗ и других возмущений в энергосистеме, и высокая скорость нарастания напряжения возбуждения: не более 25 мс до достижения максимального значения при уменьшении напряжения прямой последовательности в точке регулирования на 5%.

В системе СТН обеспечивается быстрое снятие возбуждения за счет изменения полярности напряжения возбуждения: время развозбуждения от максимального положительного до отрицательного минимального напряжения возбуждения не превышает 100 мс.

Рис.5.3. Система тиристорного самовозбуждения (СТС) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и двумя группами тиристоров. ТСНР, ТСНФ – трансформаторы СН тиристорных выпрямителей рабочей и форсировочной групп.

В системе СТН выпрямленное номинальное напряжение может составлять 700 В, а выпрямленный номинальный ток – до 5500А. Кратности форсировки по напряжению и току составляют не менее двух единиц, а длительность форсировки – от 20 до 50 с. Точность поддержания напряжения генератора – не хуже ±0,5% и до ±1%. Система охлаждения тиристорного выпрямителя в системах СТН и СТС может быть принудительно воздушной, естественной воздушной или водяной.

Система тиристорного самовозбуждения (СТС)

Система тиристорного самовозбуждения (СТС) предназначена для питания обмоток возбуждения турбо и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током – рис.5.3.
Питание тиристорного выпрямителя осуществляется через трансформатор, подключенный к генераторному токопроводу. Для запуска генератора предусмотрена цепь начального возбуждения, которая автоматически формирует кратковременный импульс напряжения на обмотке ротора до появления ЭДС обмотки статора генератора. Импульс напряжения достаточен для поддержания устойчивой работы тиристорного преобразователя в цепи самовозбуждения. Питание цепей начального возбуждения осуществляется как от источника переменного тока, так и от станционной аккумуляторной батареи.

В системе СТС выпрямленное номинальное напряжение составляет до 500 В, а выпрямленный номинальный ток – не более 4000 А, т.е. эти значения несколько ниже, чем в системах СТН.

Благодаря высокому быстродействию управляемого выпрямителя и предельным уровням напряжения и тока возбуждения в сочетании с эффективными законами управления система СТС обеспечивает высокое качество регулирования и большие запасоустойчивости энергосистем. По этим показателям система СТС соответствует значениям системы СТН.

Абрамян Евгений Павлович Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

В системе СТН интенсивное гашение поля генераторов в нормальных условиях эксплуатации достигается за счет перевода тиристорного преобразователя в инверторный режим изменением полярности напряжения возбуждения – время развозбуждения не превышает 100 мс.

Экстренное снятие возбуждения в аварийных режимах обеспечивается автоматом гашения поля – электрическим аппаратом специальной конструкции, который при срабатывании производит оптимальное гашение поля генератора (АГП).

Рис.5.4. Система бесщеточная диодная (СБД) независимого возбуждения: а – с подвозбудителем (ПВ), б – без подвозбудителя, с питанием обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ) от выпрямительного трансформатора (ВТ). ДВ – вращающиеся диодные вентили.

Орлов Анатолий Владимирович Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

Действие АГП заключается в уменьшении времени гашения поля при соблюдении предельно допустимой по условиям электрической прочности изоляции величины напряжения на обмотке возбуждения. Защита ротора от перенапряжений выполняется на основе быстродействующих тиристорных разрядников.

Учитывая высокую надежность тиристорных выпрямителей и улучшение их параметров по токам и напряжениям, в схемах возбуждения могут применяться вместо двух групп вентилей (ВРГ, ВФГ) одну группу с необходимой кратностью форсировки – рис.5.5.

Система тиристорного самовозбуждения резервная (СТСР)

В схемах рис.5.1, 5.2, 5.3 благодаря наличию контактных колец на роторе можно использовать систему резервного возбуждения. В прежних системах использовался двухмашинный агрегат из асинхронного двигателя, соединенного с генератором постоянного тока. Асинхронный двигатель получал питание от шин собственных нужд и был общим для нескольких генераторов.

В современной системе тиристорного самовозбуждения резервной (СТСР) использован принцип тиристорного выпрямления от разделительного трансформатора, также присоединенного к системе собственных нужд станции.

Назначение этих систем – питание обмотки ротора синхронной машины в случаях, когда основная система вследствие неисправности или технического обслуживания выведена из работы. На электростанциях устанавливают одну резервную систему на группу генераторов. На многих станциях продолжают использовать двухмашинные агрегаты, питаемые от шин собственных нужд. Более совершенной является статическая система СТСР, представляющая собой мощный регулируемый источник постоянного тока. Система оснащена всеми необходимыми средствами защиты, управления и коммутации.

Системы бесщеточные диодные (СБД)

Системы бесщеточные диодные (СБД) предназначены для питания обмотки возбуждения турбогенераторов выпрямленным регулируемым током – рис.5.4а,б.
Бесщеточный возбудитель представляет собой синхронный генератор обращенного исполнения, якорь которого с обмоткой переменного тока и диодным выпрямителем жестко соединен с ротором возбужденного турбогенератора. Обмотка возбуждения возбудителя расположена на его статоре.

Главное достоинство бесщеточных возбудителей состоит в отсутствии контактных колец и щеточного контакта в цепи обмотки ротора турбогенератора и в сокращении длины машины.

Абрамян Евгений Павлович Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Это позволяет обеспечить возбуждение сверхмощных машин, токи возбуждения которых превышают 5500А, свойственных системе СТН – рис.5.2. Выпрямленное номинальное напряжение составляет до 600В, а выпрямленный номинальный ток до 7800А. Система охлаждения вращающегося диодного выпрямителя – естественная воздушная.

Регулирование возбуждения генератора осуществляется путем управления током обмотки возбуждения обращенного возбудителя. Типовой комплект системы включает в себя автомат гашения поля, тиристорный разрядник и два преобразовательно-регулирующих канала (AVR-1, AVR-2) автоматических регуляторов возбуждения основного и резервного каналов соответственно. Один из каналов (AVR-1) находится в активном режиме, другой (AVR-2) – в горячем резерве. В частном случае основной канал регулирования получает питание от выпрямительного трансформатора, подключенного к генераторному токопроводу, а резервный – через выпрямительный трансформатор от шин собственных нужд электростанции.

Рис.5.5. Система бесщеточная диодная (СБД) с тиристорным возбуждением (ТВ-1, ТВ-2) обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ). СГ – синхронный генератор; ОВГ – обмотка возбуждения генератора; ДСВ – диодный синхронный возбудитель; ДВ – вращающийся диодный выпрямитель; В – обращенный синхронный возбудитель и его обмотка возбуждения ОВВ; ТВ-1, ТВ-2 – тиристорные выпрямители первого и второго канала для питания ОВВ; ВТ-1, ВТ-2 – выпрямительные трансформаторы первого и второго каналов; АРВ-1, АРВ-2 – автоматические регуляторы возбуждения первого и второго каналов; Р1, Р2, Р3, Р4 – разъединители; ТТ1, ТТ2, ТН1, ТН2 – измерительные трансформаторы тока и напряжения первого и второго каналов; ТА11, ТА12 – датчики тока возбуждения возбудителя; АГП – автомат гашения поля; ТР – тиристорный разрядник.

Рис.5.6. Система бесщеточная диодная (СБД) возбуждения дизель-генератора. СГ – синхронный дизель-генератор; ОВГ – обмотка возбуждения; ДВ – диодный выпрямитель; Т – тиристор; АРВ – автоматический регулятор возбуждения; ИТТ, ИТН – измерительные трансформаторы тока и напряжения; ТСТ с МШ – трехобмоточный суммирующий трансформатор с магнитным шунтом.

Бесщеточная диодная система возбуждения (СБД) обладает меньшим быстродействием по сравнению с тиристорными системами (СТС и СТН). Так, время нарастания напряжения возбуждения до максимального значения при уменьшении напряжения прямой последовательности в точке регулирования на 5% от номинального составляет величину не более 50мс, тогда как в тиристорных системах – не более 25 мс.

В схеме на рис.5.4а питание обмотки возбуждения диодного возбудителя осуществляется от магнитоэлектрического подвозбудителя с постоянными магнитами, а в схеме на рис.5.4б – от выпрямительного трансформатора, подключенного у генераторному токопроводу возбужденной машины. В обоих случаях для питания обмотки возбуждения (ОВВ) обращенного возбудителя (В) используется тиристорный выпрямитель, управляемый системой АРВ.

Рис.5.7. Система бесщеточная диодная (СБД) возбуждения дизель-генератора. СГ – синхронный генератор; ОВГ – обмотка возбуждения генератора; ДСВ – диодный синхронный возбудитель; ДВ – вращающийся диодный выпрямитель; В – обращенный синхронный возбудитель; ОВВ – обмотка возбуждения возбудителя; ПВ – магнитоэлектрический подвозбудитель с постоянными магнитами; АРВ – автоматический регулятор возбуждения; ТВ – тиристорный выпрямитель для питания ОВВ.

Как один из современных вариантов схемы рис.5.4б с выпрямительным трансформатором (ВТ) на рис.5.5 представлена бесщеточная диодная система (СБД) с тиристорным питанием по двум каналам (от сети СН через ВТ-2 и от токопровода генератора через ВТ-1) обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ).

Системы возбуждения для дизель-генераторов

АО «Электросила” является производителем дизель-генераторов мощностью от 200 до 6300 кВт с широким спектром напряжений и частот вращения. Для дизель-генераторов изготавливаются два типа систем возбуждения: паундированием, реализованная на базе трехобмоточного суммирующего трансформатора с магнитным шунтом и управляемого тиристорно-диодного преобразователя представлена на рис.5.6. Силовая часть выполнена в виде блока с принудительным охлаждением и размещена на корпусе генератора. Малогабаритный регулятор напряжения устанавливается в щите управления энергоблоком.

Система бесщеточная с диодным синхронным возбудителем (СБД), магнитоэлектрическим подвозбудителем с постоянными магнитами и статическим тиристорным регулятором возбуждения представлена на рис.5.7.

Вращающаяся часть оборудования системы (дизель-генератор, диодный синхронный возбудитель и магнитоэлектрический подвозбудитель) за счетсовмещения конструкции изготавливается в виде компактного блока, установленного на валу генератора.

Регулятор возбуждения размещен в отдельном шкафу. Основные характеристики систем возбуждения дизель-генераторов представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Основные характеристики систем возбуждения дизель-генераторов. Системы возбуждения дизель-генераторов характеризуются полной автономностью – начальное возбуждение обеспечивается исключительно за счет внутренних источников.

Автоматы гашения поля (АГП)

Автоматы гашения поля предназначены для коммутации цепей обмоток возбуждения турбо- и гидрогенераторов, имеющих контактные кольца на роторе, а также для гашения поля этих машин.

Оптимальные условия для интенсивного снижения тока ротора до нулевого значения обеспечиваются при разряде обмотки возбуждения на нелинейный резистор, сопротивление которого изменяется обратно пропорционально величине тока.

Благодаря специальной конструкции кольцевой дугогасительной решетки автомата гашения поля, горящая в ней дуга обладает вольтамперной характеристикой нелинейного резистора, обеспечивающей минимальное время гашения поля и безопасный уровень напряжения на кольцах ротора. Основные характеристики АГП производства АО «Электросила” представлены в табл.5.2.

Источник

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

09.09.2015

Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС

На судах установлено множество типов генераторов. Каждый генератор снабжен автоматическим регулятором. Схемы регуляторов очень разнообразны, но построены по общим принципам. В качестве примера рассмотрим наиболее простую систему самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС.

Примем такой порядок изучения схемы: самовозбуждение генератора; трансформатор фазового компаундирования (ТрФК); корректор напряжения; прочие элементы схемы.

Самовозбуждение генератора на холостом ходу осуществляется за счет как остаточного намагничивания ротора, так и дополнительной меры — с помощью генератора начального возбуждения ГНВ (рис. 1).

Ротор, имея небольшое остаточное намагничивание, при вращении приводным двигателем своим слабым магнитным полем пересекает неподвижную трехфазную обмотку статора. На зажимах генератора в точках А, В, С появляется небольшая э. д. с., которая создает ток в обмотке напряжения ОН. Через обмотки ОТ ток не протекает, потому что еще разомкнут автомат генератора. Так как обмотка ОН имеет большое число витков, то ее сопротивление большое, следовательно, ток в ней очень мал.

Естественно, обмоткой ОН в трансформаторе ТрФК наводится малая по величине м. д. с., которая в суммирующей обмотке ОС наводит небольшой потенциал (э. д. с.). Теперь обмотка ОС является источником электроэнергии и через выпрямитель Вп1 в обмотку возбуждения течет ток подмагничивания. Но резкого увеличения магнитного потока ротора может не произойти, так как ток возбуждения, поступающий с обмотки ОС, может оказаться незначительным. Это объясняется большим сопротивлением обмоток ОН, ОС и выпрямителей Вп1 в еще не открывшемся состоянии (нужен более высокий потенциал на обмотке ОС, чтобы открыть выпрямитель Вп1).

Для начального возбуждения применяют генератор начального возбуждения ГНВ. Небольшой по габариту, он установлен прямо в подшипниковом щите генератора. Ротор генератора ГНВ — постоянный магнит, вращается вместе с ротором основного генератора; его магнитное поле пересекает двухфазную обмотку статора. После запуска приводного двигателя еще при низкой частоте вращения в обмотке ГНВ индуктируется достаточная э. д. с., которая выпрямляется выпрямителем Вп3 и поступает в обмотку возбуждения генератора. Таким образом обеспечивается надежное самовозбуждение.

На зажимах генератора появляется близкая к номинальной величина э. д. с. Теперь ток в обмотке ОН больше. Это обеспечивает большую э. д. с. обмотки ОС и на выходе выпрямителя Вп1. Например, на выходе выпрямителя Вп1 э. д. с. равна 60 В, а ГНВ развивает только 20 В, которые были вполне достаточны для самовозбуждения, а теперь более высокое напряжение от выпрямителя Вп2 запирает вентили выпрямителя Вп3 и ток от ГНВ на обмотку возбуждения генератора не поступает. Через нее проходит ток от выпрямителя Bп1 — ГНВ автоматически отключен.

Назначение трансформатора фазового компаундирования

Трансформатор фазового компаундирования состоит из двух первичных обмоток (см. рис. 1): токовой — ОТ, напряжения — ОН и одной вторичной — суммирующей ОС. На рис. 2 представлена векторная диаграмма м. д. с. трансформатора ТрФК, но нужно иметь в виду, что направление векторов м. д. с. совпадает с направлением векторов тока в соответствующих обмотках.

Будем считать, что при номинальном напряжении генератора в суммирующей обмотке действует м. д. с. Fос. Ток в обмотке ОН (см. рис. 1 и 2), следовательно, вектор Fон, отстает от вектора напряжения на 90° из-за большой индуктивности обмотки ОН и наличия магнитного шунта в районе расположения обмотки напряжения. При изменении нагрузки по величине и характеру положение вектора Fон остается неизменным, так как ток нагрузки протекает только через обмотку ОТ. Положение вектора м. д. с. токовой обмотки Fот определяется определенным коэффициентом мощности cos ф. Ток в обмотке возбуждения генератора пропорционален величине вектора Fос.

При росте нагрузки по величине (Fот’) или при снижении cos ф (угол ф1) генератор уменьшает свое напряжение из-за действия размагничивающей реакции статора. Но трансформатор ТрФК осуществляет амплитудно-фазовое компаундирование; увеличиваются векторы м. д. с. в суммирующей обмотке (Fоc’, Fоc») и ток возбуждения генератора, напряжение генератора восстанавливается до нормальной величины.

Действие ТрФК при колебаниях нагрузки в сторону снижения по величине или увеличения cos ф будет направлено в сторону снижения тока возбуждения, так как в этих случаях напряжение генератора стремится увеличиться.

Корректор напряжения в системе возбуждения генератора — небольшой и отличается простотой. Он собран на базе дросселя, который в схеме (см. рис. 1) именуется дросселем отсоса ДрО. Корректор выполняет несколько функций.

Функции корректора напряжения в системе возбуждения

Предположим, что после колебаний нагрузки, несмотря на работу ТрФК, напряжение на шинах генератора не доведено до нормальной величины. Корректор напряжения должен в дополнение к действию ТрФК более точно воздействовать на ток возбуждения генератора с целью подрегулирования напряжения на шинах. ТрФК реагировал на первопричину изменения напряжения — изменение нагрузки, датчиком являлась обмотка ОТ. Корректор, осуществляя коррекцию по напряжению, реагирует на его величину.

Например, напряжение на шинах осталось несколько повышенным, увеличено оно и в точках 1, 2 обмотки ОН, откуда получает питание корректор. Следовательно, увеличен постоянный ток в обмотке управления ОУ, железо дросселя ДрО получает большее подмагничивание, рабочие обмотки переменного тока ОР из-за большего намагничивания железа уменьшают свое индуктивное сопротивление.

Электроэнергия, которая индуктируется в обмотке ОС ТрФК, расходуется на два канала. Первый канал: обмотка ОС, выпрямитель Вп1, обмотка возбуждения генератора. Второй канал: обмотка ОС, рабочие обмотки ОР дросселя ДрО. Так как индуктивное сопротивление обмоток ОР уменьшилось, то большая доля тока идет через них, а меньшая, индуктируемая обмоткой ОС, течет через выпрямитель Вп1 на возбуждение генератора. Генератор понижает свое напряжение до нормальной величины.

Если напряжение на шинах понижено, то ток в обмотке ОУ уменьшается, железо ДрО менее намагничено — это и есть причина увеличения индуктивного сопротивления обмоток ОР. Ток в них меньше, доля тока отсоса уменьшилась, больший ток течет через выпрямитель Вп1 на возбуждение генератора, его напряжение восстанавливается до нормы.

Через корректор напряжения осуществляется также коррекция по температуре. Например, при прогреве генератора сопротивление его обмоток возрастает, на них увеличивается падение напряжения, при неизменной э. д. с. генератора напряжение на шинах несколько понижено.

Однако вместе с генератором нагревается резистор термокомпенсации Rт, встроенный в генератор. В результате нагрева Rт его омическое сопротивление увеличивается, а так как оно включено последовательно с обмоткой ОУ, то в последней уменьшается ток. Железо дросселя ДрО менее насыщено, сопротивление обмоток ОР увеличивается, ток, идущий через них, уменьшается, большая часть тока течет через выпрямитель Bпl, возбуждение генератора и его э. д. с. увеличиваются, напряжение на шинах достигает заданной величины.

При параллельной работе генераторов нужно осуществлять равномерное автоматическое распределение реактивной нагрузки. Это осуществляется через корректор напряжения с помощью контура распределения реактивной нагрузки, в который входят трансформатор тока ТрТ и резистор контура Rк.

При одиночной работе генератора переключатель П замкнут и весь ток, индуктируемый во вторичной обмотке трансформатора ТрТ, замыкается через него, а не через резистор Rк. В этом случае контур не работает.

При параллельной работе генераторов переключатель П следует разомкнуть. Посмотрим, какое напряжение поступает на выпрямитель Вп2 (рис. 3). Прежде всего это часть линейного напряжения Uвс; именно на эти фазы включен корректор точками 1, 2 (см. рис. 1 и 3). Так как переключатель П разомкнут, то э. д. с., индуктируемая во вторичной обмотке трансформатора ТрТ, создает свой ток через резистор Rк корректора. Трансформатор ТрТ включен в фазу А, поэтому ток в его обмотках, а следовательно, и падение напряжения ΔU_Rк на резисторе Rк, создаваемое этим током, отстает на угол ф от фазного напряжения Ua, куда включен ТрТ.

Угол ф определяется какой-то величиной cos ф нагрузки на генератор, т. е. определяет долю реактивной нагрузки. Если вектор ΔU_Rк перенести в конец вектора Uвс и произвести их геометрическое суммирование, то получим вектор U_Вп2. Величина этого вектора определяет величину напряжения питания выпрямителя Вп2 и тока в обмотке ОУ.

Допустим, что доля индуктивной нагрузки на данный генератор увеличилась, это значит, что у этого генератора понизился cos ф (увеличился угол до значения ф1), вектор ΔU_Rк переместился в положение ΔU’_Rк.

Если его просуммировать с вектором Uвс, то получим больший по величине вектор U’_Вп2, чем вектор U_Вп2. Это говорит о том, что напряжение питания выпрямителя Вп2 увеличилось, повысился ток в обмотке ОУ, сопротивление ОР понизилось, в них идет больший ток, снижается ток через выпрямитель Bпl на возбуждение. Генератор понижает э. д. с.

При рассмотрении параллельной работы генераторов было отмечено, что для уменьшения реактивной нагрузки на генератор нужно уменьшить его ток возбуждения — это было сделано регулятором автоматически. Вывод: данный генератор сбросит часть индуктивной нагрузки на параллельно работающий, так как у данного генератора э. д. с. стала ниже.

Прочие элементы схемы

К прочим элементам данной схемы можно отнести обмотку стабилизации ОС, уравнительное соединение УС и настроечные резисторы Rp, Ro, Ry.

Обмотка стабилизации ОС служит для успокоения работы системы регулирования. Контур распределения реактивной нагрузки не всегда справляется полностью со своей задачей, поэтому с помощью уравнительного соединения УС соединяются параллельно обмотки возбуждения обоих генераторов, работающих параллельно.

Теперь если один из регуляторов произведет регулирование тока возбуждения, то регулирование будет произведено в равной степени и для второго генератора. Этим обеспечивается стабильность реактивной нагрузки на генераторах, а не перераспределение ее в процессе регулирования. Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС обеспечивает поддержание постоянства напряжения на шинах с заданной Правилами Регистра точностью 2,5%, в то время как большинство регуляторов работает с точностью 1 —16%. Это объясняется несовершенством корректора напряжения регулятора МСС.

Источник