У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
5.2 Возбудители генераторов и гэд
В ГЭУ для питания обмоток возбуждения генераторов и ГЭД применяют различные возбудители, которые дают возможность изменять большие токи возбуждения с помощью малых сигналов и в то же время позволяют получить статические и динамические характеристики ГЭУ. В качестве возбудителей применяют генераторы постоянного тока независимого возбуждения, электромашинные усилители управление напряжением которых осуществляется непосредственным изменением токов возбуждения этих возбудителей, магнитные усилители и вентильные (тиристорные) возбудители. Возбудителями могут быть также синхронные генераторы (СГ) с выпрямителями на выходе. Для управления возбудителями иногда применяются подвозбудители, которыми служат ЭМУ, магнитные усилители или электронные усилители.
Машинные возбудители приводятся во вращение электродвигателями, получающими энергию от судовой сети. По правилам Регистра для главных генераторов и ГЭД – предусматриваются резервные возбудители. Системы возбуждения с магнитными усилителями и управляемыми вентилями питаются от судовой сети переменного тока.
Применяемые в качестве возбудителей генераторы постоянного тока, имеют обмотку независимого возбуждения, в которой ток изменяется вручную или автоматически с помощью дополнительных устройств – возбудителей и системы управления. Генератор постоянного тока (ГПТ), являющийся возбудителем, работает на нагрузку с постоянным сопротивлением. Этим он отличается от генератора питающего сеть с постоянным напряжением. Ток возбуждения возбудителя и его напряжение могут изменяться от нуля до номинального значения. Вследствие этого рабочей характеристикой возбудителя является характеристика, выражающая зависимость напряжения генератора от тока возбуждения при постоянном сопротивлении нагрузки.
Машина постоянного тока может рассматриваться как усилитель с малым быстродействием, входным сигналом которого является напряжение обмотки возбуждения, а выходным — напряжение на якоре. Для повышения быстродействия возбудителя и уменьшения сигнала управления применяются ЭМУ поперечного и продольного поля. ЭМУ обладают большим быстродействием, вследствие чего могут создавать форсированное возбуждение на короткое время и позволяет простыми средствами осуществлять управление ГЭУ. Для усиления форсировки возбуждения генератора или ГЭД режим работы ЭМУ-возбудителя должен соответствовать ненасыщенной части регулировочной характеристики, которую с некоторым приближением можно считать линейной.
Возбуждение на управляемых вентилях представляет собой многофазный одно или двухполупериодный мост, получающий питание от многофазной сети непосредственно или через трансформатор. Этот выпрямитель выполняет одновременно роль усилителя и выпрямителя и управляется сигналами малой мощности. Вентильные возбудители позволяют быстро гасить магнитное поле генераторов и ГЭД при остановках, реверсах и аварийном отключении электрических машин. Быстрое гашение магнитного поля, т.е. снижение тока возбуждения до нуля, происходит при противовключении возбудителя.
Тиристорные возбудители позволяют осуществить такое противовключение без разрыва и переключения цепи возбуждения. Для этого выпрямитель переводится в режим противовключения – вынужденный инверторный режим. В номинальном режиме < соответствующего , вследствие чего при необходимости можно значительно увеличить ток возбуждения.
4.4. Системы возбуждения генераторов
Магнитное поле ротора, необходимое для создания электродвижущей силы обмотки статора любого генератора, создается постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения (ОВ) (см. рис. 4.1). Для питания ОВ предназначена система возбуждения, в значительной степени определяющая надежность работы синхронных генераторов. В связи с этим к системе возбуждения предъявляются следующие основные требования:
1) надежное питание постоянным током ОВ в любых режимах, в том числе при авариях в энергосистемах;
2) устойчивое регулирование тока возбуждения при изменении нагрузки генератора;
3) необходимое быстродействие;
4) форсировка возбуждения, т.е. обеспечение быстрого нарастания тока возбуждения, примерно до двукратного значения;
5) быстрое гашение магнитного поля возбуждения при оперативных отключениях генератора от сети.
В зависимости от источника энергии, используемого для питания ОВ системы возбуждения разделяются на группы:
1) электромашинное возбуждение с использованием генератора постоянного тока;
2) электромашинное возбуждение с использованием генератора переменного тока с преобразованием этого тока в постоянный;
3) самовозбуждение путем преобразования части электрической энергии переменного тока генератора в энергию постоянного тока возбуждения.
Электромашинные системы возбуждения, где источником энергии является генератор постоянного тока, т.е. возбудитель, использовались в течение длительного времени для большинства генераторов. Обычно они находились на одном валу с генератором и приводились во вращение той же турбиной, что и сам генератор. Такая система называется прямой. В случае, если возбудитель приводится во вращение отдельным двигателем, то систему принято называть косвенной. В отечественном генераторостроении применяют, как правило, прямую систему возбуждения, имеющую меньшую стоимость и большую надежность.
Увеличение мощностей турбо- и гидрогенераторов, а следовательно, необходимых мощностей возбудителей инициировало необходимость замены генераторов постоянного тока электромашинными системами возбуждения с применением генераторов переменного тока, не имеющих никаких ограничений по мощности. Для преобразования переменного тока в постоянный ранее использовались ртутные выпрямители, которые в дальнейшем уступили место управляемым и неуправляемым полупроводниковым преобразователям на основе диодов, тиристоров, транзисторов. Полупроводниковые преобразователи обладают большей надежностью, а в целом система с генераторами переменного тока большим быстродействием, позволяющим осуществить высокий уровень возбуждения (до четырехкратного номинального напряжения возбуждения при постоянной времени системы возбуждения менее двух сотых секунды). Широкое внедрение систем возбуждения с управляемыми преобразователями было осуществлено впервые в мире в нашей стране. В дальнейшем переход на такие системы был осуществлен и за рубежом.
Мощность генераторов для системы возбуждения составляет 0,5—2 % полной мощности главного генератора. Например, для турбогенератора 320 МВт она достигает 2 МВт, для 800 МВт — 6 МВт и т.д., токи возбуждения — тысяч ампер (для мощных турбогенераторов 5—8 тыс. А). Это обстоятельство создает большие трудности при организации токоподвода к обмотке возбуждения с помощью скользящего контакта между контактными кольцами ротора и щетками. Поэтому для ряда генераторов была успешно применена бесщеточная система возбуждения, где постоянный ток подается непосредственно с вращающегося ротора возбудителя на обмотку возбуждения главного генератора. Переменное напряжение обмотки возбуждения преобразуется в постоянное выпрямительным мостом, установленным на роторе. Силовые роторные вентили должны обладать повышенной механической прочностью и вибростойкостью.
Преимуществом систем самовозбуждения является то, что они не имеют электромашинного возбудителя — генератора. Для питания обмотки ротора главного генератора используется часть энергии статора главного генератора. В результате надежность системы повышается, стоимость ее уменьшается, сокращается длина генератора. Начальное возбуждение генератора осуществляется за счет остаточного намагничивания машины или током от постороннего источника.
В состав системы возбуждения входит автоматический регулятор возбуждения (АРВ). Он осуществляет поддержание заданного уровня напряжения и устойчивость работы генератора при колебаниях напряжения в электроэнергетической системе при изменении значения и характера нагрузок, отключении электростанции, линии электропередачи, коротких замыканиях. Основные требования, предъявляемые к АРВ, — это быстродействие, устойчивость регулирования, обеспечение форсировки возбуждения при резких снижениях напряжения в сети, что чревато потерей статической и динамической устойчивости генераторов.
Ввод в эксплуатацию дальних электропередач, объединение отдельных энергосистем в единую сеть, рост мощностей генераторов потребовали существенного повышения их динамической и статической устойчивости. Были созданы АРВ сильного действия (АРВ СД), реагирующие не только на отклонение параметров режима генератора (напряжение, ток, частота), но и на скорость их изменения.
При возникновении аварийных режимов, коротких замыканий в генераторе, шинопроводе или трансформаторе, после внезапного отключения генератора необходимо быстро уменьшить магнитное поле обмотки возбуждения генератора. Эта операция носит название гашение поля и осуществляется специальным автоматом гашения поля (АГП). К устройству АГП предъявляются два основных, иногда противоречащих друг другу, требования: время гашения поля должно быть возможно меньшим, а возникающее при гашении индуктированное перенапряжение в обмотке ротора не должно превосходить допустимых значений.
Системы возбуждения генераторов
Магнитное поле ротора, необходимое для создания ЭДС обмотки статора, создаётся постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения. Для питания обмотки возбуждения предназначена система возбуждения, включающая непосредственно обмотку возбуждения, источник постоянного тока, регулирующие и коммутирующие устройства.
Требования к системе возбуждения:
1) надёжное питание постоянным током обмотки возбуждения в любых режимах, в т.ч. и при авариях, обеспечение номинальных напряжения возбуждения ��в ном и тока возбуждения ��в ном, при которых генератор выдаёт ��г ном; номинальная мощность возбуждения обычно составляет: ��в ном = (0,2 − 0,6)% ∙ ��г ном.
2) регулирование тока возбуждения ��в при изменении нагрузки генератора и при авариях в системе;
3) быстродействующая форсировка возбуждения при резком снижении напряжения на выводах статора генератора; форсировочную способность и быстродействие системы возбуждения в процессе форсировки напряжения при авариях в энергосистеме характеризуют:
скорость нарастания напряжения возбудителя: ��в = 0,632 ∙ (��в макс − ��в ном)/��в ном ∙ ��н ,
где ��в макс – максимальное напряжение возбуждения, ��н – время нарастания напряжения возбуждения от ��в ном до значения ��в ном + 0,632 ∙ (��в макс − ��в ном);
к возбудителям предъявляются требования: ��ф ≥ 2, ��в ≥ 2 1/c.
4) быстрое гашение поля возбуждения, например, при отключении генератора от сети.
В зависимости от источника энергии, питающего обмотку возбуждения, применяются следующие типы систем возбуждения:
— электромашинная система возбуждения с возбудителем постоянного тока;
— высокочастотная система возбуждения (высокочастотный генератор и диодный выпрямитель);
— тиристорная система возбуждения независимая; (генератор переменного тока и тиристорный выпрямитель)
— тиристорная система возбуждения зависимая (напряжение со статора прогоняют через тиристорный выпрямитель);
— бесщёточная система возбуждения (генератор переменного тока и диодный выпрямитель).
1) Электромашинная система возбуждения с возбудителем постоянного тока (рис. 3.3).
Источник энергии – возбудитель (В) – генератор постоянного тока, установленный на валу главного генератора (Г) и соединений непосредственно с его обмоткой возбуждения (ОВГ). Обмотка возбуждения возбудителя (ОВВ) выполнена параллельно с ОВГ и питается от самого возбудителя (схема самовозбуждения возбудителя). В случае колебания напряжения в сети или изменении нагрузки, при внешних коротких замыканиях регулирование возбуждения осуществляется через автоматический регулятор возбуждения (АРВ) путём изменения постоянного тока в обмотке возбуждения возбудителя (ОВВ). Например, при просадке напряжения на выводах Г действие АРВ увеличивает ток в ОВВ, что приводит к увеличению напряжения возбуждения и тока в ОВГ, вследствие чего увеличивается ЭДС и напряжение на трёхфазной обмотке статора.
Схема содержит небольшое количество оборудования, проста, экономична, надёжна, так как электрически не связана с электрической сетью. Но из-за наличия контактных колец (КК) и щёток надёжность её снижается. Недостатком является и то, что схема не может быть использована для мощных генераторов. Электрические соединение В и ОВГ осуществляется с помощью контактных колец и щёток. По условиям надёжной коммутации токов предельная мощность возбудителя постоянного тока при частоте 3000 об/мин составляет до 500 кВт, что соответствует мощности генератора порядка 100-160 МВт. Это можно пояснить на примере: приняв ��в ном = 500 кВт и ��в ном = 0,5%��г ном, получим ��г ном = 500кВт/0,005 = 100 МВт.
Параметры электромашинной системы возбуждения: ��в = 2 1/с, ��ф = 2.
2) Высокочастотная система возбуждения или электромашинная система возбуждения с генератором переменного тока (рис. 3.4). (На лекции вообще не разбирали, но сюда впишу, потому что она упоминала её).
Возбудитель (В) – генератор переменного тока повышенной частоты 500 Гц и диодный выпрямитель (ДВ). Применение высокочастотного генератора позволяет уменьшить пульсации выпрямленного тока, снизить габаритные размеры возбудителя, повысить надёжность системы возбуждения. Дело в том, что на частоте 500 Гц становится возможным выполнить возбудитель индукторного типа, у которого и обмотка возбуждения и трёхфазная обмотка статора находятся в пазах неподвижного статора. Поэтому В не имеет контактных колец со щётками, что повышает надёжность его работы.
Ротор В имеет форму 10 пар полюсов. При его вращении в обмотках переменного тока индуцируется ЭДС частотой f=500 Гц (при p=10 n=3000 об/мин). Далее переменный ток выпрямляется ДВ и питает ОВГ. Возбудитель располагается на одном валу с генератором. Система возбуждения не связана с основной сетью, что также повышает её надёжность.
Возбудитель имеет три ОВВ, расположенные вместе с трёхфазной обмоткой на неподвижном статоре:
ОВВ1 – обеспечивает основное возбуждение В по схеме самовозбуждения при повреждениях во внешней сети, включается последовательно с ОВГ;
ОВВ2 – обеспечивает дополнительное возбуждение от АРВ при колебаниях напряжения и изменениях нагрузки в сети (для поддержания напряжения в генераторе в нормальном режиме);
ОВВ3 – обеспечивает начальное возбуждение генератора и его форсировку при снижении напряжения на 5% и более.
Подвозбудитель (ПВ) – высокочастотная машина 400 Гц с постоянными магнитами, обеспечивает возбуждение возбудителя.
Параметры системы возбуждения: ��в = (2 ÷ 4) 1/с, ��ф = 2. По быстродействию эквивалентна электромашинной системе возбуждения с генератором постоянного тока, поэтому применена лишь на некоторых турбогенераторах мощностью до 300 МВт.
Тиристорная система возбуждения
Название системы возбуждения происходит от тиристоров, используемых в качестве управляемых выпрямителей. Различают два варианта тиристорного возбуждения:
— тиристорная система независимого возбуждения (с питанием от вспомогательного генератора переменного тока),
— тиристорная система самовозбуждения (с питанием от главного генератора).
3) В тиристорной системе независимого возбуждения (рис. 3.5) возбудителем (В) является генератор переменного тока промышленной частоты, расположенный на одном валу с возбуждаемым генератором, и тиристорный выпрямитель (ТВ). Регулирование возбуждения осуществляется от АРВ с помощью управляемых вентилей — тиристоров. В ТВ есть рабочая группа тиристоров, которая обеспечивает основное возбуждение в нормальном режиме и форсировочная группа для форсировки возбуждения и гашения поля генератора в аварийном режиме. Возбуждение возбудителя обеспечивает генератор постоянного тока — подвозбудитель (ПВ), но возбудитель может работать и по схеме самовозбуждения.
Схема имеет высокое быстродействие ��в ≤ 50 1/с и высокую кратность форсировки ��ф ≤ 4. Чтобы иметь такую высокую кратность форсировки, нужно иметь напряжение возбудителя на заданную кратность форсировки. При полном открытии тиристоров это напряжение сразу прикладывается в ОВГ. В нормальном режиме тиристоры открыты не полностью и к ОВГ прикладывается ��в ном.
Система возбуждения электрически не связана с основной сетью – это определяет её надёжность, но при этом имеется ненадёжный щёточный элемент. Также к недостаткам можно отнести дороговизну и сложность схемы из-за наличия возбудителя переменного тока (по сравнению со системой самовозбуждения).
Применяется для генераторов мощностью 200, 300, 500, 800 МВт.
4) В тиристорной системе самовозбуждения источником возбуждения является цепь статора главного генератора. Питание ОВГ осуществляется от выводов статора Г через понижающие трансформаторы и группы управляемых вентилей – тиристоров (рис. 3.6).
Основные элементы схемы:
— выпрямительный трёхфазный трансформатор (ВТ), подключенный к выводам обмотки статора генератора,
— последовательный трансформатор (ПТ), первичная обмотка включена последовательно в цепь статора со стороны нулевых выводов генератора,
— рабочая группа вентилей (ВР), обеспечивает основное возбуждение в нормальном режиме,
— форсировочная группа вентилей (ВФ), обеспечивает возбуждение при форсировке и гашение поля в аварийных режимах.
Тиристоры группы ВР получают питание от ВТ, который используется для подачи переменного тока в сеть меньшего напряжения, ��2 ВТ ~ ��Г . Мощность тиристоров группы ВР рассчитывают так, чтобы она была достаточна для возбуждения генератора на холостом ходу и для регулирования возбуждения в нормальном режиме, которое осуществляется с помощью АРВ. В номинальном режиме тиристоры обеспечивают (70-80)% от ��в ном. Остальное возбуждение обеспечивают с помощью группы ВФ.
У схемы есть недостаток — зависимость работы возбудителя от режима внешней сети. При к.з. вблизи генератора напряжение на его выводах ��Г падает, а вслед за ним уменьшается значение ��2 ВТ. Это нарушает работу системы возбуждения, которая должна обеспечивать форсировку тока возбуждения в ОВ. Но при к.з вблизи генератора увеличивается ��Г, а ��2 ПТ ~ ��Г. Поэтому используется группа ВФ, при форсировке эта группа полностью открывается и даёт весь ток форсировки. Такое сочетание ПТ и ВТ повышает надёжность схемы. При гашении поля группа ВФ переводится в инверторный режим.
Схема проста, широко применяется, экономичнее независимой СВ, также имеет высокую кратность форсировки и быстродействие, которое ограничено лишь инерционностью системы управления тиристорами. Но схема не лишена недостатков: первоначальный пуск генератора осуществляется от дополнительного источника (а дальше перевод на самовозбуждение), работа системы возбуждения зависит от режима работы внешней сети.
Параметры системы возбуждения: ��в ≤ 30 1/с, ��ф ≤ 4 (но в пособии написано > 4).
Применятся для генераторов мощностью до 800 МВт.
5) Бесщёточная система возбуждения.
Возбудитель – синхронный генератор повышенной частоты, расположенный на валу главного генератора и выполненный по типу обратимой машины: обмотка возбуждения расположена на статоре, а обмотка переменного тока на роторе. Ротор возбудителя с диодным выпрямителем ДВ жёстко соединён с ротором генератора. Таким образом, ток от вращающейся обмотки переменного тока В подводится к вращающемуся ДВ, и выпрямленный ток подаётся непосредственно к ОВГ без контактных колец и щёток.
Регулирование тока возбуждения осуществляется от АРВ путём воздействия на тиристоры в цепи обмотки возбуждения возбудителя.
Система надёжна, но не очень компактна.
Достоинством является отсутствие контактных колец и щёток, а недостатком – необходимость останавливать генератор для переключения на резервное возбуждение и медленное гашение поля генератора.
Параметры системы возбуждения: ��в ≥ 2 1/с, ��ф ≤ 2,5. (в пособии ��ф ≥ 2).
Применятся для генераторов мощностью 300÷1200 МВт.