Лекция№6 СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ.
Оглавление
6.1 Устройство системы возбуждения и предъявляемые к ней требования. 1
6.2 Классификация систем возбуждения. 4
6.3 Системы охлаждения генераторов. 6
6.4 Включение синхронных генераторов на параллельную работу. 6
Устройство системы возбуждения и предъявляемые к ней требования
Для питания обмотки возбуждения синхронного генератора необходим источник постоянного тока — возбудитель. Наиболее часто в качестве возбудителя используется электромашинный генератор постоянного тока, якорь которого механически сопряжён с валом синхронной машины.
Рис. 6.1. Схема электромашинной системы возбуждения синхронного генератора
Р — ротор машины; В — возбудитель (генератор постоянного тока с параллельно-независимым возбуждением); ПВ — подвозбудитель, генератор постоянного тока с независимым возбуждением; РР и РР' — регулировочные резисторы; Кф и К1ф — контакторы для форсировки возбуждения; Rф и R’ф — резисторы, закорачиваемые при форсировке; K1 и К2 — контакты автомата гашения поля (АГП); Rг — гасительный резистор.
Схемы возбуждения с генератором постоянного тока показаны на рис. 6.1, 6.2, а. Кроме самого возбудителя, система включает подвозбудитель, питающий независимую обмотку возбуждения главного возбудителя, регулировочные реостаты, контакторы, аппаратуру дистанционного управления, автоматические регуляторы напряжения и другие устройства.
1) Регулирование тока возбуждения. Ток возбуждения If в крупных синхронных машинах составляет несколько сотен и даже тысяч ампер. Поэтому экономически нецелесообразно регулировать его с помощью реостата, включённого в контур обмотки возбуждения — якоря возбудителя. Потери в реостате заметно понижали бы КПД синхронной машины.
Управление током возбуждения осуществляется исключительно за счет изменения напряжения возбудителя Uf, пропорционально которому изменяется ток
If=Uf /Rf.
В зависимости от режима, в котором работает синхронный генератор, должны устойчиво поддерживаться различные токи возбуждения и соответственно различные напряжения возбудителя Uf. В электромашинной схеме по рис. 6.1 для регулирования напряжения возбудителя В служат реостаты РР и РР' соответственно в цепи параллельной обмотки возбудителя и подвозбудителя. За счет введения в схему подвозбудителя ПВ пределы регулирования
Рис. 6.2. Системы возбуждения синхронных генераторов.
а — прямая злектромашинная; б — прямая с использованием выпрямителей; в — система самовозбуждения; / — синхронный генератор; 2 — возбудитель постоянного тока; 3 — возбудитель переменного тока; 4 — подвозбудитель возбудителя переменного тока; 5 — выпрямитель ионный или полупроводниковый; 6 — регулятор возбуждения; 7 — трансформатор; 8 — управляемый от регулятора возбуждения реактор; 9 — трансформатор.
напряжения возбудителя существенно расширяются. В менее мощных синхронных машинах (а также при расширении пределов регулирования напряжения возбудителя путем введения нелинейных сопротивлений в цепь его параллельной обмотки) подвозбудитель может отсутствовать.
2) Гашение поля возбуждения. В схеме возбуждения предусматривается специальное устройство, с помощью которого можно в аварийной ситуации с достаточной быстротой уменьшить ток возбуждения до нуля («погасить» магнитное поле). «Гашение поля» осуществляется как при нормальной эксплуатации, так и в аварийной ситуации (например, при внутренних коротких замыканиях в обмотке статора) с помощью автомата гашения поля (АГП), объединяющего контакторы K1 и К2, и гасительного сопротивления Rг. Прямой разрыв цепи возбуждения контактором К1 наиболее быстро привёл бы к желаемой цели (кривая 1 на рис. 6-3). Однако в сопротивлении электрической дуги, возникающей между размыкаемыми контактами К1, выделяется за время гашения вся энергия, запасённая в магнитном поле возбуждения. В крупных машинах эта энергия настолько велика, что при прямом разрыве контакты были бы разрушены. Кроме того, при столь быстром уменьшении тока возбуждения (за счет введения в цепь весьма большого сопротивления дуги) в обмотке появляется значительная ЭДС самоиндукции
,
которая во много раз превосходит номинальное напряжение на обмотке возбуждения и может повредить ее изоляцию.
Рис. 6.3. Затухание тока Рис. 6.4. Нарастание напряжения
возбуждения при гаше- возбудителя и тока возбуждения
шении поля при форсировке возбуждения.
1 – при прямом выключении
К1; 2 – при гашении поля
с помощью АГП.
Для исключения этих явлений «гашение поля» проводится с помощью АГП в следующем порядке. При включенном контакторе К1 включается контактор К2 (t = t2), замыкающий обмотку возбуждения на гасительное сопротивление Rг≈5Rf. Затем (t = 0) размыкается контактор K1 и возбудитель отделяется от обмотки возбуждения. Поскольку энергия магнитного поля возбуждения в самой синхронной машине при этом не изменяется, размыкание К1 происходит без нежелательных осложнений. После этого ток возбуждения затухает с постоянной времени
,
где Tf = Lf /Rf — постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутых других обмотках, в соответствии с уравнением
по кривой 2 на рис. 6-3.
Гасительное сопротивление подбирается таким образом, чтобы гашение поля происходило достаточно быстро, но без появления недопустимых по условиям электрической прочности изоляции напряжений
.
При обычно рекомендуемом гасительном сопротивлении RГ=5Rf постоянная времени гашения поля Tf=1/6(Tf)≈1 с; напряжение на гасительном сопротивлении uг не превосходит пятикратного номинального напряжения возбуждения.
3) Форсировка возбуждения. Для удержания синхронного генератора в синхронизме при снижении напряжения сети, которое может произойти при удалённых коротких замыканиях, прибегают к форсированию ее тока возбуждения. Форсирование производится автоматически релейной защитой машины, от которой поступает импульс на включение контакторов Кф и К1ф (рис. 6.1). При этом замыкаются накоротко форсировочные резисторы Rф и R’ф и регулировочный резистор РР, и напряжение на якоре возбудителя с большой скоростью возрастает до предельного значения Ufm (рис. 6.4). С запозданием, определяемым постоянной времени обмотки возбуждения синхронной машины, ток возбуждения достигает предельного значения:
.
Согласно стандарту ГОСТ эффективность форсировки возбуждения характеризуется кратностью предельного установившегося напряжения возбудителя, под которой понимается отношение наибольшего установившегося напряжения возбудителя Ufm к номинальному напряжению возбуждения Ufн=RfIfн, атакже номинальной скоростью нарастания напряжения возбудителя (на участке от точки 1 до точки 2 на рис. 6.4), определяемой по формуле
.
Крупные генераторы и компенсаторы должны иметь кратность предельного установившегося напряжения возбудителя 1,8—2,0 и номинальную скорость нарастания напряжения возбудителя 1,5—2,0 номинального напряжения на контактных кольцах в секунду. Для прочих синхронных машин кратность — не менее 1,4; скорость — не менее 0,8 номинального напряжения в секунду.
