1. Системы возбуждения синхронных генераторов
Система возбуждения и регулирования синхронных машин - это машины и аппараты, создающие ток возбуждения и необходимый поток для преобразования энергии и управления ими. Система возбуждения синхронных машин состоит из обмотки ротора генератора или двигателя, источника напряжения постоянного тока, подводимого к обмотке ротора и коммутационной аппаратуры.
Влияние системы возбуждения на характер переходного процесса весьма существенно. Поэтому возбудители генераторов должны обеспечивать:
- необходимую мощность возбуждения как в нормальных эксплуатационных, так и в аварийных режимах;
- изменение тока ротора генератора по заданному закону при автоматическом или ручном регулировании возбуждения;
- возможно более высокий потолок возбуждения;
- максимально возможную скорость нарастания тока ротора, что особенно важно для крупных генераторов.
Однако при быстром изменении параметров режима (например, посадка U при к.з.) действие системы возбуждения неизбежно запаздывает, поскольку обмотки возбуждения и возбудителя, и генератора обладают самоиндукцией - электромагнитной инерцией, благодаря которой ток в этих обмотках изменяется по экспоненциальному закону (рис.1).
Системы возбуждения подразделяются
по конструктивному исполнению:
электромашинные (для агрегатов номинальной мощностью N=5100 МВт ):
статические тиристорные системы (для агрегатов номинальной мощностью N=200500МВт и более ):
и по виду возбудителя;
с самовозбуждением:
с независимым возбуждением.
i
i=i0(1-e-t)
i0
t
Рис. 1. Изменение тока возбуждения синхронного генератора (T=L/R - индуктивность и активное сопротивление обмотки характеризует инерционность данной обмотки)
Кратко рассмотрим эти системы возбуждения.
Возбудитель с самовозбуждением
iвв iвр
ОВВ ОВГ
Р
Рис. 2. Возбудитель с самовозбуждением
Из названия видно, что генератор возбуждает сам себя, т.е. возбудитель (генератор постоянного тока) находится на одном валу с генератором (ротором). Изменение напряжения возбудителя и синхронного генератора осуществляется регулятором Р ( здесь: СГ - синхронный генератор, В - возбудитель синхронного генератора, ОВВ - обмотка возбуждения возбудителя, ОВГ - обмотка возбуждения генератора, iвв, iвр - токи возбуждения возбудителя и синхронного генератора.)
Возбудитель с независимым возбуждением
ОВП ОВВ ОВГ
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 3. Возбудитель с независимым возбуждением
В этой схеме возбуждения устанавливается дополнительный генератор постоянного тока (ПВ - подвозбудитель), который сначала возбуждает возбудитель (В) и возбудитель в свою очередь возбуждает обмотку ротора генератора. При этой схеме возбуждения ПВ и В сидят на одном валу с генератором, но ПВ может питаться и от постороннего источника. Изменение напряжения генератора осуществляется регулятором Р.
В обеих рассмотренных электромашинных системах возбуждения электромагнитная инерционность существенна и поэтому она применяется в относительно маломощных генераторах.
Статические тиристорные системы возбуждения.
Рассмотрим упрощенную схему возбуждения на основе статических тиристорных систем.
Основой систем возбуждения генераторов мощностью 200 мВт и более в настоящее время являются машины переменного тока с неуправляемыми выпрямителями, (или управляемыми выпрямителями), к которым относятся высокочастотная, бесщеточная и тиристорная.
Высокочастотная система (рис. 4) содержит в качестве возбудителя высокочастотный (500 Гц) индукторный генератор (ИГ), расположенный на валу синхронного генератора и питающий его обмотку возбуждения (ОВГ) через неуправляемый выпрямитель(ВН). Две из трех обмоток возбуждения ИГ подключаются к системе автоматического регулирования возбуждения (АРВ), регулирующий ток возбуждения по заданному закону и обеспечивающий его форсировку. Постоянное времени высокочастотной системы возбуждения составляет 0,30,4с.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.4. Высокочастотная система возбуждения
Наличие контактных колец на роторе СГ ограничивает значение тока возбуждения, поэтому при мощностях генератора 300 МВТ и более применяют бесщеточную систему возбуждения, не содержащую вращающихся контактов (рис.4).
В качестве возбудителя используется обращенный синхронный генератор (Г), расположенный на одном валу с основным генератором. Здесь АРВ воздействует на систему управления тиристоров преобразователя ВУ, получающий питание от высокочастотного индуктарного генератора (ИП). Эквивалентная постоянная времени составляет 0,10,15с.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.5. Бесщеточная система возбуждения
Тиристорная система возбуждения (рис.6) применяется в мощных гидрогенераторах и турбогенераторах мощностью 300 МВт и более. Отличие тиристорной системы от рассмотренных выше- отсутствие вращающейся машины в контуре управления током возбуждения основного генератора. Время действия составляет 0,020,04сек.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 6. Тиристорная система возбуждения
Изменение величины выпрямленного напряжения, как известно, можно осуществить, регулируя моменты зажигания вентилей (рис.7).
Рис. 7 Изменение величины выпрямленного напряжения
На сетку вентилей подается запирающее отрицательное напряжение определенной величины. В нужный момент на это напряжение накладывается отпирающий лампу положительный импульс. Этот положительный импульс создается специальным пик-генератором.
Из этих диаграмм видно, что чем больше время открытия вентилей, тем больше выпрямленное значение напряжения. Постоянная времени у таких систем намного меньше, чем у электромашинных систем возбуждения.
Системы возбуждения характеризуются:
- номинальным напряжением возбуждения, обычно его величина колеблется UНВ=200-400 в;
- номинальным током возбуждения (iвн);
- номинальным током возбуждения возбудителя (iввн);
- постоянной времени при холостом ходе Тdо;
- постоянная времени обмотки возбудителя (Тe);
Мощность системы возбуждения составляет (0,2-0,8)% от общей мощности агрегата.
Длительное увеличение тока и напряжения приводит к перегреву соответствующей обмотки, порчи ее изоляции, снижает надежность этой обмотки с вероятностью возникновения аварии. Поэтому схемы возбуждения характеризуются потолочными значениями тока и напряжения возбудителя - кратковременно, на заданное время увеличиваются их значения.
Численно потолок по напряжению определяют, как отношение потолочного напряжения Uпв к номинальному напряжению возбудителя Uнв. Это отношение для:
турбогенераторов
гидрогенераторов (1,84)
Наличие потолка по напряжению определяется невозможностью увеличения напряжения сверх определенных значений, которые зависят от мощности подвозбудителя и его насыщения. Кроме того, чрезмерное повышение напряжения может привести к нарушению работы коллектора.
Потолок по току зависит от длительно допустимого нагрева обмоток возбудителя и подвозбудителя. Кроме перечисленных характеристик возбудитель еще характеризуется скоростью подъема напряжения (рис.8).
Для устойчивости синхронного генератора при возмущениях, система возбуждения должна обеспечить высокую скорость подъема напряжения.
Скорость нарастания напряжения возбуждения зависит от кратности возбуждения возбудителя.
Рис.8. К скорости подъема напряжения возбудителя
Средняя скорость подъема Uв определяется как тангенс угла наклона прямой 0b, ограничивающая для промежутка времени 0,5 сек, ту же площадь 0ab, что и действительная кривая нарастания напряжения
(1)
синхронный генератор возбуждение обмотка
Системы возбуждения должны также позволять осуществлять быстрое развозбуждение и в случае необходимости производить гашение поля при аварийных режимах. Система возбуждения обеспечивает применение любых регуляторов, которые должны быть надежными в эксплуатации, сочетающиеся с простотой обслуживания и возможностью полной автоматизации. Эти требования весьма существенны для станций с крупными генераторами, работающих на дальнюю линию передачи.