Министерство образования и науки Украины

ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

А.А. Толстов

УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ СИНХРОННЫХ

ГЕНЕРАТОРОВ

Учебное пособие

Одесса – 2006ББК 31.261-1

Т 52УДК 621.313.332

Толстов А.А. Устройство и эксплуатация судовых синхронных генераторов [Текст]: учебное пособие для курсантов и студентов морских вузов. – Одесса: ОНМА, 2006. – 150 с.

Рецензенты: — Яровенко В.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой электрооборудования судов Одесского национального морского университета;Слободниченко Б.И., к.т.н., доцент кафедры электротехники Академии холода.

Обсуждено и одобрено ученым советом ОНМА в качестве учебного пособия для курсантов (студентов) высших морских учебных заведений направления 0922 «Электромеханика» по дисциплине «СЭЭС» 27 января 2007 г., протокол № 3

© А.А. Толстов, 2006

СОДЕРЖАНИЕ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.................................................................4

ПРЕДИСЛОВИЕ.......................................................................................5

Глава 1. Системы возбуждения бесщёточных синхронных генераторов................................................................................................6

Глава 2. Автоматические регуляторы напряжения и АРН типа FUJI EL.17

Глава 3. Бесщеточный синхронный генератор «Siemens» с системой возбуждения типа THYRIPART............................................................28

Глава 4. Система возбуждения типа ТR бесщеточного синхронного генератора................................................................................................41

Глава 5. Система возбуждения MITSUBISHI с АРН типа VRG-BS7M55

Глава 6. Система возбуждения и регулирования напряжения синхронных генераторов типа BASLER EECTRIC.............................61

Глава 7. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения типа TAIYO.......................................................................72

Глава 8. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения WGSY судовых синхронных генераторов типа GD и GBdm........................................................................................................80

Глава 9. Цифровой тиристорный регулятор напряжения судовых генераторов ЦТРН.................................................................................90

Глава 10. Регулятор напряжения типа ТРН........................................100

Глава 11. Система возбуждения ELIN................................................111

Глава 12. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения STRÖMBERG...................................................................117

Глава 13. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения типа STAMFORD............................................................133

Глава 14. Система возбуждения и АРН типа NISHISHIBA............142

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................148

Список использованной литературы..................................................149

4

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АРН — автоматический регулятор напряжения;АСУ — автоматическая система управления;АСВ — автоматический выключатель генератора;БСГ — бесщеточный синхронный генератор;ГА — генераторный агрегат;ГНВ — генератор начального возбуждения;ГООС — гибкая отрицательная обратная связь;ГРЩ — главный распределительный щит;ДГ — дизель-генератор;EVA — внешняя уставка напряжения (External Voltage Adjuster);Ех — возбудитель (Exciter); КН — корректор напряжения;ОВ — обмотка возбуждения;ОВГ — обмотка возбуждения генератора;ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя;ООС — отрицательная обратная связь;РН — регулятор напряжения;CАРН — система автоматического регулирования напряжения;СГ — синхронный генератор;СИФУ — система импульсно-фазового управления;СЭЭС — судовые электроэнергетические системы;СФК — система фазового компаундирования;ТРН — тиристорный регулятор напряжения;ТР — терморезистор;ТФК — трансформатор фазового компаундирования;ЦПР — цепь параллельной работы.

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое читателю издание представляет собой учебное пособие по дисциплине «Судовые электроэнергетические системы». Назначение ее заключается в том, чтобы дать курсантам, слушателям курсов повышения квалификации судовых специалистов необходимые знания в части автоматических регуляторов напряжения и их элементов.

После издания книг Ю.И. Максимова «Эксплуатация судовых синхронных генераторов» в 1969 и в 1983 г.г. автоматические регуляторы напряжения претерпели большие изменения — от инерционных магнитных схем до быстродействующих тиристорных, транзисторных и цифровых. Автором описаны современные регуляторы напряжения, причем, они представлены как в части устройств – описания, так и в части эксплуатации — устранения неисправностей.

Книга предназначена для курсантов ФЭМ и РЭ, ФА и может быть полезной судовым электроинженерам.

Автор выражает глубокую благодарность курсантам ФА, ФЭМ и РЭ за предоставление судовых инструкций на английском языке по разрабатываемой теме.

Большую помощь в работе над книгой оказали: д.т.н., профессор Власенко А.А., к.т.н., заведующий кафедрой Судовых электрических машин и автоматизированных приводов, профессор Васильев В.Н. и к.т.н., заведующий кафедрой Электрооборудования и автоматики судов доцент Луковцев В.С. Автор выражает им глубокую благодарность.

Рукопись одобрена и рекомендована к печати учёным советом ФЭМ и РЭ в качестве учебного пособия для курсантов 3-6 курсов.

Критические замечания и пожелания и прошу направлять по адресу: Одесса, ул. Дидрихсона 8, «ИздатИнформ».

6

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ БЕСЩЁТОЧНЫХ

СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Системы возбуждения, используемые в настоящее время на судах действующего флота, являются замкнутыми комбинированного типа прямого действия с амплитудно-фазовым компаундированием. В качестве объекта управления в основном применяется надежный бесщеточный синхронный генератор с предвозбудителем или без него.

1.1 Бесщёточный синхронный генераторОдним из основных недостатков при обслуживании судовых синхронных генераторов является наличие щёточно-кольцевого аппарата. Этот узел наиболее изнашивается в процессе работы. Большое количество пыли от угольных щёток загрязняет обмотки, создавая проводниковые мосты между токоведущими частями синхронного генератора и корпусом: ухудшается изоляция генератора, уменьшая срок их службы, требуется внеочередной ремонт с полной разборкой.

Всё это отсутствует у бесщёточных синхронных генераторов. Возбуждение СГ осуществляется небольшим по размерам возбудителем переменного тока, состоящим из трёхфазной обмотки, расположенной на роторе генератора и электромагнитных полюсов, находящихся на статоре рядом со статорной обмоткой основной машины. Обмотка возбуждения возбудителя питается постоянным током от автоматического регулятора напряжения. Трёхфазный переменный ток, генерируемый в роторной обмотке, выпрямляется трёхфазным

7

выпрямителем, расположенным на роторной обмотке возбудителя и поступает на роторную обмотку возбуждения генератора. Выпрямительное устройство бесщёточного генератора состоит из кремниевых диодов, соединённых по трёхфазной мостовой схеме, регулируемого балластного резистора и сглаживающего конденсатора.

Бесщёточный синхронный генератор (рис. 1.1) состоит из следующих компонентов, где:

G — статорная обмотка, выходная;FG — роторная обмотка возбуждения генератора;Si — блок вращающихся кремниевых выпрямителей;E — роторная обмотка возбудителя, выходная;FE — статорная обмотка возбуждения;EVA — внешний реостат задающего напряжения; AVR — автоматический регулятор напряжения (АРН).Статорная обмотка синхронного генератора уложена в пазы

железа статора и представляет собой три обмотки, соединенные звездой.

Конструктивно БСГ объединён с возбудителем переменного тока и вращающимся выпрямительным устройством в один агрегат. Отличительной особенностью БСГ является отсутствие контактных колец и щёток.Возбудитель представляет собой обращённый трёхфазный синхронный генератор, у которого обмотка возбуждения является неподвижной и питается непосредственно от автоматического регулятора напряжения. В некоторых рассматриваемых далее системах возбуждения и регулирования напряжения генераторов (например,“TAIYO”, “MITSUBISHI”) обмотка возбуждения возбудителя состоит из двух частей: основной и управляемой от AРН, что обеспечивает более надёжное начальное возбуждение. Трёхфазная роторная обмотка возбудителя, соединённая звездой подключена к роторной обмотке генератора через трёхфазный блок вращающихся кремниевых выпрямителей, который

8

находится между этими двумя обмотками, ближе к возбудителю, на специально

9

Рис. 1.1. Бесщёточный синхронный генератор

10

смонтированном изоляционном кольце. Кольцо и вентили вращаются вместе с роторами генератора и возбудителя и размещёны на общем валу.

Трёхфазный переменный ток, генерируемый при вращении в роторной обмотке возбудителя, выпрямляется трёхфазным кремниевым выпрямителем, расположенным на роторной обмотке возбудителя, и постоянное напряжение поступает на роторную обмотку генератора. Расположение вращающихся выпрямителей на роторной обмотке возбудителя удобно как для воздушного охлаждения, так и проведения обслуживания и ремонтных работ при проверке и замене вентилей.

В дополнение к кремниевому выпрямителю параллельно выходному напряжению подключается сглаживающий конденсатор и разрядный резистор для предотвращения обмотки возбуждения и конденсатора от пробоя.

Благодаря такой конструкции, исчезает необходимость в контактных кольцах и щётках для подвода тока к обмотке возбуждения генератора. Таким образом, возбудитель совместно с AРН позволяет поддерживать напряжение генератора с заданным отклонением при малых и больших нагрузках и обеспечивает защиту от короткого замыкания. Отсутствие щёточной аппаратуры значительно повышает надёжность БСГ, сокращает трудозатраты на обслуживание ввиду отсутствия угольной пыли на обмотках. Они также могут применяться и на высоких частотах вращения первичных двигателей, чем обеспечивается более надёжное возбуждение.

У БСГ, также как и у обычных синхронных генераторов, имеется демпферная обмотка. Она находится на явных полюсах ротора и имеет вид широких медных шин, соединенных в беличью клетку. Назначением демпферной обмотки является предотвращение колебаний напряжения ввиду резкого изменения нагрузки при параллельной работе генераторов, а

11

также ограничение повышения третьей гармоники напряжения с увеличением нагрузки.

В результате совместных усилий обмоток статора генератора и возбудителя создаётся результирующая магнитодвижущая сила а, следовательно, и поток возбуждения, обеспечивая реакцию ротора и падение напряжения в обмотке статора генератора во всех режимах работы – от холостого хода до номинальной нагрузки.

Возбудитель переменного тока представляет собой обращённый синхронный генератор роторного типа. Ротор установлен на том же валу, что и ротор генератора и представляет собой трехфазную обмотку переменного тока. Нагрузкой возбудителя является обмотка возбуждения статора, поэтому необходим возбудитель переменного тока высокой частоты: чем выше частота, тем больше возбуждение. Однако высокая частота стремится увеличить потери в железе. Так как увеличение числа полюсов пропорционально увеличению частоты, то частота особенно ограничивается при использовании на низкой частоте вращения с точки зрения экономичности конструкции. В основном, для возбудителя переменного тока принята частота 60 Гц.

Кремниевый выпрямитель возбудителя переменного тока. Учитывая электрические и механические свойства, кремниевый выпрямитель для бесщёточного синхронного генератора должен быть высоконадежным, небольших габаритов и массы.

Он состоит из кремниевой части, которая закреплена вертикально на тонкой пластине основания, для надежного контакта пластины, основания и элемента, и питающего провода. Этот силовой тип контакта кремниевого элемента выпрямителя использует свою огромную силу, когда она приложена вертикально вместе с давлением по направлению к пластине основания и проявляет великолепные характеристики, учитывая такие механические недостатки как внешнее давление, центробежная сила, вибрация системы в действии. Все главные

12

части кремниевого элемента типа P-N перехода помещены в кожух, в котором находится инертный газ, на работу которого не влияют окружающие атмосферные условия.

В дополнение к кремниевому выпрямителю параллельно подключены конденсатор и резистор для предотвращения от чрезмерного напряжения обмоток, предохраняя их от пробоя. При сборке вышеупомянутых компонентов FUJI El. произвел тщательную проверку их механической силы и местоположения, минимизируя пространство для установки, добиваясь однородной и эффективной вентиляции.

По габаритам БСГ сохранил те же размеры что и обычные СГ.В настоящее время бесщеточные синхронные генераторы

успешно используются на судах в качестве основных и аварийных источников электроэнергии.

Для предотвращения возникновения токов на валу генератора, появляющихся благодаря разбалансу магнитного сопротивления магнитных цепей, используются изоляторы на боковых крышках, как показано на рис. 1.2. Напряжение на валу для генераторов повышенных напряжений и частот обычно составляет 1 В и менее, и реже несколько вольт. Значение сопротивления

Рис. 1.2. Изоляция вала БСГ от наводящих токов

13

изолятора должно быть 1-3 кΩ. Если масляная пленка с принудительной смазкой местами исчезает, это может привести к поломке подшипника или аварии генератора в целом.

В основном БСГ не требует особых трудозатрат на обслуживание. Достаточно почаще менять фильтры на воздухозаборах.

Таким образом, БСГ обеспечивает максимум надежности при минимуме трудозатрат на обслуживание.

1.2. Элементы системы возбужденияОдним из основных элементов системы возбуждения синхрон

ных генераторов является трёхфазный трёхобмоточный трансформатор TWT (рис. 1.3). Этот трансформатор разработан для:

получения тока возбуждения, необходимого генератору для выработки номинального напряжения на холостом ходу и под нагрузкой;

поддержания постоянного значения номинального напряжения путём компенсации падений напряжения, возникающих в генераторе в соответствии с векторной диаграммой;

подпитки обмотки возбуждения генератора суммарным током, выпрямленным главным выпрямителем.

Конструктивно трёхфазный трансформатор представляет собой систему из трёх обмоток со стальным Ш-образным сердечником, имеющим обмотки напряжения и тока. Уменьшенный размер сердечника используется для получения более упрощённой конструкции. Обмотки размещены таким образом, что воздушное пространство между проводами настолько мало, насколько возможно и таким образом в большой степени улучшает эффективность отвода температуры. Кроме того, поверхность изоляции сконструирована так, что площадь незащищённой поверхности на открытом пространстве увеличена и как результат – уменьшение колебаний температуры на поверхности изоляции. В

14

результате местный перегрев внутри обмоток устраняется, что увеличивает надёжность.

Главный выпрямитель MR разработан для выпрямления выходного тока трёхфазного трансформатора, питания обмотки возбуждения генератора и использует кремниевый элемент выпрямления. Он защищён от обратного напряжения путём применения конденсатора C, описанного ниже так же, как и сам эффект хранения заряда этим конденсатором.

Реактор переменного тока L подсоединяется на фазные клеммы параллельно статорной обмотке генератора и предназначен для сдвига вектора тока холостого хода относительно напряжения генератора на угол, равный примерно 90° в сторону отставания.

15

Рис.

1.3

. При

нцип

иаль

ная

схем

а си

стем

ы в

озбу

жде

ния

и ре

гули

рова

ния

16

Конструкция реактора такова, что величина зазора может быть легко выставлена для получения необходимого значения. Замыкающая секция построена так, что в соответствии с результатами испытаний при работе с высокой температурой, величина зазора, изменённая ухудшением изоляции, может быть успешно компенсирована. Обмотка катушки должна непосредственно проходить вокруг железного сердечника, таким образом, высокая температура в достаточной степени передаётся железному сердечнику. В проекте то же самое рассмотрено относительно изоляции. Результат состоит в том, что реактор имеет компактный размер и обеспечен достаточной индуктивностью, требуемой регулятором.

Вся конструкция в целом пригодна к работе в виде, разработанном для предотвращения появления прогибов и деформаций.

Результаты испытания на вибрацию доказывают, что устройство практически несмещаемо.

Блок конденсаторов С. Этот тщательно подобранный блок конденсаторов позволяет возникать резонансу в цепи реактора переменного тока и конденсатора. Поэтому на ток возбуждения в генераторе практически не влияют изменения значений сопротивления при повышении температуры в цепи возбуждения.

Соответственно, напряжение генератора устойчиво и не колеблется при изменениях температуры. Это позволяет чрезвычайно легко поддерживать напряжения на постоянном уровне, когда генератор запущен и нет необходимости предвозбуждать генератор, у которого небольшой остаточный магнетизм. В результате получаем возможность поддерживать постоянное значение вырабатываемого напряжения. В целом для выпрямительных цепей, имеющих большие значения индуктивности на входе и выходе, вырабатываемая выходная кривая (синусоида) напряжения искажена, что препятствует управлению напряжением через тиристор. Однако при установке

17

конденсатора в цепь выпрямителя, форма кривой напряжения формируется таким образом, что обеспечивается устойчивый контроль изменения переменного напряжения. Конденсатор имеет малые габариты и размеры так, что внутренние потери сведены к минимуму — отклонение температуры на 10 °С ниже, чем у других конденсаторов. Что касается конструкции, особое внимание уделено варианту комплектации, в котором монтажная площадка и клеммная колодка расположены таким образом, что конденсатор может удовлетворительно работать при качке и вибрации судна.

Внешний реостат уставки напряжения EVA используется в качестве задатчика эталонного напряжения, с которым сравнивается текущее напряжение генератора. В целом, заданное напряжение устанавливается в диапазоне ±5 % от номинального значения и регулируется внешним резистором, имеющим следующие данные: сопротивление R=1,5 kΩ, мощность 2 KW.

Питающий трансформатор PT предназначен для питания цепей AРН. Он удовлетворяет предъявленным требованиям к питанию цепей управления и стандартизирован.

Компенсатор уравнительного тока используется при работе генератора в параллели. Он состоит из: компенсационного токового трансформатора ССТ и разностного токового трансформатора DCT, резистора CCR и нормально замкнутого контакта автоматического выключателя ACB. Данный контакт размыкается при включении на параллельную работу второго генератора. Таким образом, наличие обмотки DCT AРН2, у подключённого в параллель генератора, обеспечивает равномерное распределение реактивной нагрузки между генераторами.

Шунтовой резистор RS является регулируемым реостатом для использования в шунтирующей цепи тиристора, установленного в выходной цепи трёхфазного трансформатора.

18

Контрольные вопросы1. Из каких элементов состоит система возбуждения СГ?2. Как обеспечивается первоначальное возбуждение СГ?3. Устройство и назначение реактора и блока конденсаторов.4. Устройство и назначение трехобмоточного трансформатора.5. Какая электрическая цепь обеспечивает распределение

реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами?

19

ГЛАВА 2.АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

И АРН ТИПА FUJI EL.

Для повышения точности регулирования напряжения в системах фазового компаундирования применяются автоматические регуляторы напряжения. При изменении нагрузки генератора необходимая коррекция компенсирует влияние магнитного насыщения генератора, гистерезис и температурные изменения сопротивления обмоток. Как показывают испытания генераторов (рис. 2.1), в системе возбуждения с АРН после наброса нагрузки наблюдается улучшение переходного процесса, т.е. уменьшается время восстановления напряжения.

Рис. 2.1. Осциллограмма наброса нагрузки на синхронный генератор с системой возбуждения и корректором напряжения, cosφ = 0,8

2.1 Требования, предъявляемые к системам возбуждения и АРНК судовым системам возбуждения СГ предъявляются более

жёсткие требования, чем к промышленным. Объясняется это ограниченными мощностями судовых синхронных генераторов,

20

изменениями напряжения и частоты, соизмеримыми с мощностью генераторов нагрузок. Они должны иметь повышенную эксплуатационную надёжность, малые габариты, водозащищённое исполнение, достаточную точность и т.д.

Кроме этого, генерирующие агрегаты с АРН должны вырабатывать электроэнергию требуемого качества и количества. Под этим необходимо понимать, прежде всего, поддержание напряжения и частоты в заданных пределах.

Существующие «Правила класифікації та побудови морських суден» предусматривают следующие требования (том IV, часть XI, 10, 6.2).

1. Каждый генератор переменного тока должен иметь отдельную независимую систему для автоматического регулирования напряжения.

2. Генераторы переменного тока должны иметь системы автоматического регулирования напряжения, которые обеспечивают поддержание напряжения в пределах ±2,5% (аварийные генераторы — до 3,5%) от номинальной при изменении нагрузки от ноля до номинальной при номинальном коэффициенте мощности

3. Генераторы переменного тока должны иметь достаточный резерв возбуждения для поддержания в течение 2 мин, номинального напряжения с точностью 10% при перегрузке генератора током, равным 150% номинального и коэффициенте мощности равном 0,6.

4. Внезапное изменение симметричной нагрузки генератора, включаемого при номинальной частоте вращения и номинальной нагрузке, при имеющемся току и коэффициенте мощности, не должно вызывать понижения напряжения ниже 85% и повышения более 120% от номинального значения. После окончания переходных процессов напряжение генератора должно восстанавливаться в течение не более 1,5 с и с отклонением от номинального значения в пределах ±3%.Для аварийных агрегатов

21

эти значения могут быть увеличены по времени до 5 с и по напряжению до ±4% от номинального. В случае отсутствия точных данных о максимальной внезапной нагрузке, которая включается на уже нагруженный генератор, можно использовать нагрузку величиной 60% номинального тока с индуктивным коэффициентом мощности 0,4 и меньше, которая включается на холостом ходу и потом выключается. При этом частота вращения должна быть в пределах обусловленных в 2.11.3 части IX «Механизмы».

5. Для генераторов переменного тока отклонение от синусоидальной формы напряжения не должно превышать 5% от пикового значения основной гармоники.

6. Генераторы переменного тока, предназначенные для параллельной работы, должны обеспечиваться такой системой компенсации реактивного падения напряжения, чтобы во время параллельной работы распределение реактивной нагрузки между генераторами не отличалась от пропорциональной их нагрузки более, чем на 10% номинальной нагрузки наибольшего генератора.

7. Генераторы переменного тока вместе с системами возбуждения и автоматическими регуляторами напряжения при коротком замыкании должны выдерживать трехразовый номинальный ток в течение времени 2 с.

Автоматический регулятор напряжения работает по принципу отклонения регулируемой величины (напряжения) от заданного значения и состоит из: измерительного органа, усилителя и регулирующего элемента. Применяются различные схемы и устройства АРН: электромагнитные, цифровые и на полупроводниковых элементах. В зависимости от системы возбуждения генератора выходной сигнал АРН поступает на обмотку возбуждения возбудителя FE1, дополнительную обмотку возбудителя FE2, на обмотку управления трансформатора фазового

22

компаундирования — обмотку управления ТФК или на обмотку управления дросселя отсоса и т.п.

2.2 Устройство и назначение основных блоков АРНВ последнее время в АРН в качестве управляющего органа

используются тиристоры. Тиристорные регуляторы напряжения с БСГ обеспечивают более точное регулирование напряжения ±1% Uн при cos φ = 0,8, при статизме регулирования не более ±3% и изменении нагрузки от 0 до 100% (см. рис. 2.1).

На рис. 2.2 представлена функциональная схема тиристорного регулятора напряжения.

Рис. 2.2. Блочная схема тиристорного регулятора напряжения: G — гене-ратор; D — определитель ΔU = ±(Uтек – Uзад); EVA — внешний задающий реостат напряжения (Uзад); PID — усилитель; PF — фазосдвигающий блок (Pulse Phase); PA — усилитель фазных импульсов (Pulse Amplifier); Tr — тиристор; OV — защита от перенапряжения; FG — обмотка возбуждения генератора

Текущее напряжение генератора Uтек и заданное напряжение Uзад от внешнего реостата напряжения подаются на определитель D, где получаем разницу напряжений ΔU, равное:

ΔU = ±(Uтек – Uзад).

Эта величина, равная 1 - 5 В, усиливается PID-усилителем и от него поступает на фазосдвигающий блок, определяющий фазу и угол открытия тиристора. Блок PA усиливает полученный сигнал и подаёт его на управляющий электрод тиристора. Поступающее

23

напряжение на обмотку возбуждения генератора FG будет зависеть от угла открытия тиристора.

Защита от перенапряжения, например, при коротком замыкании, обеспечивается блоком OV (Overvoltage). В этом случае тиристор полностью открыт, чем исключается возможность возбуждения генератора.

Системы прямого фазового компаундирования успешно используются на современных судах. Они обеспечивают достаточно высокую точность регулирования Ur от 2,5 % до 1 %. Среди них: Siemens, Mitsubishi, Fuji, Basler, Taiyo, Stamford, Nishishioba, Cosimat-N+ и др.

Кроме поддержания стабильности Ur, системы автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов, предназначенных для параллельной работы, должны обеспечить распределение реактивной нагрузки между ними соответственно мощностям каждого из них с точностью 10 % от номинальной мощности данного генератора. Такое регулирование должно иметь место при нагрузках от 20 до 100 % номинальной.

Для систем со статическими характеристиками автоматического регулирования напряжения распределение реактивной нагрузки будет зависеть от наклона внешних характеристик. Для оценки неравномерности распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами, имеющими различный статизм регулировочных характеристик (без учета нелинейности), составляющая тока любого генератора может быть определена по формуле:

,

где Iг.р.1, Iг.р.2, … Iг.р.n — реактивная нагрузка, соответственно 1-го, 2-го, ... n-го генераторов; kс1 kс2, … kсn — коэффициенты статизма их регулировочных характеристик.

24

Из формулы видно, что при статических характеристиках регулирования, реактивная нагрузка распределяется между генераторами обратно пропорционально коэффициентам статизма: чем меньше статизм системы регулирования, тем большую часть приращения суммарного реактивного тока генераторов он компенсирует.

2.3 АРН типа FUJI El.В качестве примера рассмотрим АРН фирмы FUJI ELECTRIC.

Корректор имеет множество модификаций, зависящих как от количества тиристоров, так и от количества обмоток возбуждения генератора, различных трансформаторов и схем их подключения в системе возбуждения. Предлагаемый АРН состоит из следующих цепей (рис. 2.3):

определителя отклонения; источника напряжения; PID-усилителя; контроля синхронизации; контроля фазировки; главного тиристора.

Рис. 2.3. Блок-схема АРН

25

Цепи определителя отклонения, PID-усилителя и контроля фазировки объединены в одну печатную плату и вложены в корпус с питающим трансформатором PT1 и главным тиристором.

Закон PID-регулирования, согласно которому функционирует АРН, выражается следующей формулой:

,

где k — коэффициент пропорциональности; Ti, Td — постоянные времени интегрирования и дифференцирования, соответственно.

Блок определителя отклонения формирует дифференциал между входным напряжением Uтек, преобразованным в постоянное напряжение соответствующего значения, который является пропорциональным напряжению генератора, и заданным напряжением Uзад, которое не зависит от напряжения генератора UG и является заданным значением напряжения генератора:

ΔU = ±(Uтек – Uзад).

Соотношение между напряжениями UG, Uтек, Uзад и ΔU показано на рис. 2.4.

Рис. 2.4. График соотношения напряжений

26

Основной частью PID-усилителя является операционный усилитель. Отклонение сигнала ΔU усиливается операционным усилителем этого контроллера и усиленный сигнал разницы ΔU' преобразуется в единственный контролируемый импульс в цепи управления углом открытия тиристора.

Автоматический регулятор напряжения включает в себя две печатные платы и тиристор. Одна из печатных плат содержит PID-усилитель, разработанный для подачи сигналов в цепь фазового сдвига в случае отклонения напряжения генератора от заданного значения. После усиления цепь фазового сдвига будет питать входные тиристорные цепи соответствующей фазы, используя выход напряжения генератора как вход, а пульсирующий усилитель служит для увеличения сигнала на выходе этой цепи.

Рис. 2.5. Эпюры управления тиристором

Другая печатная плата содержит выпрямитель, разработанный для выпрямления тока генератора, и цепи защиты от перенапряжения для управления током короткого замыкания, протекающим, когда генератор короткозамкнут.

Выходная цепь трёхфазного трансформатора включает цепь возбуждения и цепь короткого замыкания, которые установлены параллельно. Шунтирующим током управляет АРН.

27

В цепи определителя переменный резистор R17 (рис. 2.6) регулирует уставку АРН. В случае нестабильного выходного напряжения необходимо вращать R17 по часовой стрелке до появления стабильного выходного напряжения генератора. При помощи переменного резистора R1 также можно регулировать напряжение генератора на входе определителя, но с меньшей точностью.

PID-усилитель предотвращает колебания напряжения генератора при помощи резистора R1. Переменные резисторы R4, R7 , R10, R34 и R36 не должны регулироваться.

Напряжение ΔU = ±(Uтек – Uзад), усиливается PID-усилителем, представляющий собой одновременно компаратор и усилитель Q1,

28

Рис.

2.6

. Авт

омат

ичес

кий

регу

лято

р на

пряж

ения

фир

мы F

UJI

ELE

CTR

IC

29

выход с которого поступает на узел определения фазы, который синхронизируется с пилообразным напряжением сети для подачи импульса на управляющий электрод тиристора в соответствии с фазой пилообразного напряжения генератора в каждой его фазе. Степень открытия угла α будет зависеть от входного напряжения генератора UG , поступающего на вход, клеммы: R1, S1, T1.

Задающее напряжение регулируется внешним реостатом EVA уставки напряжения. Цепь параллельной работы подключена к выводам l и k, которые связаны с трансформаторами параллельной работы ССТ и DCT. Управляющие импульсы поступают на управляющие электроды G1, G2 тиристоров SCR1, SCR2, связанные с обмоткой управления возбудителя 3А, 4А. Чем больше напряжение генератора на входе корректора напряжения, тем больше будет угол открытия тиристоров и тем меньше будет управляющий ток возбуждения возбудителя. Цепь питания через тиристоры питает обмотку управления возбудителя, которые включаются в зависимости от величины напряжения генератора. Таким образом, АРН управляет шунтирующим током.

При конструировании АРН используются два различных типа корпусов: первый — водозащищённый монтаж схемы, второй — блочно-панельный монтаж. В случае блочно-панельного монтажа базовая конструкция идентична с первой за исключением кабельных соединений. Усилитель постоянного тока (Micropak), в котором интегральная схема для усиления постоянного тока и RC-цепь для стабилизации тока объединены и установлены в цепи контроля напряжения. AРН в дополнение ко многим другим достоинствам обеспечивает более устойчивый контроль напряжения и большую точность по сравнению с упрощённой схемой, имеет небольшие габариты и жёсткую конструкцию.

Обычно АРН, внешний реостат уставки EVA, питающий трансформатор РТ и устройство параллельной работы устанавливаются на ГРЩ, в то время как другие элементы

30

системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения установлены в водозащищенной клеммной коробке сверху на СГ.

Автоматический регулятор напряжения фирмы FUJI ELECTRICS удовлетворяет всем требованиям по точности регулирования напряжения генератора, предъявляемым к устройствам подобного типа и успешно используются на судах иностранных компаний.

Контрольные вопросы1. По какому закону регулирования действует АРН?2. Блок-схема ТРН, назначение основных цепей.3. АРН типа FUJI El:состав и работа.

31

ГЛАВА 3. БЕСЩЕТОЧНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

«SIEMENS» С СИСТЕМОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯТИПА THYRIPART

Бесщеточный синхронный генератор состоит из собственно генератора и возбудителя. Роторная обмотка возбуждения генератора питается от роторной трехфазной обмотки возбудителя через вращающийся трехфазный выпрямительный мост. Стационарная статорная обмотка возбуждения возбудителя в свою очередь питается от статической системы возбуждения.

Устройство возбуждения и тиристорный регулятор напряжения составляют систему возбуждения THYRIPART.

Когда БСГ работает, результирующее магнитное поле индуцирует напряжение в статорной обмотке генератора. Часть этой генерируемой энергии шунтируется к ОВВ благодаря тиристору, проходя через систему возбуждения. Схема, представляющая возбуждение, образует замкнутый контур управления шунтирующим устройством и импульсно-фазовое управление тиристором.

Состав. Принципиальная схема БСГ с системой возбуждения THYRIPART (рис. 3.1) состоит из:

G1 — синхронного генератора; G2 — возбудителя — обращенной синхронной машины, у

которой индуктор неподвижен, а обмотка переменного тока вращается. Синхронный возбудитель представляет собой электрическую машину с фазным ротором, работающую в режиме синхронного генератора;

А1 — ТРН с силовым модулем;

32

С — блока конденсаторов;

Рис. 3.1. Принципиальная схема соединений системы возбуждения и регулирования THYRIPART

L — реактора, предназначенного для сдвига тока холостого хода генератора относительно его напряжения на угол, близкий к 90° в сторону отставания;

RR — вращающегося выпрямителя (rotating rectifier); TWT — трёхобмоточного трансформатора; EVA — внешнего реостата задающего напряжения

генератора; СТ — измерительного токового трансформатора для

измерения нагрузки генератора; V22 — главного тиристора;

33

V102 — силового модуля; R101 — последовательного резистора; V101 — вспомогательного тиристора; Х1, Х2, Х4, Х40 — контактных разъемов ТРН.Схемы соединений основных компонентов системы

возбуждения Siemens – THYRIPART имеют несколько модификаций, где ТРН имеет свой силовой модуль. Модификации отличаются наличием у последнего промежуточных трансформаторов в цепи выходной обмотки TWT.

Принцип действия. Система возбуждения представляет собой систему амплитудно-фазового управления возбуждением синхронного генератора, которое обеспечивается компаундирующим трансформатором тока — СТ, пропорционально току нагрузки. Напряжение генератора сравнивается с заданным напряжением. Управляющий сигнал для открытия тиристора формируется в зависимости от вида пилообразного напряжения, получаемого после сравнения и усиления напряжения генератора. Результирующий ток возбуждения, чья интенсивность слегка выше, индуцируется в номинальное напряжение генератора. В этом случае ТРН неактивен: выходное напряжение генератора зависит только от тока возбуждения возбудителя, регулируемого током нагрузки.

ТРН обеспечивает напряжение требуемой величины, регулируя изменение тока возбуждения при помощи угла открытия тиристора в шунтирующей цепи. Трехфазный вспомогательный возбудитель, преобразуя механическую энергию в электрическую, повышает энергию возбуждения примерно в 20 раз. Эта энергия поступает на обмотку возбуждения генератора, проходя через вращающийся диодный мост (RR). В этом случае ток возбуждения при низком его значении регулируется ТРН.

На рис. 3.2 представлена блочная схема ТРН. Она состоит из: модуля регулирования, RM — regulating module;

34

модуля управления тиристорами с обратной связью, FM — firing module;

силового модуля, PM — power module.Модуль регулирования в свою очередь состоит из: блока силовых выпрямителей, RB — rectifier block — 1; компаратора текущего и заданного значений напряжений

генератора — 2; блока питания компонентов модулей — 3; усилителя выходной величины компаратора — 4.

Рис. 3.2. Блок-схема РН

Работа. Трехфазное напряжение генератора, снимаемое с клемм 17, 18 и 19, поступает на блок выпрямителей 1, выпрямляется, сглаживается и поступает на вход компаратора 2 (клеммы 20, 22). Этот входной сигнал представляет собой величину, пропорциональную текущему напряжению генератора — Uтек. Через клеммы 20, 21 на вход компаратора поступает сигнал, пропорциональный заданному значению напряжения генератора — Uзад. Результирующий сигнал от двух напряжений Uтек и Uзад в виде пилообразного напряжения поступает на вход усилителя 4, представляющего собой PID-регулятор. Для настройки уровня усиления используют имеющиеся

35

потенциометры K и T. Усиленный сигнал поступает на вход модуля управления тиристорами. Таким образом, назначение модуля регулирования ТРН является:

формирование сигнала, пропорционального текущему значению напряжения генератора Uтек;

формирование и регулировка при помощи EVA сигнала заданного значения напряжения генератора Uзад;

сравнение этих двух сигналов и определение величины разности —∆U;

усиление величины этой разности; питание всех компонентов ТРН.Модуль управления тиристорами состоит из: блока управления тиристорами, представляющего собой

систему импульсно-фазового управления, работа которого зависит от дифференциала текущего и заданного значений напряжений генератора;

блока защиты от перенапряжений, более 600 В между клеммами 1 и 5, обеспечивающего открытие тиристора 7;

главного тиристора. В зависимости от потенциала компаратора 2, усилитель 4

может дать дополнительный импульс постоянного тока. Ток возбуждения в нормальных условиях обеспечивается одним импульсом. Если требуется форсировка возбуждения, ТРН формирует подряд два импульса.

Силовой модуль ТРН состоит из: трехфазного выпрямителя V102; вспомогательного тиристора V101, управляемого главным

тиристором V22.В нормальном режиме, когда напряжение генератора равно

номинальному значению, ТРН не работает. Оба тиристора закрыты, и ток возбуждения регулируется только током нагрузки. В случае понижения напряжения генератора вследствие высокой

36

нагрузки включается в работу ТРН, и угол открытия тиристоров будет зависеть от величины разности напряжений:

∆U = ±(Uтек − Uзад).

Тиристорный регулятор напряжения представлен на рис. 3.3. Он получает напряжение от синхронного генератора через разъемы Х1/1 и Х1/3. Это напряжение поступает на понижающий трансформатор Т1 и выпрямляется на диодном мосту V1 – V4. Постоянное напряжение от выпрямителя, примерно 30V, является пропорциональным текущему напряжению генератора. Второе напряжение, задающее, поступает от внешнего реостата EVA (разъемы Х2/1, Х2/3) и более точно регулируется потенциометром U. Эти два постоянных напряжений поступают на компаратор С, где они усиливаются, и выходной сигнал в виде пилообразного напряжения поступает на вход усилителя А

Рис. 3.3. Тиристорный регулятор напряжения

Потенциометр K используется для регулировки коэффициента усиления контроллера, а потенциометр T — для регулировки времени цикла, тогда как потенциометр R47 используется в цепи сравнения управляющего усилителя для регулирования динамического режима.

Вращая ручку K в направлении уменьшения чисел и ручку T в направлении увеличения чисел, стабилизируем управляющее

37

напряжение и уменьшаем номинальное значение напряжения генератора.

Выход с РА (Pulse Amplifier) находится в цепи управляющего электрода главного тиристора V22, управляющего вспомогательным тиристором V101, шунтирующим часть силового выпрямителя V102 обмотки возбуждения возбудителя.

OV (overvoltage) обеспечивает защиту от перенапряжения.ТРН имеет пять регулировочных потенциометров: U, К, Т, R17

и S. Номинальное напряжение генератора регулируется потенциометром U, а динамический режим — потенциометрами K, T и R47.

На холостом ходу генератора ТРН регулирует напряжение в соответствии с его текущим значением. Частота при этом изменяется в соответствии с наклонной характеристикой первичного двигателя вне зависимости от точности выходного напряжения генератора.

Составной частью регулятора является частотный модуль. Через разъём Х40/3 положительное или отрицательное дополнительное напряжение Usеt supp. поступает от высоковольтной цепи или изменяемой частоты частотного модуля. Отношение между Uген и Usеt supp. примерно следующее:

,

где R18 измеряется в кОм.Цепь параллельной работы БСГ необходима при работе в

параллели с другим генератором. Активная мощность генератора регулируется при помощи регулятора первичного двигателя. Скоростная характеристика первичного двигателя должна быть линейной и статизм должен составлять от 3% до 5% (рис. 3.4) между напряжениями генератора при номинальной нагрузке и холостым ходом.

38

,

где δ — статизм; UH — напряжение номинальной нагрузки; UX.X. — напряжение при холостом ходе.

Параллельное соединение обмоток возбуждения или цепей параллельной работы (контакты S1/1) обеспечивает равномерное распределение реактивной нагрузки и уменьшает напряжение генератора в прямой пропорции к увеличению реактивного тока.

Рис. 3.4. Внешние характеристики генератора и AVR

Реактивную мощность, измеряемую трансформатором тока в цепи параллельной работы, можно регулировать при помощи потенциометра S контроллера таким образом, чтобы номинальное напряжение генератора не изменялось при cos φ = 1, а при cos φ = 0 статизм мог доходить до 6 % (рис. 3.5). Соответствующее изменение напряжения при обычном cos φ = 0,8 составит 3,6 %.

39

Рис. 3.5. Диаграмма определения статизма регулятора напряжения

При одиночной работе генератора цепь параллельной работы не задействована. Это обеспечивается шунтированием вторичной обмотки трансформатора тока или установкой потенциометра S в крайнее левое положение. При одиночной работе генератора на любых нагрузках отношение между реактивной нагрузкой генератора In, номинальным током генератора I и статизмом регулирования определится по формуле:

При cos = 0,8 отношение In/I=1, тогда

.

Эту величину можно регулировать с помощью потенцио-метра S.

Таким образом, статизм системы регулирования может достигать величины 3-5 %.

Типичная характеристика AVR бесщёточного синхронного генератора показана на рис. 3.6.

40

Рис. 3.6. Внешняя характеристика AVR

На рис. 3.4 внешние характеристики генератора на холостом ходу (1) и полной нагрузке (2) пересекаются с характеристикой AVR в точках C и E. Предположим, генератор работает в режиме холостого хода. При этом напряжение генератора будет представлено как U0 , а ток возбуждения — iC. При увеличении нагрузки, внешняя характеристика генератора будет смещаться по кривой АВ.

Допустим, ток возбуждения не может увеличиться выше точки iC, напряжение генератора упадёт до значения UL. AVR, контролирующий ток возбуждения, обнаруживает малейшие изменения в напряжении генератора, вызванные увеличением нагрузки, и увеличивает ток возбуждения до отметки iD, чтобы получить разницу с номинальным напряжением, равную нулю, поддерживая выходное напряжение генератора в точке D.

Таким образом, независимо от увеличения либо уменьшения нагрузки, напряжение генератора всегда поддерживается в определённой точке на кривой АВ.

Если кривая AB перпендикулярна к ординате напряжения, ∆U достигает нуля и регулирование напряжения не происходит, так как в этом нет необходимости. С другой стороны, чем меньше угол кривой AB с ординатой напряжения, тем больше диапазон регулирования напряжения.

41

Кривую, соответствующую внешней характеристике AVR также можно изменять и она будет иметь другие углы наклона с ординатой. Это можно осуществить при помощи регулировочных потенциометров ТРН.

При различных нагрузках регулирования мы будем иметь семейство кривых, относящихся к внешним нагрузкам генератора. При этом характер изменения тока возбуждения генератора будет пропорциональным и углу и нагрузке.

Точность поддержания напряжения бесщеточных синхронных генераторов типа “Siemens” составляет примерно ±1 %. Тем не менее, для параллельной работы с целью повышения стабильности при распределении реактивной нагрузки, генераторы отрегулированы таким образом, чтобы напряжение не могло понизиться на ±3 % при номинальных значениях нагрузки и коэффициенте мощности cos φ при наличии цепи параллельной работы в схеме ТРН.

Приведенная схема позволяет регулировать Uг в заданных пределах. Конструкция и регулировка синхронного генератора, возбудителя, системы возбуждения позволяет регулировать напряжение регулятора в пределах ± 5 % от его номинального значения при помощи потенциометра U при стабильных условиях и в условиях изменения нагрузки от холостого хода до номинального значения при cos  = 0,8.

Точность поддержания напряжения у генератора при одиночной работе или в параллель составляет ±1,8 % его номинального значения, что соответствует требованиям международных морских инспекций.

Система возбуждения и автоматического регулирования Siemens – Thyripart широко используется на вновь строящихся судах для Германии под наблюдением Germanische Lloyd.

Возможные неисправности сведены в таблицу 3.1.

42

Таблица 3.1. Возможные неисправности и их причины

Неисправность Причина1. Прерывание цепи возбуждения:

UГ < UН

Проверить разъёмы Х2, Х6 и Х7 на выпрямителе и реакторе

2. Прерывание истинного значения входного напряжения контроллера: UГ > 1,1UН

Проверить разъём Х1 и концы между V и W.

3. Перемычка АВ на плате: замкнута (EVA не работает); Разомкнуть АВ разомкнута (UГ > 1,1UН) Замкнуть АВ без

регулирования EVA4. Цепь параллельной работы не

действует (не пропорциональное распределение нагрузки)

Отрегулировать при помощи потенциометра S

5. Обрыв или к. з. между ЦПР и АРН (не пропорциональное распределение активной нагрузки)

Устранить к.з., проверить СТ и разъем Х2

6. Резистор R48 в цепи обратной связи не отрегулирован (колебания напряжения генератора и тока)

Отрегулировать R48

Таблица 3.2. Обслуживание

Ежедневное: 1. Проверка работы подшипников: наличие смазки; отсутствие посторонних шумов, вибрации,

повышенных температур.2. Проверка электрических цепей:

замер сопротивления изоляции щитовым мегомметром.

3. Проверка параметров генератора и сети: напряжения, частоты, распределение

активной и реактивной мощностей.Ежемесячное: 1. Проверка сопротивления изоляции переносным

мегомметром. Критическое значение сопротивления изоляции определяется по формуле:

МОм/кВ.

43

Для генераторов с напряжением 440 В: Rиз.кр.=0,22 МОмПримечание: перед замером сопротивления изоляции отсоединить провода от ТРН.

2. Проверка наличия вентиляции, чистка или замена фильтров.

Каждые 6 месяцев:

1. Замена масла и промывка подшипников.2. Чистка генераторов, продувка воздухом.3. Проверка электрических соединений, поджать,

если необходимо.4. Проверка статического возбудителя, всех

соединений, продувка сжатым воздухом, чистка составом при помощи пульверизатора.

Рис. 3.7. Печатные платы модулей и АРН в сборе

На рис. 3.7 представлены печатные платы модулей и АРН в сборе.

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения THYRIPART.2. Устройство АРН.

44

3. Принцип действия АРН.4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения THYRIPART.

45

ГЛАВА 4.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ ТИПА ТR

БЕСЩЕТОЧНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Хорошо известно, что компаундная система возбуждения, имеющая кремниевые выпрямители, широко используется для судовых синхронных генераторов.

Это объясняется её преимуществами: нет необходимости в уходе и инспекции коллектора возбудителя постоянного тока и замене щеточно-кольцевого аппарата. В последние годы, однако, бесщёточные синхронные генераторы, которые свободны от ухода и инспекций генераторных щеток, не говоря о вышесказанном уходе и инспекциях, являются более предпочтительными в смысле трудозатрат и совершенствования судов.

Единственным недостатком БСГ является ненадёжная работа возбудителя, находящегося на вращающемся роторе. Проблема состоит в медленном возбуждении системы, представленной здесь, которая, в свою очередь, состоит из:

возбудителя переменного тока Ex; цепи шунтирования тиристором, который связан с обмоткой

возбуждения возбудителя; автоматического регулятора напряжения AVR, включая

простой, но всё же надёжный операционный усилитель для управления упомянутой цепи шунтирования.

Рис. 4.1 показывает электрическую схему СГ с системой возбуждения

Возбудитель имеет отличные рабочие характеристики регулирования напряжения, восстановления напряжения и

46

подпитки при коротком замыкании, подобно обычному самовозбуждающемуся СГ с компаундным возбудителем.

Рис. 4.1. Принципиальная схема системы самовозбуждения типа TR бесщеточного синхронного генератора

Часть возбуждения в этой схеме поступает от выходного напряжения генератора на реактор X и далее на обмотку напряжения трехобмоточного трансформатора фазового компаундирования TWT. Первичная обмотка CW является токовой. Для лучшего возбуждения СГ в схеме использован блок конденсаторов ЗС, который совместно с реактором X обеспечивает резонансный контур, при котором сопротивление обмотки возбуждения генератора уменьшается.

47

Токовая обмотка TWT связана с током нагрузки. Таким образом, результирующий ток возбуждения If от 2-х составляющих: тока и напряжения генератора, выпрямляется выпрямителем MR и затем поступает на ОВ возбудителя.

В дополнение к основному току возбуждения, система возбуждения ТR имеет цепь шунтирования тиристором выходной обмотки TWT, в которой избыток тока шунтируется и управляется в соответствии с изменением напряжения генератора, для поддержания его на номинальном значении.

Чтобы быть точным, тиристорная схема шунта управляется сигналом открытия тиристора автоматического регулятора напряжения ТРН. Если напряжение генератора повышается сверх номинального значения, угол открытия тиристора увеличивается также, повышается шунтовой ток. Если напряжение генератора падает, угол открытия тиристора уменьшается, чтобы увеличить напряжение генератора. Когда реактор X и емкость ЗС образуют резонанс, влияние сопротивления ОВГ на систему управления сведено к минимуму.

В схеме улучшена и температурная стабилизация, поэтому первоначальное самовозбуждение СГ достигается легко.

ТРН получает питание от трансформатора РТ, пониженное напряжение которого пропорционально текущему напряжению генератора.

Если текущее напряжение генератора выше его заданного значения, АРН увеличивает фазный угол управляющего электрода, предназначенного для того, чтобы увеличить шунтирующий ток тиристора. Когда напряжение СГ падает, ТРН работает так, чтобы уменьшить шунтирующий ток тиристора задержкой подачи управляющего импульса. При этом If и Uг

увеличиваются пропорционально углу открытия тиристора.Схема самовозбуждения СГ включает комбинацию

упомянутого основного тока возбуждения и шунтовой схемы

48

тиристора. В этом разделе детализирована основная цепь самовозбуждающегося СГ.

Схема, представленная на рис. 4.1, может быть заменена однофазной эквивалентной схемой; как показано на рис. 4.2, где:

jX — реактивное сопротивление реактора в фазе;jXc — реактивное сопротивление конденсатора в фазе;Rf — эквивалентное сопротивление ОВГ;Th — тиристор шунтирующей цепи.

Рис. 4.2. Однофазная эквивалентная схема

Со ссылкой на эквивалентную схему, показанную выше, ток возбуждения СГ может быть выражен следующим уравнением.

.

Если Х=Хс, то есть, когда реактор и конденсатор находятся в резонансе, ток возбуждения СГ может быть получен таким образом.

.

Ток возбуждения if не имеет никакого отношения к сопротивлению Rf обмотки возбуждения генератора. Поэтому

49

изменением сопротивления ОВГ из-за повышения температуры можно пренебречь.

Рис. 4.3 показывает векторную диаграмму зависимости тока возбуждения СГ if от тока нагрузки генератора Ig. Коэффициент трансформации токового трансформатора СТ выбран так, чтобы достигнуть результирующего тока ОВГ, требуемого на время полной нагрузки с реактивным сопротивлением X, и так, чтобы ток холостого хода if0 = V/jX падал при отсутствии нагрузки. Таким образом, теоретически, система возбуждения может поддерживать постоянство напряжения генератора независимо от нагрузки и коэффициента мощности.

Рис. 4.3. Векторная диаграмма зависимости тока возбуждения if от тока нагрузки генератора Ig

Схема тиристорного шунта (рис. 4.4) состоит из тиристора Th, шунтового резистора Rs и трёхфазного блока силовых выпрямителей MR.

50

Рис. 4.4. Тиристорная схема шунта

Выходной ток if трехобмоточного трансформатора TWT состоит из 2-х компонентов: тока обмотки возбуждения возбудителя if и тока шунта ITh:

if = (If – Ith)K.

В этой системе Ith управляется сигналом открытия тиристора.На рис. 4.5 представлена вольт-амперная характеристика (а),

условное обозначение (b) и цепь включения тиристора (с). Рассмотрим вольт-амперную характеристику тиристора подробно. Линия нагрузки MN имеет 3 отрезка в точках J, K, L, и только в точках J и L работа тиристора является устойчивой.

Рис. 4.5. Тиристор

51

Вообще, когда сигнал открытия тиристора отсутствует и ток не проходит через тиристор, рабочая точка лежит на лини ОJА. Если сигнал подан, когда тиристор работает, точка J, рабочая точка будет сдвинута к точке L. Эта вновь установленная точка не может быть сдвинута назад даже, когда сигнала открытия тиристора нет. Именно это требуется, чтобы ток проходил ниже линии ON для того, чтобы характеристика проходила по линии OJA. Этот минимальный ток (ON) называется удерживающим током.

В реальной схеме тиристорного шунта — это не что иное, как напряжение тиристора Vsi представленное на рис. 4.6, или фрагмент заштрихованной части синусоиды тиристорного напряжения.

Когда управляющий импульс находится в точке N, сопротивление тиристора уменьшается почти до нуля, посредством чего тиристор пропускает ток, обусловленный величиной собственного сопротивления, а также напряжением, соответствующим заштрихованной секции между В и D, т.е. также изменяется до нуля. Если, с другой стороны, управляющий импульс проходит в точке С, ток, соответствующий заштрихованной части, между С и D, проходит через тиристор. В этот период напряжение тиристора также уменьшается до нуля, т.о., с увеличением угла открытия тиристора, уменьшается шунтирующий ток.

52

Рис. 4.6. Эпюры напряжения и импульсного тока тиристора

Именно управляя углом открытия тиристора, можно регулировать напряжение генератора.

Автоматический регулятор напряжения состоит из двух печатных плат. Одна из них включает в себя:

PI-контроллер, который усиливает ошибку сигналов, полученных в отношении к напряжению генератора и посылает управляющие сигналы в цепь сдвига фаз;

цепь сдвига фаз, которая посылает управляющие сигналы к тиристору под нужным фазным углом;

импульсный усилитель, который усиливает выход цепи сдвига фаз.

Другая плата (RPO-87) состоит из выпрямителя напряжения генератора и цепи защиты от сверхнапряжения, которая ограничивает ток короткого замыкания.

Рассмотрим принципиальную схему АРН (рис. 4.7).

53

Рис.

4.7

. При

нцип

иаль

ная

схем

а А

РН т

ипа

TR

54

Контроллер. Основной составной частью PI-контролера является усилитель постоянного тока, называемый МР (микропак), в котором IС (интегральная схема) усилителя постоянного тока и стабилизирующая RC цепь собраны в один пак. На рис. 4.8 представлена принципиальная схема PI-контролера. DC-усилитель питается постоянным током (P) и (N), который получается выпрямлением (U) и стабилизацией (ZD) выходного напряжения СГ.

Выходная цепь DC-усилителя сравнивает текущее напряжение генератора с заданным, которое устанавливается внешним резистором EVA. Эти две входные величины дают их разность или дифференциал. Именно эта результирующая величина усиливается DC- усилителем. Выход DC-усилителя совместно с цепочкой RC образуют отрицательную обратную связь — ООС и замкнутую цепь управления, включая DC-усилитель, когда PI-управление комбинируется с СГ.

55

Рис. 4.8. Принципиальная схема PI-контроллера

Стабильность системы регулирования можно повысить, т.к. коэффициент усиления регулируется потенциометром VRp, а время интегрирования — конденсатором С1 (комбинированное управление).

На рис. 4.9 показана выходная характеристика напряжения PI-контроллера (вход-выход).

56

Рис. 4.9. Выходная характеристика напряжений PI-контроллера

Цепь сдвига фаз. Выходное напряжение от PI-контролера является входным для цепи сдвига фаз, которая посылает импульсы открытия тиристора. Входное напряжение с PI-управления приложено между базой Т1 и М (OV). Соответственно, значение напряжения эмиттер-коллекторного перехода транзистора зависит от величины выходного напряжения PI-управления. Т.о. скорость зарядки конденсатора пропорциональна входному напряжению. Когда потенциал конденсатора достигает напряжения зарядки составного транзистора UJT, цепь между базами В1 и В2 станет проводимой. Выходной импульс UJT усиливается транзистором ТЗ и дает импульс на управляющий электрод с помощью импульсного трансформатора PUT (pulse transformer).

Питание фазосдвигающей цепи осуществляется выпрямленным 3-х фазным напряжением генератора, а

57

синхроимпульсы поступают от напряжения цепи возбуждающего генератора Vsi, которое является также и питанием тиристора (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Схема фазосдвигающей цепи

Цепь управления тиристором. Управление тиристор получает от импульсного трансформатора PUT, выход фазосдвигающей цепи, и усиливается транзистором Т3. Выходной сигнал поступает между управляющим электродом и катодом и включает тиристор.

Для удержания управляющего сигнала рабочей величины, с точки зрения подавления напряжения генератора, цепь тока управления тиристором (gate) обеспечена цепью защиты от сверхнапряжения. Она состоит из двунаправленного тиристора SD (sidac), сопротивления и емкости. Когда напряжение возбуждение Vsi превысит установленную рабочую величину, SD начнет пропускать сверхнапряжение для питания зажигания тиристора Th. Тиристор откроется, ограничивая возбуждение генератора в пределах номинальной величины (стандартная задержка). Цепь управления тиристором представлена на рис. 4.11.

58

Рис. 4.11. Цепь управления тиристором

Тиристорная схема составлена из тиристора и добавочного резистора Rs, и управляется от цепи напряжения возбуждения Vsi. Выходной импульс от фазосдвигающей схемы подается на управляющий электрод тиристора, который управляет шунтовым током, ответвляя от ОВГ часть тока для поддержания постоянства напряжения генератора.

На рис. 4.12 представлена схема подключения АРН для двух параллельно работающих генераторов.

Как видно из рисунка, АРН имеет три вывода: от вторичной обмотки питающего трансформатора РТ,

напряжение 110 В, пропорционально текущему значению напряжения генератора, поступает на клеммы 1, 2, 3 регулятора (входной параметр);

от внешнего реостата уставки напряжения EVA, пропорционально заданному значению напряжения, поступает на клеммы 4, 5 регулятора (входной параметр);

от шунтовой цепи тиристора регулятора, предназначенной для отвода части тока возбуждения при превышении напря-

59

Рис.

4.1

2. П

ринц

ипиа

льна

я сх

ема

подк

люче

ния

АРН

для

дву

х па

ралл

ельн

о ра

бота

ющ

их г

енер

атор

ов

60

жения генератора; поступает на клеммы 6, 7. Цепь образуется при подаче управляющего импульса на тиристор.

Кроме этого, система управления имеет устройство параллельной работы генераторов, которая состоит из:

ССС — компенсатора уравнительного реактивного тока; СТ — трансформатора тока; нормально-замкнутых контактов другого АСВ.При одиночной работе БСГ № 1, нормально-замкнутый

контакт (н.з.к.) другого генератора замкнут, шунтируя обмотку ССС — она не работает.

При параллельной работе генераторов, нормально-замкнутые контакты АСВ 1 и АСВ 2 разомкнуты и обмотка ССС включена в работу и реактивная нагрузка распределяется равномерно между генераторами.

Для надежности первоначального возбуждения генераторов предусмотрено устройство предварительного возбуждения от аккумуляторов путем кратковременного нажатия кнопки РВ при работающем дизель-генераторе.

При выключении АСВ, когда генератор не работает, включается обогрев (heater), чем обеспечивается хорошее состояние сопротивления изоляции обмоток генератора.

Системы возбуждения с ТРН обеспечивают поддержание постоянства напряжения с точностью ± 1 % во всем диапазоне изменения нагрузки при значениях cos  = 0,5 ÷ 1,0 и изменении частоты дизеля ± 5 % от номинальной.

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения TR.2. Устройство АРН.3. Принцип действия АРН.4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения TR.

61

ГЛАВА 5.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ MITSUBISHI

С АРН ТИПА VRG-BS7M

Автоматический регулятор напряжения Mitsubishi (рис. 5.1) используется для стабилизации напряжения генераторов переменного тока. Управление осуществляется посредством тиристоров. Ток обмотки возбуждения изменяется таким образом, чтобы обеспечить постоянство выходного напряжения генераторов.

Для того чтобы добиться изменения тока возбуждения пропорционально току нагрузки генератора, используется токовый трансформатор, выполняющий роль компаундирующего элемента.

APH обеспечивает ток возбуждения даже при коротком замыкании.

Благодаря наличию реактора в системе, первоначальное возбуждение генератора необходимо уменьшить до минимума.

Так как в APH используется PD-управление пропорционально отклонению (proportional deviation), восстановление напряжения генератора осуществляется даже при неожиданных резких изменениях нагрузки.

ОбщееСистема регулирования напряжения обеспечивает: точность поддержания напряжения — 1,5 % Un (Δf= 3,5 % fn

и cos = 0,8); диапазон регулирования напряжения при помощи EVA

составляет ±5 % Un; входное напряжение — 100-110/200-220 В, 50/60 Гц;

62

Рис.

5.1

. При

нцип

иаль

ная

схем

а си

стем

ы в

озбу

жде

ния

и ав

тома

тиче

ског

о ре

гули

рова

ния

напр

яжен

ия

MIT

SUB

ISH

I El.

Cor

p.

63

максимальный шунтирующий ток — 10 А (при 400 В переменного напряжения);

высота использования — более 1000 м над уровнем моря; температура окружающей среды — 0…50 ºC; относительная влажность — до 90 %.

СоставСистема возбуждения с БСГ (рис. 5.1, 5.2) состоит из

бесщеточного синхронного генераторa G с возбудителем Ex, вращающегося выпрямителя REC, выпрямительной панели с двумя выпрямителями Rec1 и Rec2, двух обмоток возбуждения возбудителя J-K и J-CTK, двух трансформаторов тока СТЕ1, СТЕ2 и реактора L.

Рис. 5.2. Функциональная схема системы возбуждения MITSUBISHI

Указанное оборудование находится на БСГ.Кроме этого, на ГРЩ находятся: AVR — автоматический регулятор напряжения с внешней

уставкой заданного напряжения генератора ЕVA; KCT — компенсирующий трансформатор тока цепи

параллельной работы с регулирующим резистором Rc и трансформатором напряжения TR2,

нормально-замкнутые контакты автоматического выключателя ACB другого генератора;

64

ЦПР — обеспечивает равномерное распределение реактивных нагрузок между параллельно работающими агрегатами (рис. 5.3).

а) б)Рис. 5.3. Цепь параллельной работы — а и диаграмма распределения

реактивных нагрузок — б

АРН в свою очередь состоит из следующих цепей: измерения напряжения генератора; усиления рассогласования; генерации управляющего импульса тиристора; шунтирующего тиристора; источника постоянного напряжения.Цепь измерения напряжения генератора. Выходное

напряжение генератора ступенчато падает на трансформаторе TR2, проходит через умножитель M1 и поступает на вход усилителя рассогласования напряжений вместе с напряжением уставки от EVA.

Цепь усилителя усиливает рассогласование (ошибку) между заданным напряжением уставки и текущим значением напряжения генератора.

Напряжение уставки состоит из двух частей: EVA и V-min. Когда регулировочный потенциометр EVA показывает 0 %, регулируемый резистор V-min может установить напряжение

65

генератора 90 % от номинального. Если же EVA показывает 100 %, регулируемый резистор V-max может установить напряжение генератора на его максимальное значение — 110 % от номинального. Выходной сигнал рассогласования (отклонения) от операционного усилителя ОУ-М5 поступает на ОУ-М6, которые выполняют PD-закон управления: пропорциональная составляющая P может регулироваться резистором VR-3, а дифференциальная составляющая D — резистором VR4.

Генератор управляющих импульсов регулирует угол открывания тиристоров (CR1, CR2) в цепи обмоток возбуждения возбудителя J-K и J-CTK. Напряжение TR1 приблизительно равно 8 В, а угол открытия тиристора около 180. Цепь шунтирующего тиристора регулирует ток возбуждения генератора. При увеличении напряжения генератора, увеличивается угол открытия тиристора. Шунтирующий ток также увеличивается, уводя часть тока от обмотки возбуждения возбудителя Ex, поддерживая напряжение генератора на стабильном номинальном уровне.

Источник постоянного тока питает постоянным напряжением интегральные схемы ОУ и транзисторы печатных плат. Выпрямляя переменный ток от трансформатора TR1, получаем постоянное напряжение P15(+15) V и N15(-15) В, стабилизированное интегральными схемами питания.

Регулировка, как таковая, совершенно достигнута и в перенастройке параметров необходимости нет. Все-таки некоторые процедуры регулировки приведены ниже.

1. Регулировка напряжения. Диапазон регулирования для EVA примерно 10 %. Поворачивая EVA по часовой стрелке, увеличиваем напряжение генератора. Если диапазон регулирования при помощи EVA установлен неправильно, то это может быть скорректировано при помощи потенциометра V-min и V-max следующим образом:

первое, установите EVA на 0 %;

66

следующее, при помощи V-min (VR6) настроить EVA на 10 %;

затем, сделать EVA, равным 100 % и с ном. V-max (VR6) установить ЕVA на +10 %

2. Регулировка P-составляющей выполняется при помощи потенциометра VR3. Увеличить эффективность регулирования APH возможно, если уменьшить колебания регулируемого напряжения. Чрезмерное увеличение коэффициента усиления Kус

может привести к увеличению колебаний. В этом случае необходимо откорректировать Kус поворотом ручки против часовой стрелки.

3. Регулирование D-составляющей может быть выполнено с помощью резистора VR4 (увеличение — поворотом рукоятки по часовой стрелке, а уменьшение — наоборот).

ОбслуживаниеВвиду использования схем регулирования на

полупроводниковых элементах, ежедневных инспекций не требуется, однако периодически особое внимания должно уделяться следующему:

отсутствию пыли, влаги или посторонних предметов; потере контактов в соединениях и клеммах.Внимание. При замере сопротивления изоляции отсоединить

АРН от генератора.

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения Mitsubishi.2. Устройство АРН.3. Принцип действия АРН.4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения Mitsubishi.6. Какие регулировки присутствуют в АРН?

67

ГЛАВА 6.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ТИПА BASLER ELECTRIC

Система возбуждения обеспечивает выполнение следующих функций:

стабилизацию напряжения генератора; распределение реактивной нагрузки между параллельно

работающими генераторами.Технические данные: точность регулирования напряжения — менее 12 % Uном; время восстановления Uген — 16 мс; диапазон уставки Uген — ±10 % Uном; диапазон рабочей температуры — -55 С до +70 С; используемая мощность регулятора напряжения – 120

(240) ВАСостав.Система возбуждения с БСГ состоит из (рис. 6.1, а): G — синхронного генератора; FG — обмотки возбуждения генератора; Exс — возбудителя; FЕ — обмотки возбуждения возбудителя; RS — последовательного резистора 90 Ом для SR4A (180 Ом

для SR8A) T — питающего трансформатора регулятора напряжения в

цепи РН с выключателем SW и предохранителем FUI; PT — трехфазного понижающего трансформатора текущего

напряжения генератора;

68

а)

б)

Рис. 6.1. Схема соединений (а) и АРН (б) типа SR-4A, BASLER Electric

69

EVA — внешнего подстроечного реостата заданного напряжения генератора;

CT — трансформатора тока нагрузки генератора с нормально-закрытым контактом генераторного автомата ACB;

SR — регулятора напряжения SR4A (SR8A).Устройство SR4A (SR8A) регулирует напряжение генератора, управляя током обмотки возбуждения возбудителя. Регулятор

может быть использован как для генераторов со щетками и кольцами, так и для бесщеточных.

В свою очередь схема АРН (рис. 6.1,б и 6.2) состоит из: цепи измерения (T1, T2, CR1-CR6, C1, C2); цепи определителя (VR1, R1-R3, R5); цепи усилителя (Q1-Q4); цепи стабилизации (C6, C7, R27-R25, R4); силовой цепи (SCR11, SCR12, CR13, CR14).

Рис. 6.2. Блочная схема РН

Работа. Цепь измерения напряжения генератора UГ, состоящая из трансформаторов T1, T2, трехфазного выпрямительного моста CR1 – CR6, конденсаторов C1, С2 и дроссельного фильтра L1 предназначена для измерения, выпрямления, сглаживания и фильтрации пониженного

70

напряжения генератора Uг. Это выпрямленное напряжение поступает в цепь определителя.

Цепь определителя состоит из диода Зенера VR1, делителя напряжения на резисторах R1, R2, R3 и R5. Постоянное напряжение, пропорциональное Uг, снимается с резисторов R3, R5 и сравнивается с заданным напряжением на VR1 для определения разницы напряжений:

,

Цепь усилителя состоит из двухтактного усилителя на p-n-p транзисторах Q1 и Q2, однопереходного транзистора Q3, эмиттерного повторителя Q4 и компонентов.

Сигнал ошибки U запускает транзистор Q1, который переключает транзистор Q2, управляющий зарядкой конденсатора C4, который находится в эмиттерной цепи однопереходного транзистора Q3, обеспечивая угол открытия тиристоров в силовой цепи.

Транзистор Q4 корректирует напряжение на второй базе транзистора Q3 для получения одинаковых управляющих сигналов для силовых тиристоров.

Силовая цепь состоит из тиристоров SCR11, SCR12 (Silicon Con-trol Rectifier) и преобразовательных диодов CR13, CR14 выпрямительного моста, ток выхода которого зависит от угла открытия тиристоров и сопротивления обмотки возбуждения возбудителя.

Цепь стабилизации состоит из конденсаторов C6 и C7, постоянных резисторов R27R29 и подстроечного резистора R4. Цепь реле К1 обеспечивает начальное возбуждение генератора от остаточного магнетизма, благодаря нормально-замкнутым контактам реле К1 и диодам CR13CR16, тем самым обеспечивая выпрямление остаточного напряжения и дальнейшее первоначальное возбуждение генератора.

71

Система обеспечивает самовозбуждение синхронного генератора от остаточного напряжения при помощи реле K1. При значении напряжения генератора более 0,8Uп реле K1 срабатывает и нормально-замкнутый контакт включает цепи SCR11 и SCR12, стабилизируя Uг.

Для надежного самовозбуждения достаточно напряжения, равного 0,03 Uп. Если остаточное напряжение генератора меньше 3 %, необходимо использовать аккумуляторную батарею, в цепи обмотки возбуждения, путем нажатия на кнопку РВ (Push Button).

В случае большой нагрузки или короткого замыкания в силовой цепи генератора дополнительно используется устройство формировки возбуждения (Series Boost Option), предотвращающее падение возбуждения путем поддержания постоянного напряжения РН во всех режимах его работы.

Цепь параллельной работы (рис. 6.3) — клеммы 1, 2, регулятора напряжения — состоит из:

компенсационного трансформатора тока CT; нормально-замкнутых контактов автоматических

выключателей АСВ; трансформатора напряжения Т3; резистора R24; подстроечного потенциометра R25.

72

Рис. 6.3. Цепь параллельной работы

Компенсационно-токовые обмотки всех генераторов соединены в параллель и зашунтированы нормально-замкнутыми контактами генераторов. При параллельной работе генераторов нормально-замкнутые контакты АСВ размыкаются и токовые обмотки компенсационных трансформаторов включаются параллельно, регулируя при этом реактивные токи.

В случае, если контакты АСВ, шунтирующие токовые обмотки, не размыкаются, при включении АСВ, регулирование реактивной мощности производиться не будет. При этом, если повышается нагрузка, напряжение генератора будет падать, что может привести к выходу его из синхронизма и отключению .

Трансформатор тока установлен в одной из фаз каждого генератора и вырабатывает сигнал, пропорциональный току нагрузки генератора. Этот сигнал проходит через резистор R25, от которого питается первичная обмотка трансформатора тока Т3. Вторичная обмотка трансформатора Т3 связана последовательно с вторичной обмоткой трансформатора Т1 и

73

выпрямительным мостом, расположенным на печатной плате. Переменное напряжение поступает на выпрямительный мост в виде векторной суммы напряжений с клемм E1 и Е3 и трансформатора тока СТ, питающегося через трансформатор Т3 (клеммы 1 и 2). Напряжение, поступающее к выпрямительному мосту с трансформатора тока СТ, небольшое. Напряжения регулятора (клеммы Е1 и Е3) и компенсационной обмотки (клеммы 1 и 2) должны быть связаны так, чтобы напряжение генератора было правильной полярности и фазы.

Когда генератор нагружается активной нагрузкой, напряжение на R25 (и обмотку Т3) смещено от измеренного напряжения на 90 и суммарный вектор напряжений примерно равен установленному значению измеренного напряжения.

Когда генератор нагружен индуктивной нагрузкой, то напряжение, проходящее через резистор R25, смещается от напряжения в измерительной цепи и сумма этих напряжений (большое значение напряжения) питает выпрямительный мост. Таким образом, регулятор поддерживает постоянное напряжение на выпрямительном мосту и противодействует уменьшению выходного напряжения генератора.

Если генератор нагружен емкостной нагрузкой, то напряжение на резисторе R25 отстает от напряжения в измерительной цепи и сумма этих напряжений (небольшое значение напряжения) питает выпрямительный мост. Тогда регулятор противодействует увеличению напряжения генератора.

Когда генераторы работают в параллели, и возбуждение одного из генераторов чрезмерно, то появляется уравнительный ток, к одному генератору — реактивный ток с перенасыщенным возбуждением, а к другому — емкостной ток. Компенсационная цепь уменьшит возбуждение одного генератора с реактивной нагрузкой, и увеличит возбуждение с емкостной нагрузкой. Таким образом, уравнительный ток станет равным 0.

74

При неравномерном распределении реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами, через компенсационную цепь протекают токи параллельно работающих генераторов, тем самым, распределяя равномерно нагрузку между параллельно работающими генераторами.

Система возбуждения обеспечивает автоматическое поддержание напряжения генератора и равномерное распределение реактивных нагрузок в заданных пределах и удовлетворяет всем требованиям американского Lloyd.

Обслуживание. Скопления пыли и грязи должны быть удалены с модуля специальной мягкой щеткой или специальным сжатым воздухом, который не имеет влаги.

В судовых условиях производится только замена неисправных блоков, если это необходимо.

Возможные неисправности системы возбуждения сведены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1. Возможные неисправности системы возбуждения

Симптом Причина УстранениеНапряжение не достигает номинального значения

Низкий уровень остаточного магнетизма или неправильная полярность между напряжением возбудителя и напряжением обмотки возбуждения генератора

Восстановить остаточный магнетизм, подключив источник тока к обмотке возбуждения F+ и F-

Напряжение не подано, контакт разомкнут

Замкнуть контакт

Первичный двигатель не достиг номинальной скорости

Отрегулировать скорость

Отсутствие или неправильное значение напряжения на клеммах 3 и 4.

Проверить монтаж

Обрыв цепи между F+,F-, A- Проверить монтажВыход генератора закорочен или тяжело нагружен

Снять нагрузку или перемычку

R1 подключен неправильно Проверить монтаж

75

Симптом Причина УстранениеДефектный регулятор Проверить тиристорный

мост, плату, диоды, реле или поменять регулятор

Дефектный или неправильно монтированный возбудитель

Проверить возбудитель или соединения

Напряжение возрастает до тех пор, пока реле работает, после напряжение падает

Обрыв в цепи реостата R1 или связанной с ним цепи

Отремонтировать обрывы или заменить реостат

Клеммы 3 и 4 обесточены (только для возбудителей со щетками)

Проверить монтаж

Не подается управляющий импульс на тиристоры

Заменить плату

SCR11 и SCR12 неисправны Заменить неисправные тиристоры

Большое напряжение не регулируется регулировочным сопротивлением

Нет напряжения на клеммах El, E2 и Е3.

Проверить монтаж

Тумблер в положении «Ручное»

Переставить в положение «Автоматическое»

Внешняя цепь реостата закорочена

Проверить монтаж

Измерительный трансформатор неправильно настроен

Проверить номер модели регулятора

Неисправность реле (K1) Заменить релеНеисправность платы Заменить регуляторНеисправность тиристоров Заменить тиристоры или

регуляторВысокое напряжение, контролируемое регулировочным сопротивлением

Измерительный трансформатор настроен не верно

Проверить номер модели регулятора

Регулируемый диапазон напряжений настроен слишком высоко

Отрегулировать

Низкое линейное напряжение Увеличить сопротивление

Неправильное соединение чувствительного вывода к генератору

Проверить монтаж

76

Симптом Причина УстранениеНеточный вольтметр Проверить

работоспособность или заменить

Низкое напряжение, контролируемое регулируемым сопротивлением

R3 настроен на низкий уровень

Отрегулировать

Первичный двигатель не достиг номинальной скорости

Увеличить скорость

Неправильное соединение чувствительного вывода к генератору

Проверить монтаж

Неточный вольтметр Проверить работоспособность или заменить

Плохое регулирование

Возбуждения генератора и возбудителя при полной нагрузке в избытке из-за максимальной выходной мощности регулятора

Если регулятор выходит за заданный предел регулирования необходимо советоваться с компанией-производителем

Напряжение на клеммах 3 и 4 регулятора слишком низкое при номинальном напряжении генератора

Входное напряжения питания должно быть 120 В для SR4, 208 В или 240 В для SR8

Выходной вольтметр подключен не в том месте (падение напряжения в проводах или неправильное подключение фаз)

Подключить вольтметр так же, как чувствительный элемент регулятора

Искажение формы сигнала из-за коэффициента гармоник в напряжении генератора. (Регулятор измеряет среднее напряжение, а прибор может показывать среднеквадратичное значение)

(Проконсультироваться с производителем)

77

Симптом Причина УстранениеБлок параллели включен в положение PARALLEL

Поставить тумблер в положение UNIT, при параллельной работе в положение PARALLEL. (Клеммы 1 и 2 перемкнуты)

Блок параллели неисправен Заменить блокНесбалансированная нагрузка в 3-х фазах

Средняя величина напряжения в трех фазах

Первичный двигатель не достиг номинальной скорости

Вывести на номинальные обороты

Неисправность в генераторе или возбудителе

Проверить работу

Неисправность платы Заменить регуляторНеисправность тиристоров или диодов

Заменить неисправные элементы

Нестабильность напряжения

Нестабильность частоты Посмотреть руководство по регулятору

Напряжение колеблется в точке, где K1 заряжается или разряжается

Смотреть симптомы такие как при "Напряжение возрастает пока реле работает, после напряжение падает "

R4 неправильно отрегулировано

Отрегулировать

Неисправность в генераторе или возбудителе

Проверить генератор или возбудитель

Неисправность платы или тиристоров

Заменить регулятор

При изменении нагрузки медленное восстановление напряжения

R4 неправильно отрегулировано

Отрегулировать

Плохое воздействие регулятора

Неправильное использование регулятора

Неподходящая стабилизационная сеть

Проверить номер модели

Медленная реакция первичного двигателя

Посмотреть руководство по регулятору

78

Симптом Причина УстранениеПараллельно работающие генераторы не делят пропорционально нагрузку

Неправильная настройка чувствительности регулятора

Обратиться к производителю

Между параллельно работающими генераторами при падении нагрузки она не выравнивается

Разрегулировка R25 Отрегулировать R25

Параллельно работающие генераторы не делят реактивную нагрузку между собой

Клеммы 1 и 2 регулятора зашунтированы включением UNIT - PARALLEL

Поставить тумблер в положение PARALLEL

Низко настроена падающая характеристика

Отрегулировать, воздействуя на R25

Параллельный трансформатор тока не питает как следует вторичную цепь (3-5 А)

Заменить трансформатор

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения Basler.2. Устройство АРН.3. Принцип действия АРН.4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения Basler.

79

ГЛАВА 7.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТИПА «TAIYO»

Функциональная схема системы возбуждения беcщеточного синхронного генератора показана на рисунке 7.1.

Рис. 7.1. Функциональная схема системы возбуждения

Компоненты схемы следующие: F1 — основная обмотка возбуждения возбудителя; F2 — управляющая обмотка возбуждения (от АРН); Ex — возбудитель переменного тока; Si1 — вращающийся выпрямитель; Si2 — кремниевый выпрямитель; G — синхронный генератор ; CT — трансформатор тока; S1, S2 — защита от перегрузки; RT — реактор; Rc — разрядное сопротивление; PT — силовой трансформатор; CCT — трансформатор тока для компенсации

уравнительного тока;

80

DCT — дифференциальный трансформатор тока; CCR — компенсационное сопротивление реактивного тока; AVR — автоматический регулятор напряжения ; EVA — реостат уставки напряжения; F — роторная обмотка возбуждения синхронного генератора.Из рисунка видно, что выходной ток якоря с возбудителем

переменного тока, расположенного на валу ротора генератора, предназначен для того, чтобы возбуждать обмотку возбуждения F системы синхронного генератора, через вращающийся выпрямитель, расположенный на конце вала генератора. Возбудитель переменного тока имеет две отдельные обмотки возбуждения: F1 и F2. Ток проходит через реактор RT и трансформатор тока CT, при этом он суммируется и выпрямляется. Выпрямленный ток течет через первую обмотку возбуждения F1, которая служит для основного возбуждения генератора, в то время как ток, выходящий из автоматического регулятора напряжения течёт через обмотку управления F2 и предназначен для более точной стабилизации напряжения.

Принцип действия (рис.7.2).Статическое возбуждение системы состоит из реактора RT,

трансформатора токаCT, силиконового выпрямителя Si, силового трансформатора PT и тиристорного автоматического регулятора напряжения AVR.

Выходной ток якоря с возбудителем переменного тока, расположенного на валу ротора генератора, служит для возбуждения обмотки статора F генератора через вращающийся выпрямитель, расположенный на роторе генератора. Возбудитель переменного тока имеет две отдельные обмотки возбуждения: F1 - основную и F2 - обмотку управления.

Первая обмотка возбуждения питается постоянным током, который создается в результате суммирования тока, протекающего через реактор, и тока трансформатора так же как и

81

в самовозбуждающихся синхронных генераторах переменного тока.

Рис.7.2 Принципиальная схема системы возбуждения TAIYO.

Вторая обмотка возбуждения является управляющей и предназначена для стабилизации и точного регулирования напряжения генератора при помощи АРН.

Реактор и трансформатор тока настроены так, чтобы обеспечивать ток возбуждения , сравнивая их с требуемыми значениями, а также, чтобы поддерживать требуемое напряжение на клеммах генератора и компенсировать падение напряжения при изменении тока нагрузки. В результате АРН питает управляющую обмотку F2, обеспечивая дифференциальное управление обмотки возбуждения. Поэтому напряжение на клеммах генератора остаётся стабильным.

Схема АРН (рис. 7.3) включает в себя следующие цепи: измерения отклонения регулируемой величины, усиления этого

82

отклонения и источника импульсов. Они смонтированы на одной печатной плате, которая находится в отдельной коробке вместе с измерительным трансформатором PT1 и главным тиристором.

Рис. 7.3. Блок-схема АРН

Рис. 7.4. Принципиальная схема АРН

83

В цепь измерения отклонения (рис. 7.4) поступает напряжение Е1, которое пропорционально напряжению генератора EG и которое преобразуется в постоянное напряжение необходимой величины, и опорное напряжение E2, которое независимо от EG, всегда постоянно и создаёт напряжение отклонения Е3:

E3 = E1 – E2.

Отношение между EG, E1, E2 и E3 показано на рисунке 7.5.

Рис. 7.5. Эпюры соотношения напряжений

Основные части (цепь усиления отклонившейся величины и колебательный контур) составлены из гибрида интегральных схем (ICs). Сигнал отклонения E3, усиленный операционным усилителем, который находится в цепи усиления отклонения, и сигнал отклонения E'3 преобразованы в колебательном контуре в одиночный отрегулированный в фазовом отношении импульс, как показано на рисунке 7.6.

Рис. 7.6. Зависимость сигнала отклонения E'3 от угла открытия тиристора α

84

В усилительной схеме одиночный импульс преобразован в широкий импульс с помощью вспомогательного тиристора и этот сигнал подается к управляющему электроду главного тиристора, чтобы управлять его углом открытия.

В этой цепи R — переменный резистор, регулирующий приращение АРН.

Демпфирующая цепь предотвращает колебания напряжения. Она реагирует на изменение сигнала на выходе главного тиристора и работает при резком изменении нагрузки. В этой цепи R4 и R17 — демпфирующие регулируемые резисторы.

Конструкция статического возбудителя (рис.7.11).Обычно, внешний реостат напряжения,EVA, питающий

трансформатор,PT и элементы цепи параллельной работ установлены в ГРЩ, в то время как другие элементы системы возбуждения размещены в отдельной коробке каплезащищенной конструкции, установленной на верхней части генератора.

85

Данные бесщёточного синхронного генератора фирмы TAIYO: тип TW, модель FE-418-8 — 500 кВА, 450 В, 900 об/мин:

Рис. 7.7. Клеммная коробка каплезащищенной конструкции

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения TAIYO.2. Устройство АРН.3. Принцип действия АРН.4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения TAIYO.

86

ГЛАВА 8.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ WGSY СУДОВЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ТИПА GD И GBdm1

WGSY обеспечивает: автоматическое поддержание напряжения в пределах ±2,5 %

от номинального при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной;

автоматическое восстановление напряжения с отклонением ± 2 % за время не более 0,5 с при набросе или сбросе 100 % нагрузки по току генератора;

автоматическое отключение возбуждения генератора при понижении частоты напряжения генератора менее 47 Гц;

автоматическое отключение возбуждения генератора при превышении напряжения генератора более 10% от номинального;

пропорциональное распределение реактивных нагрузок между параллельно работающими генераторами с точностью ±10 %;

самовозбуждение генератора при минимальной величине остаточного напряжения, равного 3 %.

уставка заданного значения напряжения — 0,9…1,05 Un

генератора.СоставПринципиально-монтажная схема WGSY представлена на

рис. 8.1 и включает в себя следующие блоки и узлы:

1 Глава подготовлена совместно со старшим преподавателем кафедры ЭО и АС Лещенко В. В.

87

Рис. 8.1. Принципиальная электрическая схема системы возбуждения СГ «WGSY»

88

трехобмоточный суммирующий трансформатор (трансформатор тока Tт, трансформатор напряжения D2, суммирующая обмотка D1);

дроссель линейный D; трехфазный блок конденсаторов V; измерительный трансформатор тока IV; задающий узел VII; контактор VIII; выпрямитель возбуждения и тиристорный блок ВС; обмотка возбуждения F1-F2; управляющий орган — автоматический регулятор

напряжения VI.Блок управляющего органа реализован на одной плате и

состоит из следующих узлов: 3S — задающего узла; 2S — узла действительного напряжения на шинах генератора; 2А — усилитель-интегратора ГООС; 4G — системы импульсно-фазового управления (СИФУ); S — стабилизатора напряжения; ВР — блока параллельной работы генератора.Назначение. Данный регулятор напряжения предназначен для

установки на судах в качестве управляющего органа систем автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов типа GD и GBdm.

Принцип действияРН типа WGSY построен по принципу импульсно-фазового управления и представляет собой автоматический регулятор напряжения с электромагнитным суммированием сигналов по току и напряжению генератора при помощи трехобмоточного суммирующего трансформатора Тт. Напряжение синхронного генератора определяется током возбуждения, протекающим в обмотке возбуждения генератора (F1-F2). Этот ток регулируется

89

силовым тиристором III в зависимости от его угла открытия. Если тиристор открывается в самом начале положительной полуволны фазного напряжения, ток возбуждения максимален, если же тиристор открывается при угле близком к 120°, ток возбуждения минимален. Угол открытия тиристора регулируется управляющим органом (VI) и контролируется блоком зашиты.

Ток возбуждения выпрямляется блоком кремниевых диодов (ВС). Компаундирующим элементом является дроссель D. Для начального возбуждения предусмотрены конденсаторы (конденсаторный блок V), включенные параллельно обмотке напряжения D2.

Принципиальная схема управляющего органа представлена на рис. 8.2. Электронная схема выполнена на основе цифровых микросхем КМОП-логики с напряжением питания +15 В, что обеспечивает устойчивую работу блока. Уровни напряжений на выходах микросхем соответствуют сигналам КМОП-логики: низкий уровень (или логический ноль) -0 В; высокий уровень (или логическая единица) +15 В.

90

Рис. 8.2. Управляющий орган “WGSY”

РаботаПеременное трехфазное напряжение измерительного блока выпрямляется выпрямителем, собранным на диодах VD1-VD4. Фиксированная часть выпрямленного напряжения падает на стабилитроне VD5 и диоде D6. Управляющее напряжение можно регулировать с помощью подстроечного резистора 2 "Уставка напряжения". Это управляющее напряжение является заданным. Текущее напряжение снимается с шин генератора и через понижающий трансформатор Т1 и диодный выпрямитель VD5-VD8 эти напряжения подаются на входы интегратора-усилителя с ГООС (2А). Происходит сравнение заданного значения напряжения с текущим напряжением генератора. Разница напряжений ΔU усиливается операционным усилителем S1.

91

Рис. 8.3. Электрическая схема ОУ 140УД7

На рис. 8.3 представлена принципиальная электрическая схема операционного усилителя второго поколения типа 140УД7. Это двухкаскадный усилитель, имеет сложный входной дифференциальный каскад на n-p-n транзисторах VT1-VT4 и p-n-p VT5-VT8 с динамической нагрузкой. Блок транзисторов VT9 и VT10 представляет собой источник тока. Выходной каскад на транзисторах VT23 и VT24 работает в режиме класса АВ. Остальная часть элементов обеспечивает дополнительное усиление, согласование дифференциального каскада с выходным и защиту последнего от перенагрузок, а также стабильное питание первого каскада и согласование второго с выходным.

Питание всех микросхем осуществляется стабилизированным напряжением от понижающего трансформатора Т1 и стабилизатора напряжения S.

После операционного усилителя усиленный сигнал подается на блок СИФУ, где формируются сигналы широтно-импульсной модуляции — ШИМ, которые с выхода управляющего органа (66-67) поступают на управляющий электрод силового тиристора III.

92

Так осуществляется управление углом открытия тиристора. Для того, чтобы мгновенно закрыть тиристор после исчезновения импульса на управляющем электроде, в схеме параллельно тиристору включена цепь, состоящая из конденсатора С III и резистора R III.

Если напряжение генератора превышает заданное, СИФУ формирует сигналы ШИМ, при которых угол открытия силового тиристора будет увеличен. Это приведет к уменьшению тока возбуждения и напряжения синхронного генератора до номинального. При уменьшении напряжения синхронного генератора фазный угол открытия тиристора также уменьшается, силовой тиристор откроется несколько раньше, что приведет к увеличению тока возбуждения и, следовательно, к восстановлению напряжения синхронного генератора до номинального значения.

Параллельная работа генераторов с системой возбуждения WGSY

Генератор может работать в параллели с другим генератором или с береговой сетью, если обеспечивается компенсация наклона статической характеристики. Распределение реактивной мощности осуществляется блоком параллельной работы ВР.

Система компенсации наклона статической характеристики обеспечивает распределение реактивной нагрузки и уменьшение начального исходного напряжения генератора, если растет реактивный ток. Система компенсации регулирует наклон статической характеристики генератора от 6 % при коэффициенте мощности от 0 до номинального во всем диапазоне нагрузки генератора.

Во время одиночной работы или во время работы в параллели с генератором, что имеет такой же статизм, точность регулировки напряжения составляет 1,8 %. При одиночной работе система компенсации наклона статической характеристики не нужна, и

93

она выключается путем шунтирования вторичной обмотки промежуточного трансформатора.

ОбслуживаниеСистема самовозбуждения синхронного бесщеточного генератора нуждается в периодическом обслуживании. Избыточные отложения пыли должны быть удалены сухим сжатым воздухом. Техническое обслуживание регулятора производить только при отключенном генераторе и выполнении Правил техники безопасности. В случае какой-то неисправности желательно проверить корректор напряжения и цепи возбуждения. Для поиска неисправностей в регуляторе напряжения все его выводы должны быть отсоединены, а вторичная обмотка промежуточного трансформатора закорочена накоротко.

Эксплуатацию регулятора проводить в соответствии с Правилами технической эксплуатации судовых технических средств, настоящим техническим описанием и инструкцией по эксплуатации.

Персонал, обслуживающий регулятор, должен знать его электрическую принципиальную схему, изучить техническое описание и инструкцию по эксплуатации.

При монтаже регулятора металлоконструкции должны быть надежно заземлены.

Возможные неисправности и способы их устранения сведены в таблицу.

Наименование неисправности,

внешнее проявление и

дополнительные признаки

Вероятные причины Метод устранения

Генератор не возбуждается

1. Генератор размагничен.

Замерять остаточное напряжение у работающего генератора и, если оно мало,

94

Наименование неисправности,

внешнее проявление и

дополнительные признаки

Вероятные причины Метод устранения

подмагнитить генератор.2. Обрыв в обмотке возбуждения или в ее цепи.

Устранить обрыв в цепи

3. Неисправность корректора напряжения.

Отключить КН и на короткое время возбудить генератор. Если КН неисправен, генератор должен возбудиться.

4. Неисправный блок силового выпрямителя

Проверить выпрямительный блок на обрыв и на пробой, дефектные вентили заменить.

5. Межвитковое или короткое замыкание в обмотке возбуждения

Замерить сопротивление обмотки возбуждения. Если величина больше допустимого, требуется ремонт ротора.

Напряжение генератора ниже номинального

1. Не работает одно плечо блока выпрямителя возбуждения

Проверить выпрямители блока на обрыв. Дефектные выпрямители заменить.

2. Величина тока на выходе корректора напряжения не соответствует требуемому значению

Настроить корректор напряжения

3. Увеличение прямого сопротивления блока силового выпрямителя

Заменить выпрямители

4. Уменьшение емкости конденсаторов начального возбуждения

Заменить блок конденсаторов

5. Неисправность Проверить сопротивление

95

Наименование неисправности,

внешнее проявление и

дополнительные признаки

Вероятные причины Метод устранения

обмоток генератора обмоток генератора. При обнаружении отклонений от паспортных величин произвести ремонт генератора.

Распределение реактивных мощностей у параллельно работающих генераторов не соответствует существующим нормам

1. Напряжение холостого хода генераторов неодинаковы по величине

Отрегулировать напряжения холостого хода генераторов

2. Разрыв уравнительной связи между параллельно работающими генераторами или неисправность цепи уравнительной связи.

Проверить цепь уравнительной связи. Распределить реактивную нагрузку, как требуется при помощи регулировочных резисторов.

3. Неисправная настройка корректора напряжения.

Произвести распределение реактивных нагрузок уставкой корректора.

4. Неудовлетворительная настройка компенсатора реактивной мощности.

Проверить настройку компенсатора.

Генератор перегревается

1. Перегрузка генератора

Проверить величину тока нагрузки.

2. В генератор поступает нагретый воздух.

Проверить температуру охлаждающего воздуха

3. Замыкание между витками обмотки статора

Устранить замыкание.

96

Недостатки и способы их устраненияДля повышения надежности системы возбуждения и ее устойчивости необходимо сделать следующее:

а) поставить предохранители на входах в управляющий орган;б) обеспечить предохранителями цепи питания КМОП-схем;в) для гальванической развязки цепей силового тиристора и

цепей электронных схем установить оптоэлектронную изоляцию.

Контрольные вопросы1. Состав системы возбуждения WGSY.2. Работа управляющих органов.3. Возможные неисправности системы возбуждения.

97

ГЛАВА 9.ЦИФРОВОЙ ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР

НАПРЯЖЕНИЯ СУДОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ (ЦТРН)

ЦТРН обеспечивает: автоматическое поддержание напряжения в пределах 2 %

от номинального при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной в статическом режиме;

автоматическое восстановление напряжения с отклонением ± 2 % за время не более 1,5 с при набросе 50 % или сбросе 100 % нагрузки по току генератора;

автоматическое отключение возбуждения генератора при понижении частоты напряжения генератора до 47 Гц;

автоматическое отключение возбуждения генератора при превышении напряжения генератора на 10 % от номинального.

Состав. Функциональная схема ЦТРН представлена на рис. 9.1. ЦТРН включает в себя следующие блоки и узлы: измерительный блок (трансформаторы ТV1, ТV2, ТV3); блок силовой (предохранитель FUI, тиристор VS1, диод

VD1); блок управления и защит; схему включения и отключения генераторного автомата.Блок управления и защит реализован на одной плате и состоит

из следующих схемотехнических узлов (рис. 9.2): ФСУ — трехфазный выпрямитель (VD1-VD6); ЗГ — задающего генератора, управляемого напряжением

(D1, VТ1);

98

Рис.

9.1

. Фун

кцио

наль

ная

схем

а Ц

ТРН

99

Рис.

9.2

. При

нцип

иаль

ная

схем

а Бл

ока

упра

влен

ия и

защ

ит

100

ДЧ — делителя частоты (D2); ФИ — формирователя импульсов (D6.4, D3.1, D3.2); УС — компаратора (D7); ФУИ — формирователя управляющих импульсов (VD20,

VD16-VD19, VТ2, VT3); ЗЧ — схемы защиты по частоте (D4,VD15,D5,D6.3); ЗН — схемы защиты по напряжению (D6.1,D6.2,VT4); ИП — выпрямителя и стабилизатора напряжения (VD10-

VD13, VD14). оптронной развязки VD20;

НазначениеЦифровой тиристорный регулятор напряжения предназначен для установки на судах в качестве регулятора систем автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов.

Принцип действияЦТРН построен по принципу импульсно-фазового управления. Напряжение синхронного генератора определяется током возбуждения, протекающим в обмотке возбуждения генератора. Этот ток регулируется силовым тиристором VS1 в зависимости от его угла открытия. Если тиристор открывается в самом начале положительной полуволны фазы А, то ток возбуждения максимален, если же тиристор открывается при угле близком к 120°, то ток возбуждения минимален. Угол открытия тиристора VS1 регулируется блоком управления и контролируется блоком защиты.

Принципиальная схема блока управления и защит представлена на рис. 9.2. Электронная схема выполнена на основе цифровых микросхем КМОП-логики с напряжением питания ±15В, что обеспечивает помехоустойчивую работу блока. Уровни

101

напряжений на выходах микросхем соответствуют сигналам КМОП-логики. Низкий уровень (или логический ноль) -0В; высокий уровень (или логическая единица) +15В.

Устройство работает следующим образом.Переменное трехфазное напряжение измерительного блока

выпрямляется выпрямителем, собранном на диодах VD1-VD6. Фиксированная часть выпрямленного напряжения падает на стабилитронах VD7, VD8 и диоде VD9. Управляющее напряжение снимается со средней точки подстроечного резистора R3 "Уставка напряжения". Это управляющее напряжение воздействует на задающий генератор, управляемый напряжением. Полевой транзистор VТ1 выполняет роль регулирующего резистора в частотозадающей цепи генератора. При повышении напряжения синхронного генератора повышается управляющее напряжение. Напряжение цепи затвор-исток полевого транзистора VТ1 также возрастает, что приводит к увеличению сопротивления полевого транзистора. Следовательно, частота задающего генератора уменьшается. Наоборот, при уменьшении напряжения синхронного генератора уменьшается управляющее напряжение, напряжение цепи затвор-исток, что приводит к возрастанию частоты задающего генератора. Импульсы с выхода задающего генератора поступают на делитель частоты на 256, собранный на микросхеме D2.

Начальная установка задающего генератора, D1 и делителя частоты D2 осуществляется сигналом с выхода компаратора D7. Компаратор формирует прямоугольное напряжение, соответствующее напряжению фазы А. С начала положительной полуволны фазы А на выходе компаратора формируется сигнал низкого логического уровня, который разрешает работу задающего генератора и делителя частоты. Первоначально делитель частоты находится в нулевом состоянии. При достижении им состояния 255 на его выходе формируется сигнал высокого логического уровня. По фронту этого сигнала

102

формирователем импульсов формируется одиночный импульс длительностью примерно 100 мкс, который через схему оптронной развязки отпирает силовой тиристор VS1. Таким образом, если напряжение синхронного генератора увеличивается, то фазовый угол открытия тиристора также увеличивается. Это приведет к уменьшению тока возбуждения и напряжения синхронного генератора до номинального. При уменьшении напряжения синхронного генератора фазовый угол открытия тиристора также уменьшается, силовой тиристор откроется несколько раньше, что приведет к увеличению тока возбуждения и, следовательно, к восстановлению напряжения синхронного генератора до номинального значения. Номинальное значение напряжения синхронного генератора выставляется подстроечным резистором R3.

Работа задающего генератора, управляемого напряжением, и делителя частоты синхронизируется прямоугольным сигналом с выхода компаратора. При низком логическом уровне компаратора разрешается работа задающего генератора и делителя частоты. По отрицательному переходу выходного сигнала компаратора начинается отсчет фазового угла открытия тиристора. Этот угол может изменяться в пределах от 10° до 120°. Питание всех микросхем осуществляется стабилизированным напряжением через выпрямитель VD10-VD13 и стабилитрон VD14.

Управление силовым тиристором осуществляется импульсом с выхода логического элемента D3.2. Для усиления этого импульса по току, достаточного для надежного открытия тиристора, служит эмиттерный повторитель, собранный на составном транзисторе VТ2, VТ3. Питание эмиттерного повторителя осуществляется от отдельного выпрямителя на диодах VD16-VD19. Для гальванической развязки цепей силового тиристора и цепей электронных схем установлена оптоэлектронная диодная пара VD20.

103

Схема защиты от пониженной частоты предназначена для автоматического отключения возбуждения синхронного генератора при снижении частоты до 47 Гц, например, при остановке дизеля. Схема защиты включает в себя задающий генератор на элементах D4.1, D4.2, D4.4 и делитель частоты на микросхеме D5 и работает следующим образом. Задающий генератор формирует импульсную последовательность частотой примерно 15 кГц. Эта последовательность поступает на делитель частоты, работа которого синхронизируется инвертированным сигналом с выхода компаратора D7. При высоком уровне напряжения па входах установки делителя последний находится в сброшенном состоянии. При появлении напряжения низкого уровня на его установочных входах делитель переводится в режим двоичного счета импульсов. Если частота силового напряжения равна 50 Гц, то до очередного сброса делителя он достигает состояния 128 и на выходе старшего разряда делителя D5 устанавливается напряжение высокого уровня. Таким образом, на выходе делителя формируется последовательность положительных импульсов с частотой синхронного генератора. При снижении частоты синхронного генератора длительность этих импульсов увеличивается, т. к. сброс делителя D5 происходит несколько позже. Далее импульсы с выхода делителя D5 детектируются диодом VD15, и на конденсаторе С16 выделяется постоянная составляющая. При номинальной частоте напряжение на входе элемента D6.3 недостаточно для его переключения. На выходе этого элемента присутствует сигнал высокого логического уровня. Если частота синхронного генератора снижается до 47 Гц, то напряжение на входе элемента D6.3 возрастает и превосходит порог его переключения. На выходе D6.3 устанавливается сигнал низкого уровня и после прохождения через элементы D3.3 и D3.4 сигнал низкого уровня закрывает логический элемент D1.4. Управляющие импульсы на

104

тиристор не поступают, тиристор закрывается и синхронный генератор развозбуждается.

Уставка пороговой частоты развозбуждения синхронного генератора производится подстроечным резистором R18.

Схема защиты от перенапряжений предназначена для автоматического снятия возбуждения с синхронного генератора при превышении напряжения заданной величины при неисправном ЦТРН. Она работает следующим образом. Напряжение с выхода выпрямителя VD10-VD13 через резистор R20 поступает на вход порогового элемента D6.1. При превышении напряжением фазы В порогового на выходе элемента D6.1 устанавливается сигнал низкого уровня, который через элементы D3.3 и D3.4 закрывает элемент D4.1 для прохождения через него импульсов на делитель частоты. Синхронный генератор, как и ранее, развозбуждается. Установка порога напряжения срабатывания защиты осуществляется подстроечным резистором R20. Одновременно с закрытием тиристора транзистором VТ4 включается реле K1 в схеме включения и остановки синхронного генератора. Реле K2 отключает обмотку возбуждения ОВГ. Начальное возбуждение синхронного генератора производится амплитудным способом кнопкой "Пуск". При этом анодное напряжение тиристора, являющееся остаточным напряжением статорной обмотки синхронного генератора, прикладывается к управляющему выводу тиристора. Тиристор открывается и через обмотку возбуждения начинает протекать возрастающий ток, происходит самовозбуждение генератора. При достижении напряжением величины порядка 220 В срабатывает реле R1 в схеме пуска и останова и размыкает контактом К1.1 цепь начального самовозбуждения, предотвращая тем самым подачу на управляющий электрод тиристора высокого напряжения.

105

Управление тиристором при этом передается блоку управления ЦТРН.

Снятие напряжения с работающего генератора производится кнопкой "Стоп", размыкающей цепь управления тиристором.

Возможные неисправности и способы их устранения сведены в таблицу 9.1.

Таблица 9.1

Наименование неисправности,

внешнее проявление и дополнительные

признаки

Вероятные причины Метод устранения

При включенной кнопке П генератор не возбуждается

а) Неисправны VD1, VS1, FU1

Заменить неисправный элемент

б) Обрыв цепи самовозбуждения генератора

Устранить обрыв в цепи самовозбуждения

После самовозбуждения генератора срабатывает защита от перенапряжения

а) Неисправно реле K1 (не разрывает цепь самовозбуждения генератора)

Заменить реле К1

б) Неисправны элементы измерительного звена или блока измерения, управления и защит. На управляющий электрод тиристора VS1 не поступают управляющие импульсы.

Заменить неисправный элемент или блок полностью.

При частоте вращения генератора ниже 0,9 номинального значения возбуждение

Неисправна защита от понижения частоты или реле K2'

Заменить реле или блок полностью.

106

Наименование неисправности,

внешнее проявление и дополнительные

признаки

Вероятные причины Метод устранения

генератора не снимается.

Меры безопасностиЭксплуатацию регулятора производить в соответствии с Правилами технической эксплуатации судовых технических средств, настоящим техническим описанием и инструкцией по эксплуатации.

Персонал, обслуживающий регулятор, должен знать его электрическую принципиальную схему, изучить техническое описание и инструкцию по эксплуатации.

Техническое обслуживание регулятора производить только при отключенном генераторе и выполнении правил техники безопасности.

При монтаже регулятора металлоконструкции должны быть надежно заземлены.

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения ЦTPH.2. Устройство АРН.3. Принцип действия АРН.4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения ЦTPH.

107

ГЛАВА 10.РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ТИПА ТРН

ТРН обеспечивает: автоматическое поддержание напряжения в пределах 2 %

от номинального при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной в статическом режиме;

автоматическое восстановление напряжения с отклонением ± 2 % за время не более 2 с при набросе 50 % или сбросе 100 % нагрузки по току генератора;

автоматическое отключение возбуждения генератора при понижении частоты напряжения генератора до 45 Гц.

СоставРегулятор состоит из следующих составных частей (рис. 10.1):

панели силового блока БС-01 (1 шт.); панели блоков измерения, управления и защит ПБИУЗБ-01

(1 шт.).Конструктивно он выполнен в виде шкафа одностороннего

обслуживания, в котором размещены панели силового блока и блоков электроники.

На панели силового блока (см. рис. 10.1) размещены: диод VD1 с охладителем; тиристор VS1 с охладителем; быстродействующий предохранитель FUI.На панели электронных блоков размещены: трехфазное измерительное звено, состоящее из

понижающих трансформаторов TV1 ÷ TV3 и резисторов R40 ÷ R42;

108

Рис.

10.

1. С

хема

сое

дине

ний

печа

тны

х пл

ат и

пан

елей

109

блок измерения и управления, состоящий из платы измерения и управления ИЭ-01 с дросселем LR и резистором R44; реле К1 с мостом АD30, конденсатором С16 и резистором R43; цепи самовозбуждения синхронного генератора с элементами R39, VD31, кнопкой П, контактами К1:1, К1:2;

блок защиты, состоящий из платы защит ПЗ-01, реле К2 с контактами К2:1, К2:2, К2:3;

цепь защиты тиристора VS1-С14, R38; клеммная сборка с контактами 1:1 ÷1:20; силовой блок представляет собой однофазный

однополупериодный управляемый выпрямитель (VS1, VD1).

НазначениеТРН предназначен для установки на судах в качестве регулятора напряжения в системах возбуждения синхронных генераторов какщеточных, так и бесщеточных.

Принцип действияРегулятор работает по принципу вертикального способа управления, который состоит в сравнении переменной кривой напряжения и регулируемого постоянного напряжения. В момент равенства этих напряжений сравнивающее устройство не выдает сигнала на усилитель.

При нажатии кнопки «П» на обмотку возбуждения вращающегося синхронного генератора с частотой ниже синхронной подается напряжение остаточного намагничивания (или генератора начального возбуждения через диоды), происходит самовозбуждение генератора. При этом тиристор VS1 полностью открыт, так как на его управляющий электрод подается возрастающее напряжение по цепи самовозбуждения: С11 - К1:1 - К39 - VD29 -К1:2 - П-4.

110

Когда напряжение генератора возрастает до 200 В, включается реле К1 и размыкающими контактами К1:1, К1:2 разрывает цепь самовозбуждения. Так как к этому моменту на управляющий электрод тиристора VS1 от платы измерения и управления ПЭ-01 уже поступает напряжение управления, тиристор VS1 переходит в режим регулирования напряжения. Процесс самовозбуждения генератора заканчивается далее включившимся в работу регулятором.

При включенном регуляторе напряжение, а следовательно, и ток возбуждения синхронного генератора определяется углом открытия тиристора VS1, формируемым блоком измерения и управления ПЭ-01 в функции напряжения генератора и реактивного тока нагрузки.

Электронный блок измерения и управления (рис. 10.2) представляет собой систему импульсно-фазового управления тиристором VS1. Работа основана на сравнении синхронизированного с сетью пилообразного напряжения и управляющего напряжения, пропорционального напряжению генератора и реактивному току нагрузки, формируемого трехфазным измерительным звеном. В те моменты времени, когда сумма указанных напряжений превышает заданный уровень, срабатывает управляемый блокинг-генератор, выдающий импульс на управляющий электрод тиристора VS1, который открывается до конца данного полупериода напряжения Uc. В дальнейшем процесс повторяется. При этом напряжение возбуждения генератора увеличивается.

Стабилизатор напряжения платы ПЭ-01 предназначен для питания узлов электронного блока. Он получает питание от трансформатора TV1 через выпрямитель VD7. Это напряжение сглаживается конденсатором С7 в пределах 22-36В. Напряжение на базе VT7 фиксировано параметрическим стабилизатором (резистор R18 и стабилитрон VD10) на уровне 18В. Поэтому выходное напряжение, снимаемое с эмиттера VT7, практически

111

стабильно (поскольку повторяет напряжение на базе). На выходе стабилизатора включен фильтрующий конденсатор С8, уровень напряжения на котором 15-16 В.

Рис. 10.2. Схема электронного блока измерения и правления ПЭ-01

Пилообразное напряжение, синхронизированное с сетью, вырабатывается следующим образом: диод VD8, нагруженный резистором R19, выдает пульсирующее напряжение с частотой сети. Это напряжение огранивается по величине цепочкой R20,

112

VD9 до уровня 3 В и поступает на базу VT8. Поскольку транзистор VT8 закрыт только тогда, когда напряжение на его базе достаточно мало (меньше 0,6 В), то транзистор VT10 будет закрыт только в те моменты, когда питающее напряжение близко к нулю, при этом VТ8 закрывается, на базу VT10 через резистор R25 поступает положительное напряжение со стабилизатора, VT10 открывается и по цепи С9 - R24 - VT10 происходит разряд конденсатора С9. Заряд С9 идет непрерывно через двухполюсник из резистора R23 и транзистора VT9, который образует так называемый источник тока, так как ток, протекающий через подобный двухполюсник мало зависит от приложенного к нему напряжения и определяется типом используемого транзистора и номиналом R23. Благодаря этому, заряд С9 идет практически линейно, напряжение на нем имеет пилообразную форму. Размах «пилы» зависит от величины С9, R23 и частоты питающей сети. При номинальной частоте размах «пилы» устанавливается резистором R23 (при необходимости заменой С9 и VT9) в пределах 24В. Его нельзя уменьшаться во избежание чрезмерного увеличения коэффициента усиления регулятора и возникновения автоколебаний. Стабилитрон VD12 ограничивает напряжение на С19 на уровне 5 В; так как при низкой частоте (остановка, пуск дизеля) или возможных неисправностях С9 может зарядиться до напряжения равного выходному стабилизатора. Пилообразное напряжение, поступившее с С9, суммируется с управляющим напряжением.

Управляющее напряжение снимается с диагонали нелинейного моста R28, VD21, R29, VD22 измерительного узла. На другую диагональ нелинейного моста поступает выпрямленное трехфазным мостом VD13-VD18 и сглаженное двухзвенным R-C фильтром R26-C11, R27-C12 напряжение от измерительного звена. Резистор R26 переменный. С его помощью задается уровень напряжения, необходимый для нормальной работы нелинейного моста. В номинальном режиме напряжение на выходе нелинейного

113

моста близко к нулю, а от измерительного звена поступает напряжение около 30 В. Когда уменьшается или возрастает напряжение генератора, то на выходе нелинейного моста действует напряжение, что отличается от напряжения на выходе измерительного звена в ту или иную сторону от заданного значения 30 В. Напряжение на выходе нелинейного моста будет отличаться от нуля на величину, пропорциональную величине отклонения, и с соответствующей полярностью. Резистор R26 позволяет регулировать напряжение срабатывания схемы сравнения в пределах 20÷40 В.

Сумма управляющего напряжения с нелинейного моста и пилообразного напряжения через резистор R31 поступает на базу транзистора VT11. Стабилитрон VD23 защищает вход транзистора от чрезмерного напряжения при значительных отклонениях входного напряжения схемы сравнения от номинального (при пуске, остановке, сбросе или увеличении нагрузки). Если напряжение на базе VT11 превысит уровень около 0,6 В, то он откроется, зашунтирует вход VT12, который закроется и по цепи R33, R35, R36 на базу транзистора VT13 блокинг-генератора будет формировать импульсы, которые через трансформатор ТИ и диод VD27 в положительной полярности поступят на управляющий электрод тиристора VS1. Элементы VD25, R37 блокинг-генератора предназначены для создания небольшого положительного смещения на эмиттере VT13, что препятствует запуску блокинг-генератора открытым VT12, то есть тогда, когда сумма управляющего и пилообразного напряжений на базе VT11 меньше 0,6 В. Таким образом, при изменении управляющего напряжения изменяется время, в течение которого напряжение на базе VT11 больше 0,6 В, а значит, и время включенного состояния тиристора, которое определяет напряжение на выходе регулятора. Диод VD26 защищает VT13 и

114

обмотки трансформатора ТИ от пробоя при резком закрытии VT13.

Электронный блок защит обеспечивает: защиту обмотки возбуждения от перегрузки по току при

вращении невключенного генератора с пониженной частотой (защита от пониженной частоты);

защиту генератора от работы при неисправном регуляторе (защита от перенапряжения).

Защита от пониженной частоты. При пониженной частоте вращения генератора-f регулятор полностью открывает тиристор VS1, пытаясь поддерживать номинальное напряжение. Защита от пониженной частоты транзистором VT5 блокирует при f<45 Гц блокинг-генератор VT13 блока измерения и управления, тиристор VS1 закрывается полностью и отключает обмотку возбуждения.

Защита работает следующим образом (рис. 10.3). С вторичной обмотки трансформатора TV1 (клеммы 11, 28 В) положительные полуволны напряжения, ограниченные стабилитроном VD3, преобразуются триггером Шмита Д1.2 в прямоугольные импульсы с крутыми фронтами, которые поступают на вход инвертора Д1.3 и на входы 3 и 4 формирователя Д2. Длительность импульсов, формируемых триггером Д1.2 определяется частотой генератора. С уменьшением частоты длительность импульсов возрастает. Формирователь Д2 формирует по передним фронтам поступающих импульсов прямоугольные импульсы стандартной длительности с выхода 1 формирователя Д2 поступают на вход 4 элемента сравнения Д3.1 и сравниваются с инвертированными импульсами триггера Д 1.2, поступающими на вход 5. Элементом сравнения Д3.2 сравниваются не инвертируемые импульсы триггера Д1.2 и инвертируемые импульсы стандартной длительности формирователя Д2. Инвертированные импульсы с элементов сравнения Д3.1 и Д3.2 поступают соответственно на

115

входы 9 и 13 выходного триггера Д3.3, Д3.4. Если частота генератора f>45 Гц на выходе 8 выходного триггера напряжение равно нулю, транзистор VT5 открыт, регулятор включен. Если частота генератора f<45 Гц, т.е. длительность импульсов формирователя Д2 уменьшается, происходит изменение состояния выходного триггера. На базу транзистора VT5 с выхода 8 поступает запирающее напряжение, транзистор VT5 закрывается, блокирует блокинг-генератор блока измерения и управления, тиристор VS1 закрывается.

116

Рис.

10.

3. С

хема

пла

ты за

щит

ы

117

Защита от перенапряжения. При исправном регуляторе повышение напряжения генератора на 2 % вызывает прекращение поступления импульсов на управляющий электрод тиристора VS1. Повышение напряжения выше 2 % возможно только при неисправном регуляторе или поврежденном тиристоре. Защита при перенапряжении с задаваемой выдержкой времени включает реле К2. Реле К2 включает контактор защиты IKM.

Примечание: Если выключатель гашения поля возбуждения генератора IQF имеет катушку дистанционного отключения РцДц, то контактор IKM не устанавливается, а реле К2 замыкает цепь катушки РцДц и включает IQF. Контактор IKM контактом IKM.1 формирует под автоматическим выключателем IQF короткозамкнутую цепь и автоматический выключатель IQF выключается и отключает обмотку возбужденного генератора. Одновременно реле К2 отключает генераторный автоматический выключатель.

Защита работает следующим образом. Напряжение с вторичной обмотки трансформатора TV1 (28 В) через ограничивающий резистор R1 поступает на установочный потенциометр R2, а с него на вход 5 триггера Д1:1. Если напряжение генератора превысит заданное значение, триггер Д1:1 формирует прямоугольные импульсы, поступающие на базу ключевого транзистора VT1. Импульсным током транзистора VT1 через зарядный резистор R5 и диод VD1 заряжается конденсатор С1, резистором R7 и потенциометром R6 устанавливается выдержка времени срабатывания защиты. Напряжение, снимаемое с R9, усиливается эмиттерным повторителем VT2 и подается на ключевой усилитель мощности, реализованный на транзисторах VT3, VT4 разной проводимости и питает катушку реле К2. Если напряжение генератора превысит уставку, схема защиты от перенапряжения с установленной с помощью R6

118

выдержкой времени включит реле К2. Напряжение питания микросхем блока защит (5 В) стабилизируется транзисторным стабилизатором, собранным на транзисторе VT6, стабилитроне VD4 и диоде VD5.

Таблица 10.1 — Возможные неисправности и способы их устраненияНаименование неисправности,

внешнее проявление и

дополнительные признаки

Вероятные причины Метод устранения

1. При включенной кнопке П генератор не возбуждается

Неисправны VD1, VS1, FU1 Заменить неисправный элемент

Обрыв в цепи самовозбуждения генератора

Устранить обрыв в цепи самовозбуждения

2. После самовозбуждения генератора срабатывает защита от перенапряжения

Неисправно реле K1 (не разрывает цепь самовозбуждения генератора) или выпрямительный мост VD30

Заменить реле K1 или выпрямительный мост

Неисправны элементы измерительного звена или платы измерения и управления ПЭ-01. На управляющий электрод тиристора VS1 не поступают управляющие импульсы

Заменить плату ПЭ-01 или неисправный элемент измерительного звена

Меры безопасности: эксплуатацию регулятора производить в соответствии с

«Правилами технической эксплуатации судовых технических средств», настоящим техническим описанием и инструкцией по эксплуатации;

персонал, обслуживающий регулятор, должен знать его электрическую принципиальную схему, изучить настоящее техническое описание и инструкцию по эксплуатации;

119

техническое обслуживание регулятора производить только при отключенном генераторе и выполнении правил техники безопасности;

при монтаже регулятора металлоконструкции должны быть надежно заземлены.

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения TPH.2. Устройство АРН.3. Принцип действия АРН.4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения TPH.

120

ГЛАВА 11.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ ELIN

Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения фирмы ELIN (рис. 11.1) представляет собой систему прямого фазового компаундирования с корректором напряжения.

Система обеспечивает при одиночной работе генератора поддержание напряжения с точностью от 0,9 до 1,05 номинального значения напряжения генератора Uн. При этом допускается длительное отклонение частоты в предела 48-65 Гц и температуры окружающей среды от -30 ºC до +45 ºC.

СоставСхема, представленная на рисунке 11.1, состоит из:

синхронного генератора G1 с обмоткой возбуждения ОВГ; возбудителя G2 и его обмотки возбуждения ОВВ; вращающихся выпрямителей RR; блока силовых выпрямителей В1; компаундирующих трансформаторов тока TT1-TT3; дросселя Др с регулирующим воздушным шунтом; трансформаторов напряжения ТР1,ТР2; выключателя гашения поля ВГП; трансформатора тока ТТ4 в цепи регулировки статизма при

параллельной работе генератора; корректора напряжения КН.Корректор напряжения состоит из: выпрямительных мостиков текущего и эталонного

задающего напряжений генератора Uт – Uэ; усилителя на транзисторах Т1,Т2;

121

Рис.

 11.

1. С

исте

ма в

озбу

жде

ния

бесщ

ёточ

ных

гене

рато

ров

фир

мы E

LIN

122

фазоинвертного каскада на транзисторе Т3, резисторах R21, R22 и конденсаторе C6.

Синхронный возбудитель имеет обмотку переменного тока, расположенную на роторе и полюса с обмоткой возбуждения постоянного тока на статоре.

Вращающийся выпрямитель находится возле активного железа ротора возбудителя на специальном монтажном кольце. Там же находится и варистор U.

Система возбуждения осуществляет прямое фазовое компаундирование при помощи однофазных трансформаторов тока ТТ1-ТТ3, дросселя Др и трансформатора напряжения Тр1.

Принцип действия состоит в измерении дифференциала текущего и заданного значений напряжений генератора, усилении его, определении фазы подачи управляющего сигнала на тиристор, который частично или полностью шунтирует питание обмотки возбуждения возбудителя ОВВ, поддерживая напряжение генератора в заданных пределах.

БСГ состоит из синхронного генератора, возбудителя и вращающихся выпрямителей с варистором U. Возбудитель имеет обмотку переменного тока на роторе и обмотку возбуждения на статоре, т.е. является обращенной синхронной машиной.

Вращающиеся выпрямители находятся возле возбудителя и ус-тановленного на фигурную ступицу конца вала.

Компаундирование осуществляется токовыми однофазными трансформаторами, ТТ, дросселем Др. с регулируемым воздушным зазором и трансформатором Tp1.

Система возбуждения настраивается таким образом, чтобы на холостом ходу с отключенным корректором и номинальной частотой вращения напряжение генератора было 1,1-1,15 Uгн. Уменьшение тока до номинальной величины осуществляется корректором напряжения КН.

КН получает питание от Тр2 с двумя вторичными обмотками W2 (55В) и W3 (12В). Напряжение обмотки W2 выпрямляется

123

выпрямителем В2, фильтруется электролитическим конденсатором С1 и стабилизируется кремниевым стабилитроном Ст1. Величина стабилизированного напряжения устанавливается равной 30 В.

Напряжение, выпрямленное блоком ВЗ, подается на базу тран-зистора Т1, где производится сравнение напряжений заданного 9 В на стабилитроне Cт2 с фактическим. Разностью этих напряжений управляется усилитель на транзисторах Т1 и Т2, который выдает пропорциональный сигнал на фазоинверторный каскад, собранный на транзисторе ТЗ и резисторах R21 и R22, который заряжает конденсатор С6 с необходимой скоростью.

При достижении напряжения на конденсаторе величины срабатывания динистора ДЗ, 12В происходит разряд конденсатора через резистор R27 по цепи управляющий электрод-катод тиристора. Тиристор открывается и замыкает фазы выпрямителя В1 через R2. В результате ток возбуждения снижается и уменьшается напряжение генератора.

Для установки величины напряжения предусмотрены переменные резисторы R5 и R7. Резистор R5 размещен на лицевой панели ГРЩ. Напряжение, пропорциональное напряжению генератора с R5 и R7, подается через Д1 на резисторы R10 и R11.

Характер восстановления напряжения при включении нагрузки зависит от скорости срабатывания управляющего усилителя, которая регулируется настройкой обратной связи, включающей в себя конденсатор С2 и пропорционально-интегральную схему из резистора R16 и конденсаторов СЗ и С4. Автоколебания системы устраняются также настройкой обратной связи, и если это не удается, то увеличивают сопротивление резистора R2 в цепи тиристора. Резистор R29, шунтирующий цепь управляющий электрод-катод тиристора служит для уменьшения влияния паразитных емкостных связей в этой цепи. Стабилитрон Ст2 обеспечивает повышение потенциала эмиттера транзистора Т3 до

124

уровня, необходимого для согласования работы транзисторов Т1 и Т3.

Обратная связь по току генератора, необходимая для получения требуемого астатизма внешних характеристик генератора, состоит из трансформатора тока ТТ4 и резистора R6. При одиночной работе генератора R6 шунтируется перемычкой.

Для защиты тиристора от перенапряжений при КЗ в цепи анод-управляющий электрод тиристора установлен газоискровый разрядник ГР, который при превышении анодного напряжения тиристоров свыше 400 В срабатывает и подаёт импульс на управляющий электрод тиристора, который открывается, что и обеспечивает его защиту от высокого напряжения.

Для ограничения тока замыкания фаз выпрямителя В1 и уменьшения подмагничивания постоянным током трансформаторов тока последовательно с тиристорами установлен резистор R2. Защита В1 от перенапряжений на ОВВ, возникающих при работе тиристора, обеспечивается резисторами R3 и R4, сопротивление которых в 6 раз больше сопротивления ОВВ.

Элементы системы возбуждения рассчитаны для обеспечения режима трехфазного КЗ в течение 10 с при установившемся токе КЗ около 1,6 Iн.

Мощность возбудителя рассчитана на обеспечение номинального напряжения генератора при токе, равном 1,25 Iн и cos φ=0,8 в течение непродолжительного времени.

Ударный ток трехфазного глухого замыкания не превышает 15-кратного амплитудного значения номинального тока. Самовозбуждение обеспечивается остаточным напряжением, составляющим около 4% Uн.

Возбуждение снимается выключателем гашения тока ВГП шунтирующим ОВВ сопротивлением, равным 28 Ом.

125

Габаритные размеры данного генератора меньше размеров отечественного генератора МСС 375-750 мощностью 300 кВт при 750 об/мин.

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения ELIN.2. Устройство АРН.3. Принцип действия АРН.4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения ELIN.

126

ГЛАВА 12.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ STRÖMBERG2

Система является унифицированной замкнутой и представляет собой импульсно-фазовое управление тиристорами по отклонению напряжения вертикальным способом.

Состав (рис. 12.1):

Рис. 12.1

G — синхронный генератор;2 Глава подготовлена совместно со старшим преподавателем Тумольским А.П.

127

JK — обмотка возбуждения СГ; ТA — трансформатор тока; D — трехфазный выпрямитель с трансформатором

напряжения TV2; е1 — выключатель защиты цепи возбуждения от сверхтока; d1 — контактор включения начального возбуждения; TV1 — трехфазный трансформатор питания АРН; b1 — кнопка моторного реостата EVA; PB — кнопка начального возбуждения от аккумулятора АБ; EVA — внешний реостат заданного напряжения генератора

АРН; AVR — автоматический регулятор напряжения.В свою очередь АРН (рис. 12.2) состоит из:

G

Рис. 12.2. Блок-схема регулирования напряжения r2 — потенциометра обратной связи; D — трехфазного выпрямительного моста; C — цепи стабилизированного питания блоков АРН ± 12 В; PI — компаратора-усилителя; P — цепи импульсного управления тиристорами;

128

T — тиристорного блока; U> — устройства защиты генератора от перенапряжения; E — цепи начального возбуждения.Работа: заданное напряжение генератора Uзад, регулируемое

реостатом EVA, и текущее напряжение генератора Uтек поступают на компаратор-усилитель Р1 (см. рис. 12.2), где сравниваются, и определяется

ΔU = Uтек – Uзад.

Величина ΔU невелика — 1-8 В. Поэтому она усиливается и поступает в Р-цепь импульсного управления тиристорами. В зависимости от величины усиленного ΔU изменяется угол открытия тиристоров.

Когда включается нагрузка на генератор, его текущее напряжение Uтек пропорционально уменьшается. Напряжение Uзад

будет поддерживаться постоянным, благодаря уставке и стабилизатору напряжения С.

Напряжение выхода усилителя ΔU' начинает повышаться. Если это продолжается значительное время, то тиристорный блок увеличивает напряжение возбуждения (следовательно, и ток), что в общем случае приводит к повышению напряжения генератора.

Таким образом, выходное напряжение усилительного блока при различных нагрузках регулирует ток возбуждения в таких пределах, чтобы напряжение генератора поддерживалось на заданном значении.

На рис. 12.3 показаны кривые влияния выходного напряжения ΔU усилителя на напряжение конденсатора, К9 — U5 и на угол зажигания тиристора. Минимальное напряжение усилителя — 10 В. Если генератор работает на холостом ходу, напряжение усилителя будет 8 В. Если генератор работает на номинальной нагрузке, напряжение усилителя — -5 В. (в зависимости от типа регулятора).

129

Рис. 12.3. Графическое определение угла открытия тиристора

На рис. 12.4 показана зависимость напряжения возбуждения от напряжения усилителя ΔU: по вертикали — напряжение возбуждения, по горизонтали — напряжение усилителя.

Рис. 12.4. Диаграмма зависимости напряжения возбуждения от напряжения усилителя ΔU

130

Действие тиристорного блока. Цепь зажигания тиристора, используемая в регуляторе, соответствует принципиальной схеме, приведенной на рис. 12.5 (эквивалентная схема указана для одной фазы (R) тиристорного моста).

Рис. 12.5. Цепь зажигания тиристора

Когда напряжение R-фазы начинает увеличиваться, конденсатор k9 заряжается через сопротивление r13 и по достижению значения, соответствующего напряжению зажигания тиристора, конденсатор разряжается и тиристор открывается. Регулировкой сопротивления r13 можно установить любой необходимый момент включения тиристора. Обычно r13

фиксируется в определенном положении, а зажигание тиристора выполняется в зависимости от выходного напряжением усилителя.

Силовой тиристор n1 (рис. 12.6) управляется маломощным вспомогательным тиристором n7, имеющим значительно меньший ток управления. Выходное напряжение усилителя находится в пределах от –10 B до +10 B. Один конец конденсатора k9 соединен с питающим напряжением -12 B. Диод n5 является защитным от зарядки конденсатора через сопротивления r15 и r16 в

131

случае отрицательного выходного напряжения ΔU' усилителя. Отходящие концы усилителя соединены с цепями зажигания тиристоров через диоды n5. Резисторы r13 регулируются так, что углы зажигания всех тиристоров одинаковые при том же выходном напряжении ΔU' усилителя.

Рис. 12.5. Принципиальная схема блока усилителя

PI — интегральный усилитель ( рис. 12.6). Основное назначение усилителя состоит в том, чтобы сравнивать текущее напряжение генератора Uтек и заданное Uзад с нулевым потенциалом 0 В.

Когда увеличивается положительное значение Uзад

относительно нулевого потенциала, выходное напряжение ΔU ٰстановится отрицательным, в результате чего углы открытия тиристоров и среднее значение тока возбуждения уменьшаются. Соответственно, когда падает напряжение генератора, значение Uзад становится отрицательным по отношению к текущему напряжению, а выходное ΔUٰ — положительным, напряжение

132

возбуждения повышается. Диапазон изменения напряжения выхода ΔU зависит от величины обратной связи усилителя.

Узел обратной связи состоит из конденсатора K2, ряда резисторов r9 – r11 и конденсаторов K3-K5 с различными вариантами включения.

Управляющее напряжение регулятора постоянного тока, пропорциональное текущему напряжению генератора, снимается с блока «трехфазный трансформатор ml — выпрямительный мост n0l» (рис. 12.7). Напряжение питания ±12 В усилителя поддерживается стабилитронами n2, n3. Общая точка стабилитронов, соединенная с тиристорным мостом и выводом J обмотки возбуждения генератора, используется как нулевой и эталонный потенциалы.

Рис. 12.6. Принципиальная схема регулятора напряжения типа SMUJ (фаза R)

Составляющая напряжения от реактивной мощности генератора суммируется с напряжением трансформатора ml (включая токовый компенсационный трансформатор fl и сопротивление г2.) Сопротивления rl и r2 узла стабилизации напряжения настроены таким образом, что усилитель имеет на выходе полное напряжение при 50 % напряжении генератора.

133

Конденсаторы К1, К6, К7 (последние два не показаны), являются защитными для аппаратуры при различных повреждениях соединительных кабелей генератора, серводвигателя и др.

Начальное возбуждение генератора. В регуляторах типа SMUJ узел начального возбуждения (рис. 12.7) состоит из трансформатора m3, диода n5 и реле d1. Когда напряжение обмотки статора достигнет 50 % величины от номинального, оно становится вполне достаточным для нормального функционирования регулятора. Каждый тиристор открыт на 120о

до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет номинального значения.

Рис. 12.7. Цепь начального возбуждения

Когда вспомогательное напряжение достигает величины более 150 В, необходимость в блоке начального возбуждения отпадает и реле dl отключает цепь трансформатора m3.

На рис. 12.9 показан трансформатор m2, который питает также цепь защиты от перенапряжения. Напряжение постоянного тока 134

48B от трансформатора m2 после выпрямителя n16, необходимое для срабатывания реле dl, стабилизируется цепью: стабилитроны n17, n18 и транзисторы р3 и р4. Непосредственное включение реле осуществляется тиристором n20, который открывается, когда напряжение выходного диодного моста n16 достигает необходимого значения, определяемого резистором г31 и г35. Для улучшения стабильности работы последовательно с управляющим электродом тиристора n20, включен стабилитрон n2.

Рис. 12.9. Схема отключения первоначального возбуждения

В общем случае, резисторы r31 и r35 подбираются так, чтобы включение тиристора производилось при напряжении генератора около 200 В.

Для начального возбуждения может быть использована аккумуляторная батарея 12 – 24 В или какой-либо другой источник, который подключается к клеммам 7, 8 АРН.

Аккумуляторы подключаются к регулятору согласно схеме рис. 12.10.

Блок компенсации АРН. При параллельной работе увеличение тока возбуждения влечет за собой увеличение реактивной мощности, вследствие чего ток статора может превысить номинальное значение. При отсутствии узла компенсации

135

реактивная мощность не может равномерно распределяться между генераторами. Неустойчивого распределения реактивных мощностей можно избежать обеспечением наклонного типа характеристики регуляторов. Практически это осуществляется добавлением к напряжению обратной связи компонента, зависящего от тока нагрузки.

Рис. 12.10. Схема подключения аккумулятора начального возбуждения к регулятору

На рисунке показаны изменения напряжений двух параллельно работающих генераторов в зависимости от реактивного тока нагрузки и при наличии токовой компенсации. Наклонность характеристики регуляторов одинаковая (рис. 12.11, а). При определенной нагрузке общее напряжение равно U. Точки пересечения горизонтальной, изображающей напряжение U, и характеристики генераторов соответствуют реактивным токам генераторов.

136

Рис. 12.11. Распределение реактивной мощности в зависимости от нагрузочных характеристик генераторов и их мощностей:

а — генераторы одинаковой мощности; б — генераторы разной мощности

Путем уставки напряжений холостого хода U01 и U02 и наклонов характеристик на одинаковое значение, реактивные токи генераторов будут одинаковые. При разной мощности генераторов, каждый генератор отдает реактивную мощность, пропорциональную его номинальной мощности. Из теории известно, что падение напряжения на резисторе r2 активной составляющей главного тока незначительно влияет на величину напряжения регулятора.

На схеме (рис. 12.12) видно, что ток генератора фазы "S" от трансформатора fl поступает на r2. Падение напряжения на этом отрезке добавляется к напряжению Uan вторичной обмотки одной фазы трансформатора ml. Напряжения обратной связи U32

снимается с моста nl через соответствующий делитель напряжения.

137

Рис. 12.12. Схема токовой стабилизации регулятора типа SMUJ

Так как реактивная составляющая главного тока фазы S проходит параллельно с отрезком напряжения UTR, а вектор активной составляющей — перпендикулярно ему, то дополнительное напряжение, которое прибавляется к Uan, зависит только от реактивной составляющей тока (рис. 12.13).

138

Рис. 12.13. Векторное регулирование

Уравнение для выходного напряжения моста nl имеет вид:

,

где μі — коэффициент трансформации трансформатора fl (200/1A – 2000/1A); Iqs — реактивный ток фазы S; RS — уставка сопротивления r2 (общее сопротивление 25 Oм, шкала 0-10); U — напряжение генератора.

Соответственно уравнение для токовой стабилизации может быть выражено:

,

где Un, In, sin φn — паспортные данные генератора.Таким образом, при желании получить необходимую

паспортную компенсацию правильную уставку сопротивления r2 можно рассчитать из этой формулы.

139

Токовая стабилизация для синхронных машин устанавливается в пределах 0,5-5 %. Рекомендуется потенциометр r2 устанавливать в положение “5”, что будет соответствовать 2-3 % токовой стабилизации, зависимой от трансформатора fl.

Защита от перенапряжения (рис. 12.14). Блок защиты от перенапряжений представляет отдельную электронную цепь на общей карте регулятора. Защита может быть настроена в пределах 0,8 – 1,5 Un и предназначена для отключения генератора при превышении напряжения генератора или отдельных цепей регулятора.

Рис. 12.13. Схема защиты от перенапряжения

Питающее напряжение поступает от трансформатора m2, выпрямитель n9 и стабилизируется группой стабилитронов n12, а напряжение обратной связи — от выпрямителя через делитель r20, r21. Напряжение сравнения для усилителя поступает по цепи: полевой транзистор Р1 с каналом N – типа и стабилитрон n10. Это напряжение может быть подрегулировано потенциометром r22.

Усилитель і2 сравнивает напряжение обратной связи с эталонным. В цепь обратного напряжения включен фильтр k10 – r25 – k11, который обеспечивает выдержку времени около 600 мс.

Если обратное напряжение на клемме 3 усилителя по отношению к потенциалу А15 больше, чем напряжение сравнения на клемме 2, напряжение усилителя возрастает приблизительно до

140

±10 В и ток начинает проходить через стабилитрон n14, открывая транзистор p2 и сигнал поступает на управляющий электрод тиристора n15.

Вспомогательная катушка выключателя, е1 получает питание и регулятор отключается от генератора. Контакты этого выключателя в то же время подают питание на автоматический выключатель генератора и он отключается от сети.

Во время пуска и разгона ДГ регулятор поддерживает максимальное возбуждение до тех пор, пока напряжение статора не превысит (в пропорциональном отношении) установленную величину эталонного напряжения. После этого возбуждение уменьшается за счет сокращения времени включения тиристоров.

Время колебаний напряжения находится в пределах 0,3 – 0,5 с. Возникающее перенапряжение в период пуска колеблется от 1,1 – 1,3Un и зависит от генератора и его двигателя.

Фильтр k10 – r25 – k11 является демпфером для срабатывания защиты от перенапряжений. Компоненты фильтра подбираются так, чтобы в каждом отдельном случае мог быть обеспечен нормальный пуск ДГ без срабатывания защиты. Соответствующие качания напряжения происходят и при отключении от генератора нагрузки. В данном случае пики напряжения зависят только от конструкции генератора и не могут быть устранены любым регулятором.

Величина пиков напряжения при сбросе нагрузки колеблется в пределах 1,1 – 1,2Un.

Неисправности и их устранениеПроверка тиристоров. Отсоединить управляющие электроды тиристоров n2 и n3. Запустить генератор без нагрузки и замкнуть защитные выключатели el. Если напряжение статора поднимется до установленного значения, но не превысит его, то тиристор n1 цел. Аналогично проверяются и другие тиристоры.

141

Проверка тиристорного моста. Если Uг ниже или выше нормы, удалить перемычку 1-2 на клеммной рейке регулятора и подключить между зажимами 1 и 3 закорачивающий провод или сопротивление 1…3 кОм. После этого напряжение можно на время уставить на должное значение потенциометром r7 на регулировочной карте. При необходимости заменить поврежденные тиристоры, а также регулировочную карту запасной.

Проверка диодов. Для проверки диодов можно пользоваться обычным универсальным измерительным прибором с диапазоном измерения сопротивления 100 Ом. Сопротивления диодов при измерении универсальным измерительным прибором должны быть не менее 50 Ом в открытом состоянии и бесконечно велики в закрытом. Если стрелка измерительного прибора будет отклоняться, заменить диод новым.

Если реактивные мощности генераторов отличаются друг от друга, или, если указываемые измерительными приборами на щите токи нагрузки разной величины, следует изменить напряжение генератора 2 моторным потенциометром EVA до тех пор, пока реактивные мощности не будут приблизительно равны 0, т.е. токи будут одинаковой величины.

Если реактивные мощности значительно отличаются друг от друга или «качаются», следует проверить проводку цепей токовой стабилизации (трансформатор тока f1 и потенциометр r2).

Если между показаниями измерительных приборов реактивной мощности существует небольшое отличие, изменить уставку потенциометра r2 в регуляторе генератора 2 таким образом, чтобы разница исчезла.

Если напряжения несимметричные, то повреждены фазные проводники питающих трансформаторов действительного значения m1 и вспомогательного напряжения m2 — проверить проводку и соединения.

142

При параллельной работе генераторов распределение реактивных мощностей неравномерное. Проверить действие тиристорного моста. Заменить поврежденные тиристоры и при надобности также регулировочный блок запасным.

Если моторный потенциометр не оказывает никакого влияния на напряжение, замкнуть его накоротко и временно уставить напряжение потенциометром r7 .Для дистанционной регулировки можно подключить к зажимам 1 и 3 клеммной рейки регулятора потенциометр 1…2 кОм после удаления перемычки между зажимами 1 и 2.

Обслуживание. Большинство компонентов регулятора — статические и поэтому они не требуют особого ухода. Однако рекомендуются следующие меры:

затягивать все крепежные и соединительные винты. Это следует выполнить по прошествии 2...3 месяцев после начала эксплуатации;

накопившиеся в шкафу пыль и прочие загрязнения следует удалять, пользуясь пылесосом и жидким составом CLEANER для электромеханических аппаратов;

следует регулярно проверять действия реле dl и состояние его контактов.

АРН изготавливаются в следующих модификациях: SMUJ 75 K3 и SMUJ 200 K1 на токи возбуждения 75 А и 200 А, соответственно, при напряжении возбуждения 145 – 175 В.

Точность поддержания напряжения составляет ±1,5 %, время восстановления 0,2 с (регулируемое в пределах 0,1 ÷ 0,5 с). Напряжение регулируется при помощи потенциометра EVA ±10 %Uпот.

Контрольные вопросы1. Принцип действия системы возбуждения Strömberg.2. Устройство АРН.3. Принцип действия АРН.

143

4. Возможные неисправности системы возбуждения.5. Обслуживание системы возбуждения Strömberg.

144

ГЛАВА 13.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТИПА STAMFORD

Технические данные: напряжение цепи управления — 190 - 264 В; частота тока — 50/60 Гц; внешняя регулировка напряжения — ±10%; перегрузка по напряжению регулятора — 300 В; допустимая вибрация — 20÷100 мм/с; допустимые колебания температуры от –40 ºC до +70 ºC; точность поддержания напряжения генератора ±1%Uн; относительная влажность — до 95%; максимальная чувствительность — 0,22A при статизме 5%.Состав (рис. 13.1): бесщеточный синхронный генератор; PMG (permanent magnet generator) — предвозбудитель

постоянного тока; MX341 — автоматический регулятор напряжения; HAND TRIMMER(EVA) — внешний потенциометр уставки

заданного напряжения; DROOP — дополнительная успокоительная статорная

обмотка СГ (опция).Автоматический регулятор напряжения МХ321 предназначен

для управления током возбуждения бесщеточных синхронных генераторов. Начальное возбуждение поступает от трехфазного предвозбудительного генератора PMG. При этом управляющие цепи AРН отключаются от эффектов нелинейных нагрузок и уменьшается влияние частоты на напряжение генератора. Таким образом, PMG используется для наилучшего возбуждения БСГ.

145

Рис.

 13.

1. С

хема

сое

дине

ний

сист

емы

воз

буж

дени

я и

авто

мати

ческ

ого

регу

лиро

вани

я на

пряж

ения

STA

MFO

RD

146

AVR измеряет напряжение генератора и управляет возбуждением для поддержания напряжения на заданном уровне, компенсируя изменение нагрузки, частоту вращения, температуру и cosφ генератора.

Измерение частоты электрической цепи и частоты вращения вала генератора обеспечивает защиту от пониженной частоты системы возбуждения понижением выходного напряжения генератора пропорционально установленной частоте вращения.

Максимальное возбуждение ограничивается безопасным периодом отключения выходного устройства АРН. Это состояние сохраняется до полной остановки генератора.

АРН включает защиту от перенапряжения с отключением выходного устройства регулятора и возможности отключения АСВ в случае различных неполадок при оптимальном возбуждении.

Устройство обеспечивает возможность дистанционного управления АРН, позволяя оператору оптимально регулировать выходное напряжение генератора.

Для обеспечения параллельной работы генераторов равной мощности АРН имеет соответствующую цепь.

Автоматический регулятор напряжения состоит из (рис. 13.2, а): PDR (Potential Divider & Rectifier) — делителя напряжения и

выпрямителя; DCM (DC Mixer) — аналогового смесителя; R (3 Phase Rectifier) — трехфазного выпрямителя выходного

сигнала трансформатора тока генератора; A (Amplifier) — усилителя-компаратора; StC (Stability Circuit) — цепь стабилизации; PS (Power Supply) — блок питания; SyC (Synchronizing circuit) — синхронизирующая цепь; PSD (Power Control Devices) — питание цепей управление; ACB (Circuit Breaker) — генераторный автомат;

147

OED (Over Excitation Detector) — защита от перевозбуждения генератора;

OVD (Over Voltage Detector) — защита от превышения напряжения генератора.

148

Рис. 13.2. Функциональная схема AVP типа STAMFORD (a), панель настройки (б) и таблица регулирования (в)

Функции AРН (рис. 13.2, а).

149

PD&R (Potential Divider & Rectifier ) — делитель напряжения - выпрямитель берет лишнюю часть выходного напряжения генератора, которое регулируется потенциометром и внешним ручным реостатом при необходимости. Сюда приходит и сигнал от ЦПР. Выпрямитель преобразует переменный выходной сигнал в соответствующий сигнал постоянного тока;

DCM (D.С. Mixer) — добавляет аналоговый сигнал напряжения генератора;

3PR (3 Phase Rectifier) — преобразует выходной сигнал ограничителя трансформатора тока СТ в соответствующий сигнал постоянного тока напряжения генератора;

Amp (Amplitier) – сравнивает текущее напряжение генератора или токовый сигнал с заданным напряжением и разницу ΔU усиливает для обеспечения регулирующего сигнала АРН;

Ramp Generator, Level detector & Driver — управляет временем открытия тиристоров силовой цепи, обеспечивая возбуждение требуемой величины для поддержания напряжения генератора в требуемых пределах;

StC (Stability Circuit) — цепь стабилизации обеспечивает регулировку отрицательной обратной связи с целью достижения устойчивой стабильности в переходных режимах;

PS (Power Supply) — обеспечивает питание всех цепей АРН;LHzD (Low Hz Detector) — защита от пониженной частоты;

измеряет период каждого электрического цикла и регулирует напряжение генератора для уменьшения линейной аппроксимации от частоты вращения. Горение светодиода предупреждает о пониженной частоте вращения дизель-генератора;

PCD (Power Control Devices) — изменяет величину тока возбуждения в соответствии с дифференциалом усилителя;

AСB (Automatic Circuit Breaker) — автоматический генераторный выключатель; отключает систему управления и генератор в случае срабатывания защит генератора;

150

OED (Over Excitation Detector) — защита от перевозбуждения генератора; последовательно измеряет ток возбуждения и уменьшает его, если текущее значение больше, чем в установившемся режиме. Этот сигнал также обеспечивает отключение — EХС.TRIP;

OVD (Over Voltage Detector) — защита от перенапряжения; последовательно измеряет напряжение генератора и уменьшает его, если текущее значение больше, чем в установившемся режиме. Этот сигнал сопровождается отключением АСВ и регулируется OVER/V – уставкой;

Dip и Dwell-цепи обеспечивают регулировку времени восстановления напряжения.

Синхронизирующая цепь используется для удержания RAMP Generator и LHzD бездействующими на период работы PMG.

Регулировка (рис. 13.2,б).Выходное напряжение генератора устанавливается на заводе-

изготовителе, однако его можно изменять при помощи потенциометра «VOLT» на регулировочной панели AVR или внешним реостатом уставки EVA. Клеммы 1 и 2 AVR можно закоротить, если нет необходимости в ручной регулировке.

Внимание. Не повышайте Uг выше номинального и не заземляйте ручные терминалы регулирования напряжения.

После замены АРН необходимо сделать следующее: повернуть потенциометр VOLT в крайнее левое положение

против часовой стрелки, затем установить его в среднее положение;

установить потенциометр STABILITY в среднее положение; подсоединить вольтметр со шкалой 0-300 В переменного

тока между фазой и нейтралью генератора; запустить генератор без нагрузки с частотой 60-63 Гц; если загорится красная индикатор LED, обратиться к

регулировке UFRO (Under Frequency Roll OFF);

151

повернуть потенциометр VOLT по часовой стрелке до достижения значения напряжения Uном;

если номинальное значение Uг поддерживается нестабильно — обратиться к регулировке устойчивости или повторить регулировку напряжения.

Настройка устойчивости или демпинг выполняется при помощи переключений соответствующей цепи для различной мощности генераторов (90 кВт, 90-550 кВт или более 550 кВт) как показано на рис. 13.2. Дальнейшая регулировка производится без нагрузки генератора.

UFRO или регулировка от пониженной частоты осуществляется при помощи перемычек «Frequency Selection» с соответствующими полюсами и частотой генераторов (4Р60 Гц, 4Р50 Гц, 6Р60 Гц) как показано на рис. 13.2,б. Красный индикатор (LED) горит, когда цепь UFRO работает, т.е. частота понижена и находится в зоне 57-60 Гц (или 47-50 Гц).

Регулировка статизма осуществляется потенциометром DROOP и составляет около 5%: вращая по часовой стрелке, увеличиваем сигнал трансформатора тока СГ с одновременным уменьшением cosφ. В крайнем левом положении против часовой стрелки статизм δ = 0.

Регулировка аналоговой величины чувствительности АРН производится при помощи потенциометра TRIM. Вращая его по часовой стрелке, увеличиваем чувствительность. Величина сигнала составляет ± 5В и поступает на входные клеммы А1, А2 (внизу регулировочной панели);

Внимание! Сигнал чувствительности должен быть гальванически изолированным от корпуса во избежание выхода из строя устройства.

Сигнал постоянного тока добавляет чувствительность АРН. Клемма А1 соединяется с «0» напряжения, а положительное с А2

152

и увеличивает возбуждение, отрицательное — уменьшает. В крайнем левом положении нет чувствительности АРН и наоборот.

Регулировка перевозбуждения осуществляется потенциометром «EXC.» (внизу посередине); красная лампа горит при наличии перевозбуждения — в этом случае генератор останавливается по защите от перевозбуждения.

DIP-регулировка широко используется с дизель-генератором, снабженным турбонаддувом и блоком, ограничивающим нагрузку генератора. Она работает при увеличенном наклоне характеристики V/Hz для того, чтобы повысить роль выходного напряжения генератора по сравнению с его частотой вращения. С DIP-регулировкой напряжения генератора, вращая потенциометр в направлении против часовой стрелки характеристика зависимости V/Hz при частоте вращения ниже номинальной достигается линейной. Вращением рукоятки DIP по часовой стрелке, Uген увеличивается.

DWELL обеспечивает задержку восстановления частоты вращения и Uген и позволяет больше регулировать DIP-уставку, учитывая стабильность системы. Вращая ручку против часовой стрелки, повышаем линейность отношения V/Hz и увеличиваем задержку времени восстановления частоты вращения и напряжения генератора, вращая ручку по часовой стрелке.

«I/LIMIT» — ограничение тока, широко используется для ограничения тока к.з. или пускового тока электродвигателя. Для этого необходимо соединить клеммы S1 и S2 на регулировочной панели АРН или отрегулировать «I/LIMIT» уставкой.

RAMP — регулировка включает плавное увеличение напряжения генератора на старте (в течение 3 с). Регулировка аналогичная (см. таблицу).

Подытоживая, можно сказать, что все регулировки по часовой стрелке обеспечивают увеличение регулируемого параметра и наоборот (рис. 13.2,в)

153

Таблица 13.1. Неисправности и способы их устранения

Симптомы Способ устранения1. Нет напряжения после пуска генератора.

1. Проверить К1 – К22. Проверить напряжение на Р2 – Р4 50 Гц 170 – 180 В 60 Гц 200 – 216 В3. Проверить PMG4. Подсоединить аккумуляторную батарею 5. Проверить напряжение 6 – 8 AVR6. Проверить силовые диоды

2. Uген нестабильно 1. Отрегулировать уставку «STA-BILITY» 2. Проверить частоту вращения ДГ

3. Низкое Uген под нагрузкой

1. Проверить частоту вращения ДГ2. Отрегулировать уставку «UFRO»

4. Повышенные Uген и частота вращения под нагрузкой

1. Проверить частоту вращения и регулировку приводного двигателя2. Отрегулировать уставку «UFRO»

5. Медленное восстановление Uген при включении нагрузки

1. Проверить частоту вращения и регулировку приводного двигателя2. Проверить уставку «Dwell»

Если ни один из способов не дал результатов, следует проверить воздушные зазоры у всех трансформаторов.

Контрольные вопросы1. Состав системы возбуждения Stamford.2. Регулировка АРН.3. Функции терминалов АРН.

154

ГЛАВА 14.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ И АРН ТИПА NISHISHIBA

Система возбуждения представляет собой амплитудно-фазовое компаундирование с автоматическим регулятором напряжения. Схема,представленная на рисунке 14.1,состоит из:

Рис. 14.1. Система возбуждения для генератора фирмы NISHISHIBA

155

бесщеточного синхронного генератора (AC Generator) с возбудителем (AC Exciter);

силового выпрямительного моста SIRF с разрядным резистором RS;

токового трансформатора СТ 1 с одной обмоткой (l-k) в фазе S;

токового трансформатора СТ 2 с двумя обмотками, включенными встречно;

реактора RSX; кнопки PBS кратковременного возбуждения генератора при

исчезновении его остаточного магнетизма; автоматического регулятора напряжения AVR, который в

свою очередь состоит из следующих цепей:oвыпрямления, определения ∆U и его усиление (PT2, D1,

EVA, Z, D2, Q1);oконтроля фазы (D3, D4, R9, R10, RS, C2, UJT);oформирование импульсов (Q2, PuT, C3, C4, D6, D7,

R11÷R13);oвыходной (SCR, D8, D9, S4, R14) ;oдемпферной (R3, R4, DT, C5, R15, R16);oраспределения реактивной мощности при параллельной

работе генераторов (CCR)На рис.14.2 представлена блочная схема автоматического

регулятора напряжения, состоящая из:

156

Рис. 14.2. Структурная схема АРН

цепи определения, выпрямления и усиления напряжения ∆U; цепи контроля фазы; цепи формирования импульсов; силовой цепи; выходной цепи; демпфирующейПринцип действия.Пониженное, выпрямленное и сглаженное напряжение,

пропорциональное напряжению генератора Uг и заданное Uзад

(EVA) поступают на измерительный мост, состоящий из диодов Зенера Z, Z1 и резисторов R3, R5. Измеряемая величина разности напряжений

∆U = Uтек – Uзад

поступает на биполярный транзистор Q1 для усиления. Усиленный сигнал ∆U поступает в цепь контроля фазы, состоящую из однопереходного транзистора UJT (Unity Junction Transistor), конденсатора задержки С2 и резисторов R8, R10.

Конденсатор С2 обеспечивает кривую заряда, которая зависит от выходного напряжения на R7 первой цепи, емкости С2 и переменного резистора R8. Как показано на рис. 14.3 и 14.4, напряжение заряда С2 является управляющим для включения UJT-транзистора. Поэтому при достижении определенной величины «U» на обкладках конденсатора С2 транзистор UJT

157

включается — подает одиночный импульс, который усиливается транзистором Q2 и обеспечивает формирование импульсов в импульсном трансформаторе PuT (Pulse Transformer), а затем поступает на выходную цепь для подачи импульса зажигания тиристора.

Обнуление напряжения в каждом цикле используется для синхронизации цепи фазового контроля. Поэтому нет необходимости в каких-то дополнительных сложных цепях.

Работу системы амплитудно-фазового компаундирования по выполнению задачи стабилизации напряжения удобно объяснить при помощи векторной диаграммы (рис. 14.5).

Рис. 14.3 Схема автоматического регулятора напряжения

158

Рис. 14.4. Цепь контроля фазы (а) и эпюры формирования импульсов (б)

За базисные вектора приняты вектор напряжения Uг и тока Іхх. Вектор тока холостого хода Іхх отстаёт от напряжения генератора Uг на угол, примерно равный 90о из-за большой индуктивности дросселя. При подаче на генератор нагрузки появляется составляющая Ін — ток нагрузки, измеряемый трансформатором тока СТ. Геометрическая сумма Іхх и Ін даёт ток возбуждения Ів. При увеличении нагрузки увеличивается ток трансформатора тока СТ, и как следствие, увеличивается результирующий ток, который поступая через выпрямители на обмотку возбуждения, компенсирует падение напряжения на генераторе. При увеличении угла φ, т.е. при уменьшении cos φ, происходит то же самое. Так как ток возбуждения зависит как от тока нагрузки, так и угла φ, это означает, что система обеспечивает амплитудно-фазовое компаундирование.

159

Рис. 14.5. Векторная диаграмма системы амплитудно-фазового компаундирования генератора фирмы NISHISHIBA

Демпферный контур предназначен для предотвращения колебаний. В этом контуре напряжение с выхода АРН сглаживается RC фильтром и посредством обратной связи поступает в контур выпрямления через демпфирующий трансформатор, чтобы скомпенсировать действие чрезмерных реакций. Контур имеет резистор R15 для уставки величины демпфирования.

В данной схеме автоматический регулятор напряжения получает сигналы по току (т. С2 и С1), по напряжению (т. U1, V1, W1), а воздействует (т. U2, V2) на силовой выпрямитель и далее на обмотку возбуждения возбудителя Ех.

Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения типа NISHISHIBA ELECTRIC имеет достаточную точность регулирования (± 1%) и используется на современных судах под наблюдением Японского Веритас.

Ниже в таблице приведены данные электрогенераторов фирмы NISHISHIBA ELECTRIC.

Таблица 14.1. Электрогенераторы фирмы NISHISHIBA ELECTRICТип приводного двигателя DAIHATSU DAIHATSU Mitsui Deutz

160

6DL-24 8DL-28 Diesel EngineТип NTAKL NTAKL NTAKLНапряжение 450 В 450 В 450 ВЧастота 60 Гц 60 Гц 60 ГцМощность 1000 кВА 1875 кВА 150 кВАКоэффициент мощности 0,8 0,8 0,8Тип охлаждения Воздушное Воздушное ВоздушноеКласс изоляции F F F

161

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автор пытался в небольшом пособии отразить наиболее использованные на судах системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения бесщеточных синхронных генераторов.

Так как пособие в основном рассчитано на курсантов электромеханического факультета, необходимо было преподнести материал не только анализа, но и синтеза автоматических регуляторов напряжения.

В будущем материал книги будет исправляться и добавляться согласно появлению этой темы в новых источниках.

162

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пипченко А.Н. и др. Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления. –Одесса: ТЭС, 2005. – 370 с.

2. Воскобович Ю.В. и др. Электроэнергетические установки и силовая электроника транспортных судов. – СПб.: Элмор, 2001.

3. Голубев В.К. и др. Справочник по информатике и эксплуатации судовой электроники. – Одесса: Маяк, 1990. Берков К.,

4. Котриков К., Васильев В. Справочник электромеханика по судовым электрическим машинам. – Одесса: Маяк, 1979. – 240 с

5. Баранов А.П. Автоматическое управление судовыми электроэнергетическими установками. – М.: Транспорт, 1988. - 320 с.

6. Константинов В.Н. Устройства и системы автоматизированных электроэнергетических установок. – Л.: Судостроение, 1988. - 310 с.

7. Лейкин В.С., Михайлов В.А. Автоматизированные электроэнергетические системы промысловых судов. – М.: Агропромиздат, 1987. – 326 с.

8. Максимов Ю.И., Павлюченков А.М. Эксплуатация судовых синхронных генераторов. – М.: Транспорт, 1969. – 264 с.

9. Мещанинов П.А. Автоматизация судовых электроэнергетических систем. – Л.: Судостроение, 1970. – 367 с.

10. Правила класифікації та побудови морських суден, т.т. III та IV. – К.: Регістр судноплавства України, офіційне видання, 2003. – 84 с. и 230 с.

11. Manuals automatic voltage regulator: Basler El., Mitsubishi El. Co. TR, Siemens-Thyripart Exc. Sys., Tayo El. MFG. Co. Ltd.

12 Инструкции по технической эксплуатации АРН типов: ТРН, ЦТРН, WGSY и др.

163

13 Яковлев Г. С.Судовые электроэнергетические системы. – Л.: Судостроение, 1987. – 270 с.

164

Учебное издание

Анатолий Аркадьевич Толстовк.т.н., доцент кафедры ЭО и АС ОНМА

Устройство и эксплуатация судовых синхронных генераторов:

учебное пособие для курсантов и студентов морских вузов

Підписано до друку 24.12.2006 р. Формат 60×84/16.Обл.-вид. арк. 6,43. Тираж 500 прим. Зам. № __.

ОНМА, центр „ВидавІнформ”Свідоцтво ДК №1292 від 20.03.200365029, м. Одеса, вул.. Дідріхсона, 8

Тел./факс: (0482) 34-14-12publish@ma.odessa.ua