ЛекцииГМ2

Как видно из схемы (рис. 24.4), при перемещении поршня сервомотора влево (на закрытие регулирующих органов) точка Z рычага H-Z-S через обратную связь перемещается вверх. Вращаясь вокруг точки Н соединения рычага с муфтой центробежного маятника 3, рычаг своим правым концом перемещает тело распределительного золотника 4 вверх, возвращая его в

среднее положение, показанное пунктиром 2.

После нескольких колебаний, по причинам, которые рассматриваются ниже, поршень сервомотора 5 прекращает свое перемещение, и тем самым процесс регулирования заканчивается. Новое установившееся число оборотов окажется при этом, несколько выше первоначального и будет соответствовать

новому положению муфты регулятора.

При набросе нагрузки грузы маятника сходятся, золотник смещается вверх, перепуская масло под давлением в левую полость сервомотора и

соединяет со сливом его правую полость, а поршень будет перемещаться вправо, на открытие.

Обратная связь перестанавливает золотник в среднее положение,

прекращая процесс регулирования. Конечное число оборотов будет несколько ниже первоначального, так как точка Н в конце регулирования окажется

несколько ниже начального положения.

Обратная связь является весьма важным механизмом, устраняющим перерегулирование и обеспечивающим устойчивость регулирования. Общий вид тахограммы, т. е. графической записи аппарата, регистрирующего числа

оборотов перехода от нормальной нагрузки к некоторой разгрузке,

представлен на рисунке 24.5.

значения . Муфта маятника находится в крайнем верхнем положении,

обратная связь, будучи связана с сервомотором и рычагом H-Z-S, сместит тело золотника вверх, но не настолько, чтобы полностью вернуть его в среднее положение, так как nmax остается большим, чем число оборотов nК, которое должно быть, в конце процесса регулирования. Вследствие этого процесс закрытия регулирующих органов продолжается (но уже с меньшей скоростью), а стало быть продолжается дальнейшее уменьшение крутящего момента MТ . Скорость вращения вала турбины уменьшается.

В момент t2 скорость вращения достигнет такой величины, при которой комбинация положения муфты маятника, сервомотора и обратной связи будет такой, что золотник займет среднее положение и тем самым прекратится закрытие регулирующих органов. Образовавшийся к этому времени избыток момента сопротивления MС, вследствие излишнего закрытия регулирующих органов, вызовет дальнейшее понижение скорости вращения. При этом муфта маятника сместится вниз и переставит регулирующие органы – золотник и поршень сервомотора – на открытие. Крутящий момент MТ, развиваемый турбиной, будет расти, а скорость вращения продолжает падать и уменьшаться до тех пор, пока в момент времени t3 крутящий момент и момент сопротивления станут равны между собой.

Открытие регулирующих органов в момент времени t3 достигает величины FК и продолжается дальше, так как в этот момент времени число оборотов будет иметь минимальное свое значение nmin, меньшее чем nК.

В момент времени t4 золотник вернется в среднее положение, но к этому периоду времени образуется избыток крутящего момента MТ, что приводит к дальнейшему увеличению скорости вращения и вместе с этим к закрытию регулирующих органов.

Как видно из рассмотренного, и в данной схеме имеют место в процессе регулирования колебания крутящего момента MТ, число оборотов n и

открытий регулирующих органов F около МК, nК и FК . Однако в отличие от схемы непрямого регулирования, без обратной связи, в данном случае указанные колебания будут затухающие.

Регуляторы скорости, построенные по такой схеме, имеют тот недостаток, что по мере увеличения нагрузки скорость вращения агрегата,

постепенно снижаясь, достигает величины на (10 ÷ 12)% ниже скорости

вращения при холостом ходе, т. е. такие регуляторы имеют довольно

высокую степень неравномерности регулирования (статизма).

Вследствие этого регуляторы непрямого действия с жесткой обратной связью применяются весьма редко. Иногда их ставят для обслуживания

маломощных агрегатов, несущих неответственную нагрузку.

На крупных гидроэлектростанциях, где требуется поддержан скорости

вращения постоянной или меняющейся в небольших пределах (2 ÷ 7)%,

применяются регуляторы скорости непрямого действия, но построенные по

(изодромной) точка Z рычага H-Z-S связана с поршнем сервомотора не жестко, а через особый изодромный механизм, позволяющий ей возвращаться в свое среднее положение в конце процесса регулирования и занимать его в течение всего установившегося режима работы агрегата.

(Изодромный – с греческого равнобегущий).

Рисунок 24.6. Схема непрямого регулятора с гибкой обратной связью

В систему обратной связи такого регулятора введен масляный катаракт

1, а точка Z рычага 2 соединена с пружиной 3, которая во время

установившегося режима работы агрегата остается в свободном состоянии (не сжата и не растянута) и поддерживает точку Z в одном и том же положении.

Катаракт представляет собой цилиндр, наполненный маслом, в котором помещается поршень, имеющий малые дроссельные отверстия. Через эти отверстия масло медленно перетекает из одной полости цилиндра в другую при смещении поршня из среднего положения.

Действие изодромного механизма заключается в следующем. Рас-

сматривая, как и в предыдущих случаях, сброс нагрузки, видим, что в первый момент времени точка Z получает быстрое перемещение вверх и возвращает распределительный золотник в среднее положение. Это происходит потому,

что в начале процесса масло, заключенное в цилиндре катаракта из-за малых отверстий в поршне, не успевает перетекать из нижней полости в верхнюю и поэтому своим давлением увлекает вверх и поршень катаракта, с которым жестко соединена точка Z. Благодаря этому перемещению точки Z пружина изодромного механизма оказывается несколько сжатой. До этого момента, как видно, регулятор работает почти аналогично регулятору с жесткой обратной связью, и скорость вращений вала турбины оказывается несколько повышенной. Затем под действием упругих сил пружины 3 точка Z начинает

медленно перемещаться вниз, соответственно приоткрывая окна распределительного золотника на закрытие, что влечет за собой дополнительное движение поршня сервомотора, а вместе с ним и других регулирующих органов на закрытие.

Таким образом, скорость вращения агрегата начинает медленно

понижаться и приближаться к первоначальной. Медленное перемещение точки Z под действием пружины обусловлено медленным перетеканием масла из одной полости в другую из-за сопротивления в дроссельных отверстиях катаракта. Это перемещение будет происходить до тех пор, пока пружина вновь придет в свободное состояние, т. е. будет не сжата и не растянута. Тогда, как видно из схемы, точка Z рычага 2 придет в конце регулирования в то же положение, как и до процесса регулирования.

Следовательно, прежнее положение займет и муфта Н маятника, т. е. скорость вращения агрегата будет в точности такой, какой была до сброса нагрузки. Аналогично протекает действие регулятора при набросе нагрузки, только перемещения всех механизмов происходят в обратном направлении.

Действие механизмов регулятора было рассмотрено последова-

тельно: вначале действие обратной связи, а затем изодромного меха-

низма, так как это позволяет лучше понять их работу. На самом же деле все перемещения механизмов в процессе регулирования происходят почти одновременно, как бы накладываясь друг на друга. В подавляющем большинстве случаев автоматические регуляторы! скорости для гидротурбин строят по схеме изодромного регулирования.

Качество регулирования, при котором число оборотов агрегата будет неизменным при всех нагрузках в пределах от холостого хода до полной, вообще говоря, чрезвычайно ценно, но не всегда удовлетворяет современным требованиям. В том случае, если данный генератор питает током только одну самостоятельную электрическую сеть, чисто изодромное регулирование, безусловно оправдывает себя самым наилучшим образом.

Однако современные гидроагрегаты и гидроэлектростанции редко работают самостоятельно, питая одну сеть. Обычно на одну общую сеть работает несколько гидрогенераторов или несколько электростанций, т. е., они работают параллельно с другими электростанциями. Эти последние могут быть гидроэлектрическими, тепловыми и газовыми.

Параллельная работа агрегатов выдвигает специальные требования к регулятору: по мере роста нагрузки генератора его скорость вращения должна постепенно падать на небольшую величину! (порядка 2—7%).

Лекция 25.

Параллельная работа гидроагрегатов.

25.1 Виды характеристик регулирования

Параллельная работа нескольких генераторов в общую сеть переменного тока требует, чтобы все двигатели имели одинаковую скорость вращения. Все они должны иметь синхронную скорость вращения, соответствующую заданной частоте, например 50 гц. В этих условиях изменение величины открытий регулирующих органов не приведет к изменению скорости вращения, а лишь к перераспределению нагрузок между параллельно работающими агрегатами.

Каждый регулятор имеет свою характеристику регулирования, которая представляет собой зависимость числа оборотов турбины от ее нагрузки.

Если представить графически зависимость числа оборотов от нагрузки, отложив по оси абсцисс мощности N, а по оси ординат соответствующие числа оборотов n агрегата и если при этом пренебречь нечувствительностью системы регулирования, то получим график в виде некоторой линии, приближающейся к прямой (рисунок 25.1).

Рисунок 25.1. Графическое изображение характеристик регулирования

Для чисто изодромного регулятора характеристика регулирования представляется в виде прямой А – В. Такая характеристика называется

астатической (неустойчивой).

Для регулятора, имеющего некоторую степень неравномерности, характеристика регулирования будет иметь некоторый наклон – линия А' – В'. В этом случае характеристика регулирования называется статической (устойчивой). Величина наклона статической характеристики зависит от степени неравномерности регулятора (статизма).

При помощи механизма изменения числа оборотов характеристика регулирования может смещаться параллельно самой себе в вертикальном

направлении, обычно в пределах ± (6 ÷ 8)% от нормальной скорости

вращения.

На рисунке 25.2 изображены два положения характеристики регу-

лирования А – В и А' – В', которые могут быть получены путем воздействия механизма изменения числа оборотов.

Рисунок 25.2. Смещение статической характеристики регулирования.

работающем агрегате вызывает изменение числа оборотов агрегата.

Так, например, если агрегат работал при мощности N1 = 0,8 NМАХ и

при числе оборотов n1 (точка а на характеристике АВ), то при смещении характеристики в положении А' – В' нагрузка агрегата, работающего на изолированную сеть, остается без изменения, а число оборотов уменьшится до величины n2 (точка б).

То же, смещение характеристики при параллельно работающем

агрегате в сети, вызывает изменение нагрузки на агрегат.

Если агрегат работает на очень мощную сеть и его мощность составляет незначительную долю от мощности всей сети, то работа агрегата перейдет в точку с, лежащую на горизонтали а-с, с тем же числом оборотов n1, но с меньшей мощностью N1.

Если электрическая система обслуживается рядом параллельно работающих агрегатов, то всякое изменение нагрузки каждого агрегата,

выраженное в относительных величинах, будет обратно

пропорционально коэффициентам неравномерности агрегатов. Иными словами, всякое увеличение нагрузки в системе по достижении установившегося режима распределяется между отдельными агрегатами так,

что агрегаты, имеющие меньшую степень неравномерности, берут на себя большую добавочную нагрузку; и наоборот, агрегаты, имеющие большую степень неравномерности, берут на себя меньшую часть добавочной нагрузки.

Для примера сначала рассмотрим параллельную работу двух агрегатов, имеющих характеристики с одинаковой степенью неравномерности, рисунок 25.3.

Рисунок 25.3. График параллельной работы агрегатов с одинаковой степенью неравномерности.

Предположим, что первый и второй агрегаты имеют одинаковую нагрузку, равную N1 и N2, как это изображено на графиках, причем их общее или синхронное число оборотов соответствует линии О1. Общая мощность обоих агрегатов, отдаваемая в сеть,

NI = N1 + N2

При увеличении нагрузки каждый агрегат примет добавочную нагрузку, равную ∆N1 и ∆N2, и общая мощность, отдаваемая в систему,

NII = (N1 + ∆N1) + (N2 + ∆N2)

При этом число оборотов обоих агрегатов несколько понизится, до уровня, соответствующего линии О2.

В том случае, если два параллельно работающих агрегата имеют

различную степень неравномерности, (рисунок 25.4) как изображено на

графиках (линии а1-а1 и а2-а2), то распределение добавочных нагрузок, ∆N1 –

первого агрегата и ∆N2 – второго агрегата не будут одинаковыми. Найдем выражения для их определения.

Рисунок 25.4. Графики параллельной работы агрегатов с неодинаковой степенью неравномерности: а — агрегат № 1; б— агрегат № 2

При увеличении нагрузки число оборотов обоих агрегатов понизится на величину ∆n, соответствующую линии О2 .

Из графиков на рисунке 25.4 имеем

δ1 = ∆n / ∆N1 δ2 = ∆n / ∆N2

где δ1 и δ2 — тангенсы углов наклона характеристик регулирования соответственно первого и второго агрегатов и определяются из уравнений