CC BY
17УДК 317.629.12
Сугаков В.Г., д.т.н., профессор ФБОУВПО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а. Малышев Ю.С., ст. преподаватель ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а. Тощев А.А., студент ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНЕЙ ФОРСИРОВКОЙ
Рассмотрены существующие системы возбуждения, их недостатки и способы их устранения путем применения системы возбуждения синхронного генератора с внешней форсировкой.
На данный момент имеется большое количество вариантов систем возбуждения синхронных генераторов, применяемых в судовых электростанциях.
Известны системы возбуждения синхронных генераторов, содержащие регуляторы напряжения (угольные, импульсные, вибрационные) Недостатком этих систем является низкое быстродействие, для увеличения быстродействия применяют системы возбуждения синхронных генераторов, содержащие элементы компаундирования (резисторы, автотрансформаторы, суммирующие трансформаторы).
Однако такие системы имеют малую точность, так как они производят регулирование только по главному возмущающему фактору, не учитывая остальные воздействия.
Подобные недостатки учтены в системах возбуждения синхронного генератора, содержащих суммирующий трансформатор и корректор напряжения. Однако подобная система имеет невысокую форсировочную способность и как следствие невозможность пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Учитывая указанные недостатки существующих систем возбуждения, целесообразно применение системы возбуждения синхронного генератора с внешним источником питания (рис. 1):
В. Г. Сугаков, Ю.С. Малышев, А. А. Тощев
Система возбуждения синхронного генератора с внешней форсировкой
Рис. 1. Принципиальная схема системы возбуждения синхронного генератора с внешней форсировкой.
1 - синхронный генератор; 2 - обмотка якоря; 3 - обмотка индуктора; 4 - выход первого выпрямителя; 5 - Суммирующий трансформатор; 6 - Первичная токовая обмотка суммирующего трансформатора; 7 - первичная обмотка напряжения суммирующего трансформатора; 8 - вторичная обмотка суммирующего трансформатора; 9 - обмотка управления суммирующего трансформатора;10 - выход корректора напряжения; 11 - внешний источник постоянного тока; 12 - электронный ключ; 13 - трансформатор тока; 14 - Шунт; 15 - второй выпрямитель; 16 - вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП); 17 - Информационные входы первого регистра памяти; 18 - Информационные входы второго регистра памяти; 19 - распределитель импульсов; 20 - генератор импульсов стабильной частоты; 21 - Вычитатель; 22 - задающий регистр; 23 - числовой компаратор; 24 - первый дифференциатор; 25 - ЯБ -триггер; 26 - Второй дифференциатор; 27 - логический элемент «ИЛИ»; 28 - шина «ПУСК»; 29 - Формирователь-ограничитель; 30 - Инвертор; 31 - логический элемент «И».
Система возбуждения синхронного генератора работает следующим образом.
Начальное возбуждение происходит за счет остаточного магнитного потока генератора 1. При недостаточном остаточном магнитном потоке подается короткий сигнал на шину 28 ПУСК. Он через логический элемент ИЛИ 27 поступает на управляющий вход ключа 12, который, открываясь, кратковременно подключает индуктор 3 генератора к внешнему источнику 11. Генератор 1 возбуждается и на якорной обмотке 2 появляется напряжение, которое подается на обмотку напряжения 7 суммирующего трансформатора 4. По обмотке 7 начинает протекать ток и появляется магнитодвижущая сила (МДС) обмотки 7. Под ее действием возникает магнитный поток, который наводит во вторичной обмотке 8 электродвижущую силу (ЭДС). Она поступает на вход выпрямителя 4 и по обмотке индуктора 3 протекает ток возбуждения, обеспечивающий заданный уровень напряжения на холостом ходу и при малых нагрузках.
При подключении к зажимам генератора 1 нагрузки протекающий по обмоткам якоря 2 ток порождает реакцию якоря, которая стремится изменить напряжение. Одновременно ток нагрузки протекает по токовой обмотке 6 трансформатора 5 и появляется МДС обмотки 6, которая геометрически складывается с МДС обмотки 7. Результирующая МДС возрастает при активной и индуктивной нагрузке и уменьшается при емкостной нагрузке. Соответственно изменяется магнитный поток трансформатора 5, ЭДС во вторичной обмотке 8 и ток возбуждения генератора 1 в обмотке индуктора 3. Этим компенсируется действие реакции якоря, и напряжение генератора остается на прежнем уровне.
Для повышения точности регулирования на обмотку управления 8 трансформатора 4 подается ток с выхода корректора напряжения 10. Если напряжение генератора, по какой либо причине увеличилось, то возрастает выходной ток корректора 10, протекающий по обмотке 8. При этом насыщение стали сердечника трансформатора 5 увеличивается, а электромагнитная передача из первичных обмоток 6 и 7 во вторичную обмотку 8 уменьшается. ЭДС обмотки 8 снижается, ток возбуждения уменьшается, и напряжение генератора восстанавливается на прежнем уровне. Если напряжение генератора снизилось, то насыщение стали трансформатора также снижается, а электромагнитная передача и ток возбуждения возрастают, стабилизируя напряжение на заданном уровне.
Таким образом, в предложенной системе возбуждения учтены вышеуказанные недостатки, она имеет высокую форсировочную способность, ограниченную лишь параметрами внешнего источника и обладает высоким быстродействием форсировки возбуждения, которое определяется частотой генератора импульсов стабильной частоты и осуществляется по приращению тока генератора, ещё до критического снижения напряжения. При этом обеспечивается возможность пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором мощность которого соизмерима с мощностью генератора.
Список литературы:
[1] Сугаков В.Г., Хватов О.С. Системы автоматического регулирования параметров электрической энергии судовых электростанций. Часть 1. - Н.Новгород Издательство ФГОУ ВПО «ВГАВТ» 2011.
[2] Сугаков В.Г., Хватов О.С. Системы автоматического регулирования параметров электрической энергии судовых электростанций. Часть 2. - Н.Новгород Издательство ФГОУ ВПО «ВГАВТ» 2011.
SYNCHRONOUS GENERATOR EXCITATION SYSTEM WITH EXTERNAL FORCING
V.G. Sugakov, Y.S. Malyshev, AA. Toschev
The existing excitation systems, their weaknesses and their solutions through the use of a synchronous generator excitation system with the external forcing.
