книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации
..pdfг з * 5
|
Р н с . 10. П р и н ц и п и а л ь н а я э л е к т р и ч е с к а я |
с х е м а в к л ю |
|
ч е н и я у г о л ь н о г о р е г у л я т о р а н а п р я ж е н и я в э л е к т р о |
|
Р и с . 9. П р о д о л ь н ы й р а з р е з у г о л ь н о г о ре |
а г р е г а т е А Д - 7 5 : |
|
/ ' — с и н х р о н н ы й г е н е р а т о р ; В — в о з б у д и т е л ь ; |
В С I, ВС2 — с е |
|
г у л я т о р а н а п р я ж е н и я У Р Н - 4 2 3 |
л е н о в ы е в ы п р я м и т е л и ; П К — к о н т а к т ы п е р е к л ю ч а т е л я |
торый ввинчен в скобу 4 и застопорен стопорным вин том 6. Скоба прикреплена к корпусу винтами 3. Ско ба 4 и плунжер 30 с контактной пластиной 14 изолиро ваны от корпуса регулятора слюдяными прокладками 1 п фарфоровыми втулками 2. Для защиты подвижной си стемы от пыли и механических повреждений служит кол пак 13.
Угольный столб, включенный в цепь обмотки воз буждения возбудителя, сжимает пружина 26. Электро магнит, притягивая якорь 27, противодействует пружи не 26. Разность этих сил определяет давление на уголь ный столб. Давление и, следовательно, сопротивление угольного столба зависят от силы притяжения электро магнита, обмотка которого через селеновый выпрями тель ВС1 (рис. 10) и понижающий трансформатор на пряжения включена на регулируемое напряжение.
Принцип действия регулятора напряжения заклю чается в следующем. При номинальном напряжении ге нератора подвижная система находится в равновесии, т. е. сила пружины регулятора уравновешивает электро магнитную силу и реакцию столба. Снижение напряже ния генератора при включении дополнительной нагруз ки или по другим причинам вызывает уменьшение тока, протекающего по обмотке электромагнита. Уменьше ние электромагнитной силы нарушает равновесие сил, и подвижная система под действием избыточной силы пружины смещается, сжимая угольный столб. Вследст вие этого сопротивление столба уменьшается, увеличи вается ток в обмотке возбуждения возбудителя, что ве дет к увеличению напряжения возбудителя, тока в об мотке возбуждения генератора и напряжения на зажи мах генератора. После нескольких колебаний наступает равновесие подвижных частей регулятора, и напряжение генератора стабилизируется.
Повышение напряжения генератора, вызванное уменьшением нагрузки или другими причинами, приво дит к увеличению сопротивления угольного столба, а в конечном итоге к снижению и стабилизации напряжения на зажимах генератора.
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напря
жения, подаваемого |
на обмотку |
электромагнита УРН, |
|
после |
выпрямителя |
ВС1 установлен конденсатор С2. |
|
Для |
уменьшения температурного |
увода напряжения в |
43
цепь первичной обмотки трансформатора Т включено сопротивление R5.
Уровень автоматически регулируемого напряжения устанавливают при помощи реостата уставки РУ, вклю ченного в цепь вторичной обмотки трансформатора Т. Для уменьшения колебаний напряжения генератора, возникающих при работе угольного регулятора, в цепи включен стабилизирующий трансформатор ТС, который обеспечивает достаточно быстрое установление напряже ния при изменениях нагрузки. Первичная обмотка тран сформатора ТС включена через добавочное сопротивле ние R4 на напряжение якоря возбудителя, а вторичная обмотка — последовательно с обмоткой угольного регу лятора напряжения. Стабилизирующий трансформатор ТС работает только при переходных процессах (измене нии напряжения первичной обмотки), так как включен на напряжение постоянного тока (зажимы возбуди теля).
Система автоматического регулирования напряжения электроагрегата АД-75 и передвижной электростанции ЭДС-75"с угольным регулятором УРН-423 обеспечивает:
точность |
автоматического |
регулирования напряже |
||
ния б в пределах |
±2% при |
изменении нагрузки |
от |
|
50 до 100% |
и в |
пределах ±3% при изменении |
на |
грузки от 0 до 100%; максимальное отклонение напряжения во время пе
реходного процесса а при изменении нагрузки от 50 до 100% с коэффициентом мощности от 1 до 0,8 не более
± 12% ;
длительность переходного процесса т при изменении
нагрузки в пределах 100—50% и |
50— 100% < 3 |
сек; |
нестабильность напряжения В при любой постоянной |
||
нагрузке в пределах от 0 до 100% не более ±1% . |
весу |
|
Использование малогабаритных |
и легких по |
угольных регуляторов напряжения существенно упроща ет конструкцию распределительного устройства электро агрегатов, однако им присущи и значительные недостат ки: низкая механическая прочность угольных столбов: остаточная деформация угольных шайб; оплавление и загрязнение контактов, требующих периодической на стройки регулятора; чувствительность к тряске и ви брациям, не позволяющая устанавливать регулятор не посредственно на агрегате.
44
Электромагнитные регуляторы. В последние годы широкое распространение получили синхронные генера торы с самовозбуждением. Вместо электромашинного возбудителя и угольного регулятора обмотка возбужде ния такого генератора получает питание от главной цепи генератора через выпрямитель. Такая система прямого компаундирования обладает большим быстродействием, так как в ней отсутствует промежуточное инерционное звено — возбудитель.
Использование синхронных генераторов с самовоз буждением по сравнению с генераторами, оборудован ными машинными возбудителями, имеет существенные преимущества, основные из которых следующие:
повышение надежности системы автоматического ре гулирования;
уменьшение габаритных размеров генератора элек троагрегата (за счет исключения возбудителя);
повышение точности автоматического регулирования напряжения;
сокращение длительности переходного процесса и снижение максимального отклонения (провала) напря жения при внезапном изменении нагрузки (пуске асин хронных электродвигателей);
отсутствие коллекторной машины постоянного тока. Современные синхронные генераторы автономных электроагрегатов и передвижных электростанций в от личие от более крупных стационарных установок пред ставляют собой единое целое с устройствами возбужде ния и регулирования не только в электрическом, но и в конструктивном отношениях. Это вызвано естественным стремлением сделать генераторы автономных источни ков электропитания малой мощности как можно более
компактными, легкими и простыми в обслуживании.
В агрегате АД-5 установлен самовозбуждающийся синхронный генератор ЕС-52-4С-Ф. В генераторе ис пользована схема фазового компаундирования по току с электромагнитным корректором напряжения, обеспечи вающая необходимую точность поддержания напряже ния при изменениях нагрузки. В цепь возбуждения и ре гулирования напряжения (рис. 11) входят: обмотка воз буждения ОВ, часть обмотки статора ОС, дроссель ком паундирующий ДК, сопротивление R2, магнитный уси литель МУ, трансформатор тока стабилизации активной
45
мощности ТСА, сопротивление R1, трансформатор воль тодобавочный ТВ, дроссель нелинейный ДН, кнопка на чального возбуждения К, реостат уставки РУ и др.
Принцип работы системы возбуждения и регулиро вания напряжения генератора заключается в следую щем. Часть обмотки статора замкнута компаундирую щим дросселем ДК, поэтому при холостом ходе через
Р и с . I I . П р и н ц и п и а л ь н а я э л е к т р и ч е с к а я с х е м а э л е к т р о а г р е г а т а А Д - 5
обмотку возбуждения протекает ток, обеспечивающий получение номинального напряжения на зажимах гене ратора. Для большей надежности отпирания селеновых выпрямителей ВС2 и осуществления самовозбуждения начальный импульс для самовозбуждения подается' от аккумуляторной батареи Б кнопкой К.
При возрастании нагрузки |
генератора |
напряжение |
на его зажимах уменьшается |
вследствие |
увеличения |
влияния реакции статора и падения напряжения в его обмотках. Для компенсации этого падения напряжения
4G
необходимо увеличить ток возбуждения. При этом чем меньше коэффициент мощности (cos<p), тем в большей степени следует увеличивать ток возбуждения при од ном и том же возрастании тока нагрузки, так как с уменьшением коэффициента мощности размагничиваю щее действие реакции статора увеличивается.
П
|
|
|
|
U |
Р и с . 12. |
В е к т о р н а я |
д и а |
Р и с . |
13. В о л ь т - а м п е р н а я х а |
г р а м м а т о к а в о з б у ж д е |
р а к т е р и с т и к а н е л и н е й н о го |
|||
|
н и я |
|
|
д р о с с е л я |
Для |
принятой |
схемы при |
чисто |
активной нагрузке |
(cos<p=l), ток |
холостого хода 1КХ (рис. 12), обуслов |
ленный компаундирующим дросселем, и часть тока на грузки 1Я, ответвляющаяся в цепь возбуждения, скла дывают геометрически под углом 90°. При индуктивной же нагрузке (c o stp d ) часть тока нагрузки Гн, ответ
вляющаяся в цепь возбуждения, складывают с током 1ЛХ под углом 90°+<р. Следовательно, при одном и том же токе нагрузки в зависимости от фазы тока суммар ный ток возбуждения будет иметь различные значения (/в или у;).
Таким образом, ток в цепи возбуждения автоматиче ски изменяется в зависимости от величины и фазы тока нагрузки, обеспечивая регулирование напряжения син хронного генератора.
Применение фазового компаундирования по току да ет возможность поддерживать напряжение на зажимах генератора в пределах ±5% от номинального значения при изменениях нагрузки от нуля до номинальной и зна чениях коэффициента мощности cos<p от 0,8 до 1.
Получить более высокую точность регулирования на пряжения при использовании схемы фазового компаун
дирования по току не удается, так как, кроме нагруз ки, на напряжение генератора влияют и другие факторы (температура, скорость вращения). Кроме того, регули ровочная характеристика генератора нелинейна и не со впадает полностью с характеристикой системы регули рования.
Для повышения точности регулирования к схеме фа зового компаундирования по току добавлен электромаг нитный корректор напряжения, реагирующий на откло нения напряжения от номинального значения независи мо от того, чем вызвано это отклонение. Корректор со стоит из трехфазного магнитного усилителя МУ (см. рис. 11), управляющая обмотка которого связана с из мерительным органом. В измерительный орган коррек тора входят: нелинейный дроссель ДН, вольтодобавочиый трансформатор ТВ с реостатом уставки РУ и эле мент статнзма по активной мощности.
Обмотки переменного тока магнитного усилителя включены на выходе схемы компаундирования парал лельно мосту селеновых выпрямителей ВС2, через ко торый получает питание обмотка возбуждения ОБ. Ток, ответвляющийся в магнитный усилитель, количественно зависит от тока управления. С увеличением тока управ ления увеличивается величина этого тока, а следова тельно, уменьшается ток возбуждения и напряжение на зажимах генератора, и наоборот.
Регулировку тока управления в зависимости от на пряжения на зажимах генератора выполняет измери тельный орган. Принцип работы элементов измеритель ного органа корректора напряжения заключается в сле дующем. Дроссель ДН, включенный последовательно с обмоткой управления МУ, работает в нелинейной части вольт-амперной характеристики (точка а на рис. 13).
Вследствие большой крутизны насыщенной части ха рактеристики при малых отклонениях напряжения от номинального значения UK, ток в цепи управления рез ко изменяется (точка б или в) и при помощи магнитно го усилителя воздействует на ток возбуждения. Вольто добавочный трансформатор ТВ (см. рис. 11) служит для питания нелинейного дросселя ДН, который вклю чен через реостат уставки РУ, позволяющий устанавли вать уровень автоматически регулируемого напряжения в пределах ±5% номинального.
48
Перемещением поводка реостата уставки РУ можно изменять напряжение, подаваемое на нелинейный дрос сель. Это, в свою очередь, вызывает изменение тока управления и тока магнитного усилителя и, следова тельно, тока возбуждения генератора. Тем самым осу ществляется изменение уровня автоматически регули руемого напряжения на зажимах генератора.
Элемент статизма по активной мощности служит для компенсации изменения частоты тока, вызванного изме нением скорости вращения двигателя при увеличении или уменьшении нагрузки. Он состоит из трансформа тора тока ТСА, имеющего две первичные обмотки, вклю ченные в рассечку второй и третьей фаз генератора, и одну вторичную обмотку, замкнутую на сопротивление R1. Сопротивление R1, кроме того, включено последова тельно в цепь управления магнитного усилителя со сто роны переменного тока. Первичные обмотки, для исклю чения влияния реактивного тока, включены встречно. Таким образом, во вторичную обмотку трансформатора тока ТСА трансформируется разность токов второй и третьей фаз, которая при активной нагрузке создает на сопротивлении RJ- падение напряжения, сдвинутое от носительно напряжения питания нелинейного дросселя на 180°.
При уменьшении частоты тока, вызванном увеличе нием нагрузки, реактивное сопротивление нелинейного дросселе также уменьшится, что должно привести к уве личению тока управления, а следовательно, к уменьше нию напряжения на зажимах генератора. Но так как уменьшение частоты тока является следствием увеличе ния активной составляющей тока нагрузки генератора, то при этом возрастает падение напряжения на сопро тивлении R1, которое будет вычитаться из напряжения питания нелинейного дросселя. Вследствие уменьшения напряжения, подаваемого на нелинейный’ дроссель, уменьшится ток управления и ток магнитного усилите ля, что предотвратит уменьшение тока возбуждения и снижение напряжения на зажимах генератора.
Описанная схема автоматического регулирования на пряжения электроагрегата АД-5 обеспечивает:
точность автоматического регулирования напряжения 6=±2,5% при изменении нагрузки в пределах 50— 100% номинальной мощности и коэффициента мощно
49
сти 1—0,8; 6=± 3,5% при изменении нагрузки в пре делах 0— 100% номинальной мощности !и коэффициента мощности 1—0,8;
максимальное отклонение напряжения во время пе реходного процесса при внезапном изменении нагрузки в пределах 50—100% номинальной а = ± 1 2 % ;
Р и с . 14. О б щ и й в и д г е н е р а т о р а Е С С М :
J — к о р о б к а в ы в о д о в ; 2 — з а д н и й п о д ш и п н и к о в ы й щ и т ; 3 — с т а н и н а ; 4 — п е р е д н и й п о д ш и п н и к о в ы й щ и т ; 5 — б л о к р е г у л и р о в а н и я н а п р я ж е н и я
длительность переходного процесса при изменении
нагрузки в пределах 100—50% |
и 50— 100% не более |
т = 3 сек; |
|
нестабильность напряжения |
при любой неизменной |
нагрузке в пределах от холостого хода до номинальной с коэффициентом мощности 1—0,8 не более 5 = ± 1 % .
Широкое распространение в автономных дизельных электроагрегатах мощностью 50—'100 кет получили ге нераторы ЕСС с системой фазового компаундирования и корректором напряжения.
Особенности работы системы возбуждения и авто
матического регулирования напряжения |
генераторов |
ЕСС подробно изложены в работе [5], |
поэтому здесь |
мы их рассматривать не будем. |
|
50