книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

В последнее время Всесоюзным научно-исследова­ тельским институтом комплексного электрооборудова­ ния проведена модернизация указанных генераторов, в результате которой появилась серия генераторов ЕССМ мощностью 5—50 кет. Модернизированные генераторы ЕССМ по сравнению с генераторами ЕСС имеют ряд преимуществ по схеме возбуждения, конструктивному оформлению машин, снижению вибрации генератора и облегчению доступа к его аппаратуре. С целью улучше­ ния охлаждения аппаратуры возбуждения и регулиро­ вания напряжения блок регулирования напряжения пе­ ренесен с верхней части станины в передний подшипни­ ковый щит генератора. Общий вид генератора ЕССМ приведен на рис. '14.

В отличие от генераторов ЕСС схема возбуждения генераторов ЕССМ мощностью 5 и 12 кет выполнена с питанием от отпайки статорной обмотки с вынесенным трехфазным линейным дросселем, который служит так­ же компаундирующим элементом. Коррекция тока воз­ буждения осуществлена при помощи отсасывающего магнитного усилителя, которым управляет электромаг­ нитный корректор через обмотку подмагничивания.

Генераторы ЕСС и ЕССМ обеспечивают:

точность автоматического регулирования напряже­ ния 6= ±2% от среднерегулируемого значения при из­ менении нагрузки от 0 до 100% с коэффициентом мощ­ ности 1—0,8;

максимальное отклонение напряжения во время пе­ реходного процесса при изменении 100% нагрузки не

= 3 сек; нестабильность напряжения при любой неизменной

механическим заводом им. М. И. Калинина разработа­ ны синхронные генераторы с самовозбуждением ГСФ-100 и ГСФ-200. Общий вид генератора ГСФ-100 приведен на рис. 15. Основными элементами силовой ча­ сти статической системы возбуждения (рис. 16) являют­

51

ся: силовой трансформатор Т и селеновый выпрямитель ]ВС.

Рассмотрим работу статической системы в случае смешанной нагрузки (0 < co s(p < l). Если не учитывать действия последовательной обмотки, то режим совмест­ ной работы первичной и вторичной обмоток трансфор­ матора Т будет соответствовать холостому ходу генера­ тора. В этом режиме трансформатор Г действует как

Р и с . 15. О б щ и й в и д г е н е р а т о р а Г С Ф -1 0 0 :

I — ф л а н е ц ; 2 — 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 ; 3 — с т а н и н а

трансформатор напряжения, первичная обмотка которо­ го подключена на зажимы генератора, а вторичная — через выпрямитель замкнута на обмотку возбуждения генератора. От обычного трансформатора напряжения трансформатор Т отличается тем, что у него первичная и вторичная обмотки разделены магнитным шунтом, вследствие чего он обладает повышенным индуктивным сопротивлением.

Путем изменения воздушного зазора между магнит­ ным шунтом и стержнями магнитопровода можно регу­ лировать коэффициент взаимоиндукции первичной и вто­ ричной обмоток.

52

напряжением генератора и индуктивным сопротивле­ нием первичной и вторичной цепи. Эти величины подби­ рают так, чтобы при холостом ходе генератора возникал

/ — с е р д е ч н и к т р а н с ф о р м а т о р а ; 2 — о б м о т к а с т а ­ т о р а ; 3 — о б м о т к а в о з б у ж д е н и я ; 4 — м а гн и т н ы й ш у н т ; 5 — в т о р и ч н а я о б м о т к а ; 6 — п о с л е д о в а т е л ь ­ н а я о б м о т к а ; 7 — п е р в и ч н а я о б м о т к а ; Г — г е н е р а ­ т о р ; Т — т р а н с ф о р м а т о р ; ВС — в ы п р я м и т е л ь с е л е ­

н о в ы й

ток возбуждения, обеспечивающий номинальное напря­ жение на его зажимах.

Так как трансформатор Г, рассматриваемый как трансформатор напряжения, обладает повышенным ин­ дуктивным сопротивлением, то ток его вторичной об­ мотки / 20 отстает от первичного напряжения V (напря­

53

жение генератора) на угол 90° — а, где а имеет неболь­ шую величину (обычно а=10ч-25°). Если теперь не учи­ тывать действия первичной обмотки, то режим совмест­ ной работы последовательной и вторичной обмоток бу­ дет соответствовать режиму короткого замыкания гене­ ратора. В этом режиме трансформатор Т действует как трансформатор тока, последовательная обмотка которо-

ствующий ему ток возбуждения определяются током на­ грузки генератора /. От обычного трансформатора тока трансформатор Т в данном режиме отличается тем, что он замкнут не на чисто активную, а на смешанную на­ грузку, вследствие чего ток 12к опережает первичный ток / на тот же угол а, а так как первичный ток от­ стает от напряжения V на угол ср, ток 12к отстает от на­ пряжения U на угол <р—а.

При ненасыщенном состоянии трансформатора вся­ кий режим его нагрузки можно представить как нало­ жение указанных режимов холостого хода и короткого замыкания. На рис. 17 приведена упрощенная векторная диаграмма, из которой следует, что результирующий ток / 2 вторичной обмотки трансформатора Т при нагрузке генератора представляет собой геометрическую сумму тока / 2о, определяемого напрялсением генератора, и то­ ка 12,к определяемого током нагрузки генератора, располол<енных под углом, определяемым характером на­ грузки (созф) генератора.

54

Таким образом, система фазового компаундирова­ ния осуществлена посредством трансформатора Т. выполненного с магнитным шунтом и работающего од­

янного тока выпрямителя ВС через сопротивление СУ (при ручном регулировании). Корректор напряжения электромагнитного регулятора представляет собой элек­ тронную систему, собранную из полупроводниковых эле­ ментов и работающую в импульсном режиме. Принци­ пиально корректор напряжения состоит из измеритель­ ного органа и усилителя на полупроводниковых трио­ дах. Измерительный орган корректора измеряет напря­ жение на зажимах генератора и сравнивает его с за­ данным.

56

Полученная разность между напряжениями действи­ тельным и заданным служит сигналом, который управ­ ляет полупроводниковым усилителем, питающим обмот­ ку управления дросселя ДУ.

Принципиальная схема корректора напряжения при­ ведена на рис. 19. Измерительный орган корректора со­ стоит из следующих элементов: измерительного транс­ форматора ТИ\ выпрямителя В1, собранного по мосто­ вой схеме; кремниевого опорного диода (стабилитрона) В2\ конденсатора С1\ сопротивлений R l, RS, R9-, крем­ ниевого триода 77.

Первичная обмотка измерительного трансформатора ТИ подключена к зажимам генератора. Вторичная об­ мотка ТИ через выпрямитель нагружена сопротивле­ нием R1 и переменным сопротивлением R2. Изменяя величину сопротивления R2, можно смещать весь диапа­ зон регулирования уставки напряжения.

Для частичного сглаживания пульсаций выпрямлен­ ного напряжения в схеме измерительного органа преду­ смотрен фильтр, состоящий из конденсатора С1 и сопро­ тивления R8. Пульсирующее напряжение конденсатора С1 через стабилитрон В2 поступает на вход триода Т1. Характеристики стабилитрона В2 подобраны так, что он запирает цепь до тех пор, пока напряжение на конден­ саторе Cl (Uz), не превысит напряжения пробоя стаби­ литрона В2 (Ul0), - которое является величиной неиз­ менной.

Таким образом, напряжение Ut конденсатора С1, пропорциональное напряжению генератора, сравнивает­ ся с заданным напряжением, равным напряжению про­ боя. стабилитрона UZo. Если напряжение 0 г на конден­ саторе С1 превысит напряжение пробоя стабилитрона

В2 (£/гс), то в иепи базы триода 77 появится ток, и он откроется. Напряжение на конденсаторе С1 пульсирую­ щее; поэтому при нормальной работе открытие триода происходит в течение коротких промежутков времени в каждый полупериод измеряемого напряжения генерато­ ра. При дальнейшем увеличении измеряемого напряже­ ния £/, увеличиваются импульсы тока базы триода 77, а значит, и импульсы тока в цепи его коллектора.

Статическую систему возбуждения рассчитывают так, чтобы напряжение на зажимах генератора в норчальном режиме всегда было выше напряжения пробоя

57

стабилитрона В2. Измерительный орган корректора из­ меряет напряжение генератора, преобразует превыше­ ние его над заданным напряжением в кратковременные импульсы тока, возрастающие с ростом отклонения из­ меряемого напряжения от заданного, и подает их на вход усилителя.:

Усилитель корректора состоит из следующих элемен­ тов: германиевых триодов ТЗ и Т4\ кремниевого трио­ да 77; выпрямителей ВЗ и В4\ конденсатора С3\ дели­ телей напряжения R11 и R12\ сопротивления R10. Уси­ литель получает питание от обмотки питания корректо­ ра трансформатора Т через выпрямитель В5 питания корректора (рис. «18).

Импульсы выходного тока измерительного органа поступают на конденсатор СЗ (см. рис. 19) усилителя, который заряжается ими и затем разряжается на па­ раллельно включенное сопротивление R10. К зажимам эмиттер — база триода Т2 приложена разность напря­ жений: С/п12, снимаемого с делителя напряжения R12 и вентиля ВЗ, и напряжения Оса конденсатора СЗ. Если напряжение ^сз< ^Ш 2, то на вход триода Т2 поступает напряжение прямой полярности, и он открывается. Та­ кое состояние имеет место при отсутствии сигнала из­ мерительного органа.

При заряде конденсатора СЗ импульсами тока трио­ да 77 его напряжение 11сз увеличивается. Если оно ста­ нет больше t/Ri2, то на вход триода Т2 будет приложе­ но напряжение обратной полярности, и он окажется за­ пертым.

Промежуточный триод усилителя ТЗ включен таким образом, что его входная цепь эмиттер — база является коллекторной нагрузкой триода 77. Если триод 77 от­ крыт, то по его цепи эмиттер — коллектор протекает ток, являющийся одновременно и током базы триода ТЗ. Если же триод 77 заперт, то ток базы триода ТЗ будет отсутствовать, и триод ТЗ окажется запертым.

Если триод ТЗ открыт до насыщения, то по его кол­ лекторной цепи протекает ток, обусловленный напряже­ нием источника питания и сопротивлением R1I. Напря­ жение на зажимах эмиттер — коллектор насыщенного триода ТЗ при этом очень мало (0,2 в). При этом бла­ годаря относительно большому падению напряжения в вентиле В4 (0,6—0,8 в) потенциал базы триода Т4 бу­

58

дет положителен по отношению к потенциалу его эмит­ тера, т. е. на вход триода Т4 будет приложено напря­ жение обратной полярности, и он окажется запертым. Если триод ТЗ заперт, то весь ток пойдет через сопро­ тивление R11, цепь эмиттер — база триода Т4 и откроет его.

Как уже упоминалось, импульсы выходного тока из­ мерительного органа заряжают конденсатор СЗ, кото­ рый затем разряжается на сопротивление R10. При от­ сутствии сигнала измерительного органа на вход трио­ да Т2 приложено напряжение прямой полярности, и этот триод открыт. Ток коллектора триода Т2 служит одновременно и током базы триода ТЗ. Он имеет такую величину, что открывает триод ТЗ до насыщения. .

При насыщении триода ТЗ в цепи его коллектора протекает весь ток, проходящий по сопротивлению R11, а напряжение на зажимах эмиттер — коллектор близко к нулю (0,2 в). При этом вследствие большого падения напряжения в вентиле В4 у базы триода Т4 оказывается положительный потенциал относительно эмиттера, и триод Т4 запирается, а ток в цепи его нагрузки прекра­ щается. Нагрузкой триода Т4 является обмотка управ­ ления дросселя.

Во время заряда конденсатора СЗ импульсами тока коллектора триода Т1 напряжение С/сз>^Ш2, а при его разряде напряжение и& уменьшается. Пока £/сз>^ш2, триод Т2 заперт. Такое состояние длится до тех пор, пока Ucz не станет равным {/ш2. При запирании трио­ да Т2 ток его коллектора, являющийся одновременно и током базы триода ТЗ, исчезнет; триод ТЗ окажется за­ пертым, и весь ток сопротивления R11, проходивший ра­ нее по его коллекторной цепи, пойдет по цепи база — эмиттер Т4, открывая его до насыщения. При полном открытии триода Т4 все напряжение источника питания окажется приложенным к его нагрузке — обмотке управления дросселя ДУ.

При больших импульсах тока измерительного орга­ на конденсатор СЗ заряжается до большего напряжения и соответственно увеличивается время, в течение кото­

дросселя. Таким образом, при больших импульсах тока

59

измерительного органа увеличивается длительность от­ крытия триода Т4 и тем самым длительность воздейст­ вия напряжения па обмотку управления дросселя.

Ввиду быстродействия системы напряжение иа нагрузке усилителя имеет вид прямоугольных импуль­ сов. При увеличении напряжения генератора ширина импульсов увеличивается, а вместе с ней возрастает ве­ личина среднего напряжёния на обмотке управления дросселя. На рис. 20 приведена характеристика вход — выход, т. е. зависимость выходного тока от входного на­ пряжения корректора.

При некотором напряжении генератора, превышаю­ щем 11г0, корректор начинает работать, и в обмотке управления появляется ток коррекции (ток управления),

дит в зависимости от знака изменения, заряд или раз­ ряд конденсатора С2. Ток заряда или разряда приводит к появлению на выходе измерительного органа сигнала, препятствующего изменению напряжения обмотки воз­ буждения, стабилизируя тем самым систему в целом.

Для компенсации отклонений напряжения, обуслов­ ленных изменением сопротивления обмоток измеритель­ ного трансформатора ТИ и характеристик стабилитрона В2 вследствие их нагрева, в измерительный орган кор­ ректора введена цепь с термосопротивлением R7 и обычным сопротивлением R6.

Напряжение каждого из генераторов при автономной работе несколько уменьшается с ростом его реактивной

G0