Меню

Автоматическим регулятором напряжения генератора

Автоматические регуляторы напряжения AVR

Внимание! Акция! Продается выставочный экземпляр

Автоматические регуляторы напряжения AVR

Автоматические регуляторы напряжения AVR
В настоящее время во многих дизель-генераторных установках большой мощности используются синхронные генераторы бесщеточного типа. Технической и конструктивной особенностью таких генераторов является отсутствие коллекторно-щеточного узла, а обмотка возбуждения располагается во вращающемся роторе. Для обеспечения работы генератора нужно, чтобы индуцированный и протекающий по обмотке возбуждения ток имел необходимую амплитуду и полярность.

Чтобы выпрямить наведенное напряжение, обмотка возбуждения выполняется из двух частей, которые соединены через диод, а амплитуда индуцированного ЭДС зависит от взаимодействия магнитных полей основной и дополнительной обмоток статора. Регулируя наведенную ЭДС в обмотке возбуждения, можно гибко управлять работой генератора. Этот принцип лег в основу создания специальных управляющих электронных устройств, которые стали неотъемлемой частью современных синхронных генераторов (СГ).

Чтобы запитать обмотку возбуждения и стабилизировать вырабатываемое генератором напряжение, используются различные способы и устройства, но наибольшее распространение получили микропроцессорные автоматические регуляторы напряжения AVR. Устройство AVR – своеобразное «сердце» системы возбуждения синхронного генератора. Адаптивно регулируя ток, наведенный в обмотку возбуждения, регулятор напряжения осуществляет стабилизацию параметров на выходе СГ.

Таким же способом удается обеспечить защиту от перегрузок, которые очень опасны для всех типов генераторов, а также защиту от критичного снижения частоты. Электронный корректор напряжения запитан от одной из трехфазных обмоток статора, являющего выходом синхронного генератора, параметры которого устройство контролирует. При помощи автоматического регулятора AVR удается управлять работой генераторной станции в переходном и аварийном режиме.

Кроме того, электронный регулятор напряжения AVR способен поддерживать совместную работу нескольких СГ сходной мощности, подключенных параллельно. От настройки и точности регулировки этого устройства зависят параметры работы всей дизель-генераторной станции.

Принцип работы регуляторов AVR

Стабилизация выходного напряжения до заданного номинального значения производится посредством соответствующего увеличения или уменьшения тока в обмотке возбуждения. Таким же образом удается минимизировать колебания напряжения генератора в процессе работы, а также обеспечить быстрое достижение заданных параметров после запуска станции, необходимых для подключения и энергоснабжения потребителей.

Чтобы вовремя распознать опасность и предупредить аварию генератора, устройство контролирует изменения частоты выходного напряжения, и в случае ее критичного снижения может оперативно уменьшить, либо вообще отключить подачу напряжения на обмотку возбуждения. Эти же действия производятся при плановой или аварийной остановке двигателя. Порог частоты, при котором происходит отключение обмотки возбуждения, обычно установлен в заводских настойках на уровне 45 Гц.

Техническая реализация

Внешний вид и схемное решение устройств AVR, выпущенных различными компаниями для совместной работы с определенными моделями генераторов, могут значительно отличаться, но основные принципы их построения одинаковы. На начальном этапе создания подобных приборов типичный регулятор напряжения AVR выполнялся в виде отдельного устройства, помещенного в специальный металлический «шкаф». Сегодня в основном используются автоматические регуляторы напряжения AVR, представляющие собой небольшую плату, которая монтируется в блок возбуждения синхронного генератора.

Источник

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

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

11.11.2015

Автоматические системы регулирования напряжения генераторов с корректором напряжения

Во время работы напряжение синхронных генераторов зависит от тока нагрузки, коэффициента мощности, частоты вращения и сопротивления обмоток всех элементов системы возбуждения. Изменение сопротивления обмоток во время работы системы возбуждения зависит от температуры нагрева. Если фазовые компаундирующие устройства автоматически регулируют напряжение по воздействию тока нагрузки и коэффициента мощности, то для учета остальных факторов, влияющих на напряжение генератора, дополнительно применяются корректоры напряжения.

Автоматический бесконтактный регулятор напряжения УБК-М поддерживает постоянное напряжение синхронных генераторов в эксплуатационных режимах судовой электростанции.

Он предназначен для судовых синхронных генераторов с машинными возбудителями, работает по принципу быстродействующего управляемого фазового компаундирования с корректором напряжения.

Регулятор УБК-М (рис. 1) состоит из трансформатора фазового компаундирования Т1 и трансформатора тока Т2 с выпрямителем U2, предназначенных для подмагничивания усилителя А и корректора напряжения Т3, U3, U4. Трансформатор Т1 имеет две первичные токовые обмотки L1 и L2, включенные в две фазы генератора G2 (с соответствующей геометрической разностью токов в этих обмотках), и первичную обмотку напряжения L3, которая питается от линейного напряжения генератора через дроссель L4 с регулируемым воздушным зазором и резистор R3. Вторичная обмотка трансформатора L5 через выпрямитель U1 питает обмотку возбуждения возбудителя LG1.

Корректор напряжения состоит из измерительного трансформатора Т3 с контуром частотной компенсации и магнитного усилителя А, воздействующих на обмотку подмагничивания L6 трансформатора Т1.

Током выхода трансформатора Т1 управляют, изменяя его подмагничивание, которое зависит от тока обмотки управления L6. Например, при увеличении подмагничивания уменьшается индуктивность обмотки трансформатора и увеличивается ток выхода. Таким образом, трансформатор Т1 обеспечивает управляемое фазовое компаундирование генератора, т. е. при возрастании тока нагрузки или уменьшении коэффициента мощности он увеличивает возбуждение генератора.

К преимуществам регуляторов УБК-М относится большая надежность благодаря отсутствию у них подвижных механических устройств и контактов. Регуляторы имеют высокую чувствительность и обеспечивают устойчивую параллельную работу генераторов, а также максимальное возбуждение при значительных провалах напряжения на шинах электростанции.

Главная особенность системы автоматических регуляторов напряжения УБК-М, РНА-65, а также РУН — возможность применения их лишь при наличии возбудителя, который существенно снижает надежность установки и быстродействие системы регулирования, значительно увеличивает массу и габаритные размеры.

Читайте также:  Генератор прямоугольного сигнала меандр

Синхронные генераторы трехфазного тока типов МСС, МСК, и ГСС имеют статическую систему самовозбуждения автоматического регулирования напряжения. Она работает по принципу фазового компаундирования с применением трехобмоточного трехстержневого трансформатора, силовых полупроводниковых выпрямителей (рис. 2). Основные элементы системы: G — синхронный генератор, VI—V6 — выпрямители, С1— СЗ — конденсаторы, Т — трансформатор фазового компаундирования, имеющий три обмотки: L1, включенную последовательно в статорную обмотку генератора; L2, включенную последовательно с конденсаторами на напряжение генератора, и L3, обеспечивающую питанием обмотку возбуждения генератора.

Принцип самовозбуждения синхронных генераторов, так же как и генераторов постоянного тока, основан на использовании остаточного магнитного поля. Так как сопротивление выпрямителей при малых токах гораздо больше, чем при номинальном, то для начального возбуждения генератора необходимо, чтобы э. д. с., наводимая в обмотке, была достаточно большой. Это достигается включением последовательно с обмоткой L2 конденсаторов С.

Реактивные сопротивления обмотки и конденсаторов подобраны таким образом, что при пуске генератора, когда частота тока в обмотке L2 достигнет 80% номинальной, в контуре наступит резонанс напряжений. Поэтому, несмотря на то, что напряжение, индуцируемое за счет остаточного поля, будет незначительным, по обмотке L2 пройдет большой ток. Вследствие этого в обмотке L3 наводится достаточная э. д. с., и генератор самовозбудится.

При работе генератора э. д. с., индуцируемая в обмотке L3, а следовательно, и ток в обмотке возбуждения генератора зависят от результирующей намагничивающей силы, создаваемой обмотками L1 и L2. Эти обмотки рассчитаны и включены таким образом, что при увеличении тока нагрузки генераторов или при снижении коэффициента мощности (соs ф) увеличиваются результирующая намагничивающая сила и э. д. с., наводимая в обмотке L3. Вследствие этого возрастают ток возбуждения и напряжение генератора. Для повышения точности регулирования в подобные системы фазового компаундирования вводят корректор напряжения.

Рассмотренная система позволяет уменьшить массу и габаритные размеры судовых дизель-генераторных установок, а также провалы напряжения в судовых электрических сетях.
Системы самовозбуждения генераторов имеют также устройство, обеспечивающее равномерное распределение нагрузок при параллельной работе генераторов. Такие системы отличаются большим быстродействием, что достигается исключением возбудителя из системы регулирования.

Автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами

На новых судах применяются автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами. Применяются различные схемные решения системы регулирования напряжения с использованием тиристоров. Регулирование по отклонению напряжения генератора выполняется путем сравнения регулируемого и эталонного напряжения с выдачей управляющего сигнала на систему управления тиристором. Эталонное напряжение устанавливается с помощью стабилитронов. Структурная схема тиристорного регулятора напряжения (рис. 3) имеет следующие элементы: ИБ — измерительный блок; ФИ — формирователь импульсов; БП — блок питания; Т — трансформатор; V — тиристор управления. Выходной сигнал измерительного блока преобразуется в сигнал управления тиристором с последующим регулированием тока обмотки возбуждения генератора.

В судовых генераторах применяется система амплитудно-фазового компаундирования с тиристорным управлением корректора напряжения. Применение тиристорной коррекции напряжения повышает быстродействие и чувствительность системы автоматического регулирования напряжения судовых генераторов.

В настоящее время в судовых электростанциях устанавливают бесщеточные синхронные генераторы типа ОС, а также типа S. Если в генераторах типов МСК, ГСС, МСС со статическими системами автоматического регулирования напряжения регулируемый ток возбуждения подается в обмотку возбуждения полюсов вращающегося индуктора (ротора) при помощи щеточных скользящих контактов, то в бесщеточных генераторах постоянный ток в роторе создается за счет индуцируемого тока в самом роторе. Принцип автоматического регулирования напряжения генераторов типа ОС, S показан на рис. 4.

С помощью системы автоматического регулирования напряжения АРН в зависимости от нагрузки на генератор G1 регулируется постоянный ток в обмотке LG1.2, установленной на специальных полюсах статора. При вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой LG1.2, индуцирует в трехфазной обмотке LG1.3 переменный ток. Выпрямленный ток в роторе при помощи выпрямителя V создает обмоткой возбуждения LG1.1 основной магнитный поток синхронного генератора. Самовозбуждение генераторов типов ОС, S осуществляется аналогично самовозбуждению генераторов типов МСК, МСС, ГСС с наличием щеточного механизма передачи постоянного тока возбуждения во вращающуюся часть машины.

Источник

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

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

26.09.2014

Автоматические регуляторы напряжения генераторов

Одним из наиболее важных условий, обеспечивающих правильную работу электрических установок, является постоянство напряжения питающих генераторов.

В установках постоянного тока достаточная степень постоянства напряжения обеспечивается компаундными генераторами. В установках переменного тока для сохранения постоянства напряжения приходится прибегать к автоматическим регуляторам напряжения.

На рис. 1 изображена принципиальная схема включения угольного автоматического регулятора напряжения. В состав схемы входят: угольный реостат 1, электромагнит с двумя обмотками 2 и 3 и пружина 5, создающая усилие, противодействующее электромагниту.

Обмотка 2 электромагнита включена на напряжение генератора Г между фазами А и С через выпрямитель 6.

Обмотка 3 электромагнита включена на вторичную обмотку трансформатора 4, первичная обмотка которого питается от возбудителя генератора В.

При нормальном напряжении генератора втягивающая сила электромагнита уравновешивается силой натяжения пружины. С повышением напряжения генератора сила электромагнита преодолевает натяжение пружины, якорь притягивается к сердечнику электромагнита, и поворачиваясь вокруг своей неподвижной оси, через вертикальный стержень передает растягивающее усилие на угольный столбик.

Читайте также:  Ротор генератора ваз 2110 кзатэ

Сила натяжения на угольные шайбы уменьшается, сопротивление столбика возрастает, напряжение возбудителя уменьшается, в связи с чем уменьшается и напряжение генератора Г.

С уменьшением напряжения генератора Г втягивающая сила электромагнита уменьшается, под действием натяжения пружины якорь поворачивается и увеличивается сжатие угольного реостата.

Сопротивление реостата уменьшается, ток возбуждения увеличивается и напряжение генератора возрастает.

Если бы на электромагните была только обмотка 2, описанный процесс регулирования никогда бы не прекращался и напряжение генератора, изменившись один раз под действием какой-либо внешней причины, в дальнейшем колебалось бы под влиянием работы регулятора вокруг своего номинального значения.

Назначение обмотки 3 — сделать эти колебания затухающими и прекратить их после нескольких циклов с уменьшающейся амплитудой.

Магнитный поток обмотки 3 направлен навстречу потоку обмотки 2 и ослабляет действие обмотки 2 по мере подхода напряжения к номинальному значению, чем способствует быстрейшему прекращению колебаний напряжения.

Сопротивление 1C в цепи питания выпрямителя 6 служит для изменения пределов регулирования. Обычно его выбирают так, чтобы регулятор поддерживал напряжение в пределах от 95 до 105% номинального.

Назначение сопротивления 2С, питаемого от трансформатора тока ТТ, включенного в третью фазу, — создавать на своих зажимах падение напряжения. Падение напряжения на зажимах сопротивления 2С, складываясь геометрически с напряжением между фазами А и С, изменяет выходное напряжение выпрямителя в зависимости от реактивной нагрузки генератора. Это обусловливает постоянное распределение реактивной нагрузки между генераторами при их параллельной работе.

При работе одиночного генератора это устройство (так называемый компенсатор реактивной мощности) следует исключать из схемы регулятора, так как его наличие вызывает увеличение провала напряжения при пуске мощных асинхронных двигателей.

Изменяя величину сопротивления 3С, можно усилить или ослабить действие обмотки 3, т. е. в конечном итоге изменить время, в течение которого генератор достигает номинального напряжения.

Угольные регуляторы имеют ряд недостатков. Одним из наиболее существенных является малый срок службы угольных реостатов. В процессе эксплуатации угольные шайбы, из которых набирается реостат, «стареют», происходит их усадка и износ. Вследствие неравномерности этого явления равенство электрических сопротивлений отдельных угольных столбов нарушается, ток в столбах, имеющих минимальное сопротивление, увеличивается выше допустимого. При этом отдельные шайбы перегреваются, становятся хрупкими и при переменном сжатии их или вследствие вибрации и тряски судна дают трещины или рассыпаются. Иногда часть столба, работающего с перегрузкой, полностью выгорает.

Кроме того, угольным регуляторам свойственна небольшая скорость действия из-за наличия подвижных частей, имеющих определенную инерцию.

Более совершенным методом регулирования напряжения синхронных генераторов является компаундирование возбуждения.

На рис. 2 изображена принципиальная схема компаундирования возбудителя синхронного генератора. Возбудитель В генератора Г, кроме основной обмотки возбуждения ООВ, имеет дополнительную ДОВ. Дополнительная обмотка возбуждения питается током, пропорциональным току нагрузки генератора, получаемому от трансформатора тока ТТ через разделительный трансформатор напряжения РТ и выпрямитель В.

С увеличением тока нагрузки напряжение генератора Г падает. Одновременно увеличивается ток возбуждения в обмотке ДОВ возбудителя, его напряжение возрастает, ток возбуждения генератора Г усиливается и напряжение генератора поднимается.

Схема компаундирования регулируется таким образом, чтобы напряжение генератора сохранялось постоянным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. Однако напряжение синхронных генераторов, кроме тока нагрузки, зависит также и от коэффициента мощности последней. Чтобы избежать влияние изменяющегося коэффициента мощности, в схему компаундирования вводят электромагнитный корректор.

Наилучшие результаты в части поддержания постоянства напряжения дают синхронные генераторы с самовозбуждением и саморегулированием напряжения.

На рис. 3 дана принципиальная схема системы самовозбуждения и саморегулирования синхронного генератора.

Существенной частью этой системы является специальный трехобмоточный трансформатор Т. Обмотка I (обмотка напряжения) этого трансформатора подключена к клеммам статора генератора и в ней течет ток Iн, пропорциональный напряжению генератора: Iн = K1U. Действие этой обмотки аналогично действию параллельной обмотки возбуждения генераторов постоянного тока со смешанным возбуждением.

Обмотка II (токовая) включена на трансформатор тока главной цепи генератора, через нее проходит ток Iт = K2I, пропорциональный току нагрузки генератора. Назначение этой обмотки аналогично назначению последовательной обмотки генератора со смешанным возбуждением.

Обмотка III является вторичной обмоткой трансформатора, ток в ней Iв равен геометрической сумме токов Iн и Iт. Этот ток, выпрямленный полупроводниковым выпрямителем В, питает обмотку возбуждения генератора ОВ.

Рассмотрим, как работает эта система. При вращении ротора генератора вследствие наличия в стали ротора остаточного магнетизма, генератор разовьет некоторую начальную э. д. с. При этом через обмотку I трансформатора Т пройдет ток. Образовавшееся в сердечнике трансформатора магнитное поле индуктирует вторичную э. д. с. в обмотке III и в ее цепи, а следовательно, и в обмотке ротора генератора потечет ток. Ток ротора усилит магнитное поле генератора, э. д. с. последнего возрастет, что в свою очередь вызовет увеличение тока в обмотке I трансформатора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на клеммах генератора достигнет номинальной величины. В дальнейшем, при холостом ходе генератора и при сохранении неизменной скорости его вращения, напряжение генератора будет сохраняться постоянным.

Если в статорной обмотке генератора появится ток нагрузки, то он создаст магнитный поток реакции якоря, который ослабит магнитный поток ротора, вследствие чего напряжение на клеммах генератора должно было бы уменьшиться. Однако этому будет противодействовать обмотка II трансформатора. При появлении в ней тока, пропорционального току нагрузки, магнитный поток, создаваемый этим током в сердечнике трансформатора, вызовет увеличение э. д. с. вторичной обмотки и тем самым увеличение тока в обмотке возбуждения генератора. Напряжение на клеммах последнего возрастет до прежней величины.

Читайте также:  Сузуки sx4 щетки генератора

Таким образом, принцип действия синхронного генератора с самовозбуждением и саморегулированием напряжения подобен принципу действия генератора смешанного возбуждения постоянного тока.

Однако следует учесть, что напряжение, развиваемое синхронным генератором, зависит не только от его нагрузки, но и от величины коэффициента мощности. При уменьшении коэффициента мощности, т, е. при возрастании угла ψ, напряжение генератора уменьшается и для его восстановления до прежней величины необходимо увеличить ток возбуждения.

Для того чтобы получить увеличение тока возбуждения, пропорциональное увеличению угла ψ, обмотку напряжения трансформатора Т подключают к клеммам генератора не непосредственно, а через дроссель Д. Величина индуктивного сопротивления дросселя выбирается такой, чтобы угол сдвига фаз между напряжением генератора и током в обмотке I трансформатора был бы равен почти 90°.

В этом случае диаграмма геометрического сложения токов в обмотках трансформатора Т будет иметь вид, изображенный на рис. 4.

Легко убедиться, что при увеличении угла ψ1 до величины ψ2 результирующий ток возбуждения генератора также возрастает, как это показано на рис. 4, а пунктиром.
Если бы фаза тока в обмотке I трансформатора Т совпадала бы с фазой напряжения генератора (как это изображено на рис. 4, б), то в этом случае, при увеличении угла ψ, величина результирующего тока возбуждения будет уменьшаться.

Уместно отметить еще одну особенность синхронных генераторов описываемой системы по сравнению с генераторами, получающими возбуждение от машинного возбудителя и оборудованными автоматическими регуляторами напряжения.

У генераторов с возбудителем и автоматическим регулятором напряжения неизбежно имеет место некоторое запаздывание восстановления напряжения.

Это запаздывание объясняется следующими причинами.

1. Автоматический регулятор начинает действовать только после того, как на регулятор поступит уже изменившееся напряжение.
2. После поступления на регулятор сигнала об изменении напряжения необходимо некоторое время на срабатывание самого регулятора.
3. Возбудитель генератора вследствие наличия у него электромагнитной инерции изменяет свое напряжение, а следовательно, и напряжение генератора с некоторым замедлением.

У синхронных генераторов с самовозбуждением процесс регулирования напряжения начинается не после изменения напряжения, а одновременно с изменением тока статора, которое должно вызвать изменение напряжения.

Вследствие этой особенности системы как абсолютное значение величины изменения напряжения генератора при резких колебаниях его нагрузки, так и время восстановления напряжения значительно меньше, чем у генераторов с возбудителем и автоматическим регулятором напряжения.

Иногда в схемах самовозбуждения, для облегчения начала процесса самовозбуждения, предусматривают установку конденсаторов, включаемых в цепь дросселя, как указано на рис. 3 пунктиром. Емкость конденсаторов подбирается так, чтобы в их цепи возник резонанс напряжения, тогда начальное напряжение на обмотке III трансформатора Т резко возрастает и генератор уверенно возбуждается. Кроме установки конденсаторов, для тех же целей применяются и другие методы.

В качестве примера конкретных генераторов, выпускаемых промышленностью рассмотрим схему самовозбуждения и саморегулирования отечественных синхронных генераторов серии МСС (рис. 5).

У этих генераторов, так же как и в описанной выше принципиальной схеме, применен трансформатор с тремя обмотками: напряжения I, токовой II и результирующей III. Необходимый сдвиг фазы тока в обмотке I относительно напряжения генератора осуществляется с помощью магнитного шунта, находящегося в трансформаторе, вследствие чего отпадает необходимость в отдельном дросселе. Новым элементом в этой схеме является дроссель Д. Этот дроссель служит для подрегулировки вручную напряжения генератора в пределах ±5% от номинального напряжения. На дросселе, помимо основных обмоток, помещены две дополнительные а и б. Обмотка а питается постоянным током от выпрямителя В3, подключенного к обмотке напряжения трансформатора Т.

С помощью регулировочного реостата Р1 можно менять величину тока в обмотке а. Изменение тока в этой обмотке вызывает изменение магнитного потока в сердечнике дросселя и, как следствие изменение его реактивного сопротивления. При изменении тока в дросселе одновременно изменяется ток, поступающий на выпрямитель B1, а следовательно, и ток возбуждения генератора.

Обмотка б используется при параллельной работе генераторов с разной мощностью, а также для поддержания постоянства напряжения генератора при колебании его частоты.

Для обеспечения начального самовозбуждения у генераторов серии МСС предусмотрен небольшой встроенный, вспомогательный генератор переменного тока с постоянными магнитами. Этот генератор включен на обмотку возбуждения главного генератора через свой выпрямитель В2. Начальный ток возбуждения обмотки ротора генератора получают через этот выпрямитель. В дальнейшем, когда вступит в действие основной выпрямитель B1, вспомогательный генератор возбуждения автоматически исключается из схемы, так как его выпрямитель В2 окажется запертым более высоким напряжением выпрямителя B1.

Элементы системы самовозбуждения и саморегулирования генераторов серии МСС выполняются в виде самостоятельных блоков размещаемых отдельно от генератора.

Следует отметить, что возможно создать очень большое число различных систем самовозбуждения и саморегулирования, отличающихся по числу, типу и способу включения входящих в них элементов. Почти каждая зарубежная фирма выпускает синхронные генераторы со своей системой самовозбуждения и саморегулирования. Изложенные в настоящей статье общие принципы помогут разобраться в особенностях различных систем, могущих встретиться на морских судах.

Источник

Adblock
detector