Что такое подвозбудитель синхронной машины

55. Системы возбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения синхронной машины.

Системы возбуждения – это машины и аппараты для создания тока возбуждения и управления им с помощью регулирующих устройств. Системы возбуждения и автоматического регулирования тока объединяют в единое целое и называют системой возбуждения (СВ).

Схемы СВ различают:1) по конструктивному исполнению возбудителя; 2) по виду возбудителя – с самовозбуждением или независимым возбуждением. Возбудители можно разделить на электромашинные (содержащие вращающиеся эл.машины), статические (не содержащие вращающихся эл.машини) и комбинированные.

Форсировка возбуждения при электромашинном возбудителе . Суть: закорачивание реостата в цепи возбуждения возбудителя при снижении напряжения синхронной машиныза некоторый допустимый уровень ( 85-90% от номин.напряжения), в результате чего напряжения возбудителя поднимается, стремясь к предельной величине.

Возбудитель с самовозбуждением.

При снижении напряжения за установленный уровень реле напряжения H замыкает цепь контактора К, который в свою очередь закорачивает реостат цепи возбуждения возбудителя (шунтовой реостат). Характеристика ХХ возбудителя – нагрузочная характеристика. Рабочее состояние определяется точкой пересечения хар-ки ХХ с прямой, отвечающей уравнению , где – омические сопротивления обмотки возбуждения и шунтового реостата. При закароченном реостате новое установившиееся состояние возбудителя определяется пересечение хар-ки ХХ с прямой, от положения зависит предельное напряжение возбудителя(рис.1.22.б) . Разность хар-ки ХХ и прямойпредставляет для каждого токанапряжения, уравновешивающее ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения возбудителя.,– предельное приращение напряжения на кольцах обмотки возбуждения синхронной55.1.машины; находится в пределах 0,3-0,6 сек.Установление нормального напряжения происходит после ряда затухающих колебаний, как это показано пунктирной линией на рис. 1.22, г. Возникающими колебаниями обычно пренебрегают и практически считают, что данный переходный процесс заканчивается, как только напряжение машины достигло нормального значения. Продолжительность подъёма напряжения машины под действием форсировки возбуждения до нормального значения называют критическим временем кр t . Чем больше скорость подъёма возбуждения, тем, естественно, меньше критическое время.

Возбудитель с независимым возбуждением. В некоторых случаях для возбуждения синхронных машин применяют электромашинные возбудители с независимым возбуждением, т.е. возбудители, питание обмотки возбуждения которых производится от постороннего источника. Таким источником обычно служит подвозбудитель, представляющий собой машину постоянного тока с самовозбуждением (рис. 1.24, а). Напряжение подвозбудителя при изменении его нагрузки остается неизменным. Форсировку производят закорачиванием реостата; при этом обмотка возбуждения возбудителя оказывается подключенной сразу наполное напряжение. Разность горизотальной прямойи прямой(рис.1.24.б) представляет нппряжение, уравновешивающее ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения возбудителя.

Рис. 1.24. Форсировка возбуждения синхронной машины с независимым возбуждением: а — принципиальная схема; б – основные характеристики возбудителя. Более быстрый подъём возбуждения при независимом возбуждении обусловлен большей величиной дельта u_в, которая характеризует скорость подъёма возбуждения.

тиристорные системы возбуждения. Такие системы возбуждения позволяют легко обеспечить при форсировке очень быстрое нарастание напряжения возбуждения и большую предельную величину

последнего. Это достигается обычно установкой двух выпрямителей, включенных параллельно. Один из них обеспечивает возбуждение машины в нормальном режиме, а другой служит для форсировки возбуждения. Регулирование возбуждения машины в нормальных условиях производят, используя систему управления выпрямителей. При форсировке возбуждения напряжение на кольцах обмотки возбуждения синхронной машины возрастает до предельного u _{f пр.} скачком. Значительные преимущества это высокое быстродействие, пониженный уровень шума.

Важными требованиями, предъявляемыми к системам возбуждения при форсировке, являются:

1. Необходимое быстродействие, т.е. высокая скорость нарастания напряжения на обмотке ротора в процессе его подъёма от номинального значения до потолочного. Это требование обусловлено инерционностью возбудителей.

2. Кратность форсировки возбуждения, определяемая отношением потолочного напряжения на роторе к номинальному. Для электромашинных систем она соответствует кратности потолка тока ротора.

4 Раздел

Способы возбуждения и устройство синхронных машин

Магнитное поле и характеристики синхронных генераторов

Параллельная работа синхронных генераторов

Синхронный двигатель и синхронный компенсатор

Синхронные машины специального назначения

Синхронные машины — это бесколлекторные машины пе­ременного тока. По своему устройству они отличаются от асинхронных машин лишь конструкцией ротора, который может быть явнополюсным или неявнополюсным. Что же касается свойств, то синхрон­ные машины отличаются син­хронной частотой вращения ротора (n₂ = n₁ = const) при любой нагрузке, а также воз­можностью регулирования ко­эффициента мощности, уста­навливая такое его значение, при котором работа синхрон­ной машины становится наи­более экономичной. Синхрон­ные машины обратимы и могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Синхронные гене­раторы составляют основу электротехнического оборудо­вания электростанций, т. е. практически вся электроэнер­гия вырабатывается синхрон­ными генераторами. Единич­ная мощность современных синхронных генераторов дос­тигает миллиона киловатт и более. Синхронные двигатели применяются главным обра­зом для привода устройств большой мощности. Такие двигатели по своим технико-экономическим показателям превосходят двигатели других типов. В крупных электроэнер­гетических установках синхронные машины иногда исполь­зуются в качестве компенса­торов — генераторов реак­тивной мощности, позволяю­щих повысить коэффициент мощности всей установки. В данном разделе рассмотрены главным образом трехфазные синхронные машины. Приве­дены также сведения по неко­торым типам синхронных дви­гателей весьма малой мощ­ности, применяемым в уст­ройствах автоматики и при­борной техники.

Глава 19

• Способы возбуждения и устройство синхронных машин

§ 19.1. Возбуждение синхронных машин

При рассмотрении принципа действия син­хронного генератора (см. § 6.1) было установлено, что на роторе синхронного генератора расположен источник МДС (индуктор), создающий в генераторе магнитное поле. С помощью приводного двигателя (ПД) ротор генератора приводится во вращение с синхронной частотой n₁. При этом магнитное поле ротора также вращается и, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней ЭДС.

Синхронные двигатели конструктивно почти не отличаются от синхронных генераторов. Они также состоят из статора с обмоткой и ротора. Поэтому независимо от режима работы любая синхронная машина нуждается в процессе возбуждения — наведения в ней магнитного поля.

Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитное возбуждение, сущность которого состоит в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения. При про­хождении по этой обмотке постоянного тока возни­кает МДС возбуждения, которая наводит в магнит­ной системе машины магнитное поле.

До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения (см. § 28.2), называемые возбудителями В (рис. 19.1, а), обмотка возбуждения которого (ОВ) получала пита­ние постоянного тока от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ). Ротор синхронной машины и якоря возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронной машины поступает через контактные кольца и щетки. Для регулирования тока возбуждения применяют регу­лировочные реостаты, включаемые в цепи возбуж­дения возбудителя (r₁) и подвозбудителя (r₂).

В синхронных генераторах средней и большой мощности про­цесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.

В синхронных генераторах большой мощности — турбогене­раторах (см. § 19.2) — иногда в качестве возбудителя применяют генераторы переменного тока индукторного типа (см. § 23.6). На выходе такого генератора включают полупроводниковый выпрямитель.

Рис. 19.1. Контактная (а) и бесконтактная (б) системы

электромагнитно­го возбуждения синхронных генераторов

Регулировка тока возбуждения синхронного генератора в этом случае осуществляется изменением возбуждения индуктор­ного генератора.

Получила применение в синхронных генераторах бескон­тактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе.

В качестве возбудителя и в этом случае применяют генератор переменного тока (рис. 19.1, 5), у которого обмотка 2, в которой наводится ЭДС (обмотка якоря), расположена на роторе, а обмот­ка возбуждения 1 расположена на статоре. В результате обмотка якоря возбудителя и обмотка возбуждения синхронной машины оказываются вращающимися, и их электрическое соединение осу­ществляется непосредственно, без контактных колец и щеток. Но так как возбудитель является генератором переменного тока, а об­мотку возбуждения необходимо питать постоянным током, то на выходе обмотки якоря возбудителя включают полупроводниковый преобразователь 3, закрепленный на валу синхронной машины и вращающийся вместе с обмоткой возбуждения синхронной маши­ны и обмоткой якоря возбудителя. Питание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя осуществляется от подвозбудителя (ПВ) — генератора постоянного тока.

Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения син­хронной машины позволяет повысить ее эксплуатационную на­дежность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах (см. § 19.2), получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 19.2, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупро­водниковый преобразователь (ПП) преобразуется в энергию по­стоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счет остаточного магнетизма магнитопровода машины.

Рис. 19.2. Принцип самовозбуждения синхронных генераторов

На рис. 19.2, б представлена структурная схема автоматиче­ской системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток пода­ется в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора побуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряже­ния на выходе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту обмотки возбуждения и тиристорного преобразователя ТП от перенапряжений и токовой перегрузки.

В современных синхронных двигателях для возбуждения применяют тиристорные возбудительные устройства, включае­мые в сеть переменного тока и осуществляющие автоматическое управление током возбуждения во всевозможных режимах работы двигателя, в том числе и переходных. Такой способ возбуждения является наиболее надежным и экономичным, так как КПД тиристорных возбудительных устройств выше, чем у генераторов постоянного тока. Промышленностью выпускаются тиристорные возбудительные устройства на различные напряжения возбуждения с допустимым значением постоянного тока 320 А.

Наибольшее распространение в современных сериях синхронных двигателей получили возбудительные тиристорные устройства типов ТЕ8-320/48 (напряжение возбуждения 48 В) и ТЕ8-320/75 (напряжение возбуждения 75 В). Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5% полезной мощности машины (меньшее значение от­носится к машинам большой мощности).

В синхронных машинах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, когда на роторе машины располагаются постоянные магниты. Такой способ воз­буждения дает возможность избавить машину от обмотки возбуж­дения. В результате конструкция машины упрощается, становится более экономичной и надежной. Однако из-за дефицитности мате­риалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбу­ждения постоянными магнитами ограничивается лишь машинами мощностью не более нескольких киловатт (см. §23.1).

Требования к системам возбуждения синхронных машин

ЛЕКЦИЯ: “ Системы возбуждения синхронных машин: основные требования; системы с возбудителем и подвозбудителем; тиристорные системы возбуждения и самовозбуждения; бесконтактные системы; форсировка возбуждения и гашение поля; постоянные магниты в системах возбуждения.”

1. Основные термины и определения (ГОСТ 27471-87 “Машины электрические вращающиеся”).

1. Возбуждение вращающей­ся электрической машины (возбуждение) — создание магнитного потока во вра­щающейся электрической машине током в какой-либо из ее обмоток или постоян­ными магнитами

2. Обмотка возбуждения вращающейся электрической машины (обмотка возбуждения) – обмотка вращающейся электрической машины, предназначенная для создания магнитного поля возбуждения

3. Электромашинный возбудитель — электромашинный генератор, предназначенный для питания обмотки возбуждения другой электрической машины

4. Электромашинный подвозбудитель — электромашинный генератор, предназначенный для питания обмотки возбуждения электромашинного возбудителя

5. Машина с независимым воз­буждением — машина с электромагнитным возбужде­нием, все обмотки возбуждения которой питаются от посторонних источников эле­ктрического тока

6. Машина с самовозбуждением — машина с электромагнитным возбужде­нием, обмотки возбуждения которой пита­ются’ током якоря или частью тока якоря

7. Машина с контактными кольцами — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участ­вующих в основном процессе преобразова­ния энергии, соединена с контактными кольцами

8. Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преоб­разования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов

9. Машина с постоянными магнитами — вращающаяся электрическая машина, возбуждаемая постоянными магнитами

Системой возбуждения синхронной машины называется совокупность машин, аппаратов и устройств, предназначенных для питания ее обмотки возбуждения постоянным током и регулирования значения этого тока.

Источником постоянного тока для обмотки возбуждения являются специальные системы возбуждения, к которым предъявляется ряд требований, главными из них являются:

1) Надежное и устойчивое регулирование тока возбуждения в любых режимах работы машины. Минимальное устойчивое значение напряжения возбуждения турбогенератора должно быть не больше 0,2 номинального.

2) Достаточное быстродействие, для чего применяется форсировка возбуждения, т.е. быстрое увеличение напряжения возбуждения от номинального значения до предельного, называемого потолочным. Форсировка напряжения применяется для поддержания устойчивой работы машины во время аварии на линии и после ее ликвидации. Потолочное напряжение возбуждения выбирается не менее 1,8—2 номинального напряжения возбуждения, а скорость его нараста­ния 1,5—2 номинального напряжения возбуждения в секунду (меньшие значения для гидрогенераторов, большее для турбогенераторов).

3) Быстрое гашение магнитного поля, т. е. уменьшение тока возбуждения машины до нуля без значительного повышения напряжения на ее обмотках. Необходимость в гашении поля возникает при отключении или аварии в генераторе.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

СИНХРОННЫЙ ПОДВОЗБУДИТЕЛЬ (СПВ)

Предназначен для питания переменным однофазным током схемы возбуждения возбудителя, т.к. она собрана на магнитных возбудителях.

Представляет собой четырехполюсный однофазный синхронный генератор переменного тока с независимым возбуждением и самовентиляцией.

Техническая характеристика	ВС-652
Номинальная мощность (кВА) Номинальное напряжение (В) Номинальный ток (А) Номинальные обороты (об./мин.) Номинальная частота тока (Гц.) Щетки: -марка -размер (мм.) -нажатие (кгс) -количество (шт.) -минимальная высота	1,1 ЭГ-8 10*12,5*32 0,35-0,45 15-20

Корпус СПВ стальной, не является магнитопроводом, а магнитная система СПВ имеет шихтованное ярмо, набранное из отдельных пластин электротехнической стали и изолированно от корпуса алюминиевым экраном. Такая экранизация исключает влияние внешних магнитных силовых полей на магнитную систему СПВ, чтобы не искажалась мощность Г.Г.

Рис.13 Общий вид синхронного подвозбудителя.

1-подшипниковый щит,2-крышка подшипника,3-лабиринтное кольцо,4-траверса,5-щетка,6-крышка,7-щеткодержатель,8-контактные кольца,9-изоляция,10-втулка,11-полюсный сердечник,12-полюсная катушка,13-якорные листы,14-ступица,15-вентилятор,16-балансировачный груз,17-вал,18-катушка,19-станина.

Главный полюс имеет цельнометаллический сердечник, на котором размещена катушка независимой (индукционной) обмотки возбуждения, состоящей из 250 витков. Эта обмотка получает питание от вспомогательного генератора.

Якорь имеет стальной вал, который вращается в двух шариковых подшипниках. На среднюю рифленую часть вала набран сердечник якоря из пластин электротехнической стали, имеющий 14 полузакрытых пазов, в которые наматывается петлевая обмотка якоря. Обмотка крепится в пазах клиньями, а лобовые части бандажами. Концы якорной обмотки С1-С2 припаяны к двум контактным кольцам, которые имеют пластмассовый корпус, на втулку вала якоря.

Щеточный аппарат имеет четыре щеткодержателя смонтированных на гетинаксовой траверсе в верхней части СПВ.

Вентиляция. Охлаждение СПВ обеспечивается от вентиляционного лопастного колеса, которое засасывает воздух через жалюзи в переднем подшипниковом щите и выбрасывает через жалюзи в подшипниковом щите со стороны привода.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: