Системы возбуждения синхронных генераторов

Системы возбуждения синхронных генераторов
Система возбуждения и регулирования синхронных машин - это машины и аппараты, создающие ток возбуждения и необходимый поток для преобразования энергии и управления ими. Система возбуждения синхронных машин состоит из обмотки ротора генератора или двигателя, источника напряжения постоянного тока, подводимого к обмотке ротора и коммутационной аппаратуры.
Влияние системы возбуждения на характер переходного процесса весьма существенно. Поэтому возбудители генераторов должны обеспечивать:
- необходимую мощность возбуждения как в нормальных эксплуатационных, так и в аварийных режимах;
- изменение тока ротора генератора по заданному закону при автоматическом или ручном регулировании возбуждения;
- возможно более высокий потолок возбуждения;
- максимально возможную скорость нарастания тока ротора, что особенно важно для крупных генераторов.
Однако при быстром изменении параметров режима (например, посадка U при к.з.) действие системы возбуждения неизбежно запаздывает, поскольку обмотки возбуждения и возбудителя, и генератора обладают самоиндукцией - электромагнитной инерцией, благодаря которой ток в этих обмотках изменяется по экспоненциальному закону (рис.1).
Системы возбуждения подразделяются
по конструктивному исполнению:
электромашинные (для агрегатов номинальной мощностью N=5100 МВт ):
Возбудитель с независимым возбуждением
В этой схеме возбуждения устанавливается дополнительный генератор постоянного тока (ПВ - подвозбудитель), который сначала возбуждает возбудитель (В) и возбудитель в свою очередь возбуждает обмотку ротора генератора. При этой схеме возбуждения ПВ и В сидят на одном валу с генератором, но ПВ может питаться и от постороннего источника. Изменение напряжения генератора осуществляется регулятором Р.
В обеих рассмотренных электромашинных системах возбуждения электромагнитная инерционность существенна и поэтому она применяется в относительно маломощных генераторах.
Статические тиристорные системы возбуждения.
Рассмотрим упрощенную схему возбуждения на основе статических тиристорных систем.
Основой систем возбуждения генераторов мощностью 200 мВт и более в настоящее время являются машины переменного тока с неуправляемыми выпрямителями, (или управляемыми выпрямителями), к которым относятся высокочастотная, бесщеточная и тиристорная.
Высокочастотная система (рис. 4) содержит в качестве возбудителя высокочастотный (500 Гц) индукторный генератор (ИГ), расположенный на валу синхронного генератора и питающий его обмотку возбуждения (ОВГ) через неуправляемый выпрямитель(ВН). Две из трех обмоток возбуждения ИГ подключаются к системе автоматического регулирования возбуждения (АРВ), регулирующий ток возбуждения по заданному закону и обеспечивающий его форсировку. Постоянное времени высокочастотной системы возбуждения составляет 0,30,4с.
Высокочастотная система возбуждения
Наличие контактных колец на роторе СГ ограничивает значение тока возбуждения, поэтому при мощностях генератора 300 МВТ и более применяют бесщеточную систему возбуждения, не содержащую вращающихся контактов (рис.4).
В качестве возбудителя используется обращенный синхронный генератор (Г), расположенный на одном валу с основным генератором. Здесь АРВ воздействует на систему управления тиристоров преобразователя ВУ, получающий питание от высокочастотного индуктарного генератора (ИП). Эквивалентная постоянная времени составляет 0,10,15с.
синхронный генератор возбуждение обмотка
Системы возбуждения должны также позволять осуществлять быстрое развозбуждение и в случае необходимости производить гашение поля при аварийных режимах. Система возбуждения обеспечивает применение любых регуляторов, которые должны быть надежными в эксплуатации, сочетающиеся с простотой обслуживания и возможностью полной автоматизации. Эти требования весьма существенны для станций с крупными генераторами, работающих на дальнюю линию передачи.
Системы автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов
Автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) должны поддерживать величину напряжения генератора по возможности неизменной независимо от колебаний нагрузки и обеспечить устойчивую работу в электрической системе при различных возмущениях в ней и подавлять качание как отдельных генераторов, так и системы в целом.
Рассмотрим структурную схему работы АРВ

Допустим, по какой-либо причине уменьшилось напряжение генератора UГ , тогда это изменение передается в преобразовательный элемент (ПЭ). Поданное напряжение преобразуется в постоянное и передается в измерительный элемент (ИЭ), где происходит сравнение реального значения напряжения с эталонным U0. или номинальным напряжением и определяется разность U=UГ -U0 . В зависимости от знака и величины U вырабатывается сигнал, который отрабатывается в усилительном элементе (УЭ) и далее воздействие оказывается на исполнительный элемент (ИсЭ). В результате регулирования тока возбуждения напряжение генератора изменяется до тех пор, пока не выполнится условие U=0, т.е. значение напряжение генератора будет равным номинальному (эталонному), или же вернется к первоначальному значению. Отметим, что независимо от типа и системы регулирования усилительным элементом является подвозбудитель, а исполнительным - возбудитель.