Стабилизация напряжения в асинхронных генераторах

Феррорезонансный способ

Автономная система генерирования трехфазного тока с асинхронным генератором, в которой используется феррорезонансный стабилизатор напряжения, приведена на рис. 18. Схема настраивается на резонанс токов при номинальном напряжении в режиме холостого хода. Магнитная система стабилизатора напряжения находится в состоянии насыщения.

Стабилизация феррорезонансным способом

Рис. l8 Схема асинхронного генератора с феррорезонансным стабилизатором напряжения

Уменьшение напряжения на зажимах машины вызывает увеличение индуктивного сопротивления реактора вследствие уменьшения насыщения его сердечника. Ток реактора ограничивается, что приводит к соответствующему перераспределению реактивной мощности конденсаторов в системе. В этом и состоит идея применения феррорезонансного стабилизатора напряжения.

К недостаткам способа относятся:

1) незначительный диапазон регулирования;

2) наличие феррорезонансного стабилизатора напряжения, увеличивающего массу, габариты и стоимость генераторной установки.

Бесконтактные результирующие устройства, состоящие из батареи шунтирующих конденсаторов постоянной емкости и управляемого реактора, позволяют осуществить стабилизацию напряжения на всем диапазоне изменения нагрузки.

Способ стабилизации управляемым реактором

Приведенная на рис. 19 схема асинхронного генератора с управляемым реактором является дальнейшим развитием схемы с феррорезонансным стабилизатором напряжения.

Стабилизация применением управляемых реакторов

Рис. 19. Схема асинхронного генератора с управляемым реактором:
1 - статические конденсаторы; 2 - обмотки переменноro тока реактора; 3 - трансформатор напряжения;
4  трансформатор тока; 5, 6 - выпрямители; 7  регулировочный реостат; 8, 9 - обмотки управления; 10 - нагрузка

В схеме параллельно конденсаторам включены обмотки переменного тока реактора. Для подмагничивания реактора используются две дифференциально включенные обмотки управления. Ток одной из них (намагничивающей) пропорционален напряжению на зажимах машины, ток другой (размагничивающей) току нагрузки.

При холостом ходе генератора, сердечники реактора находятся в состоянии насыщения, поэтому по обмоткам переменного тока реактора протекает наибольший ток. Ток на выходе параллельного участка, образованного обмотками переменного тока реактора и конденсаторами, имеет емкостной характер, и ею значение является достаточным для возбуждения генератора до напряжения, практически равного номинальному.

С появлением нагрузки насыщение сердечника реактора ограничивается и индуктивное сопротивление обмоток переменного тока возрастает. Ток на выходе параллельного участка при этом увеличивается. В результате напряжение генератора поддерживается постоянным.

При некоторой определенной нагрузке магнитодвижущие силы (МДС) обмоток управления уравновешиваются и по обмоткам переменного тока реактора протекает ток холостою хода. Ток на выходе параллельного участка (имеющий ёмкостной характер) достигает своего наибольшего значения.

Для обеспечения возможной кратковременной перегрузки значение тока нагрузки, при котором МДС обмоток управления уравновешиваются, принимается 6ольшим номинального. Необходимая ёмкость конденсаторов при этом соответственно увеличивается.

Рассмотренное устройство обеспечивает плавное, автоматически действующее регулирование эквивалентной емкости конденсаторов на всем заданном диапазоне изменения нагрузки. К её недостатку следует отнести то обстоятельство, что оно реагирует только на значение тока нагрузки, т.е. не является фазочувствительным.

Более совершенной является схема, приведенная на рис. 20. В ней, кроме элементов рассмотренной выше схемы, используются нелинейный измерительный элемент (насыщенный реактор с замкнутым магнитопроводом) и фазочувствительный измерительный орган.

Стабилизация напряжения асинхронных генераторов

Рис. 20. Схема асинхронного генератора с управляемым реактором и фазочувствительным измерительным органом:
1 - статические конденсаторы: 2 - обмотки переменного тока реактора; 3 - обмотки управления; 4, 8 - выпрямители;
5 - нелинейный измерительный элемент; 6 - линейный реактор; 7 - трансформатор тока

Нелинейный измерительный элемент 5 включается в цепь намагничивающей обмотки управления. Он увеличивает чувствительность устройства к отклонениям напряжения на зажимах генератора от номинального. Если, например, напряжение несколько уменьшилось, то напряжение реактора 5 также уменьшится, а его индуктивное сопротивление возрастет. Ток управления намагничивающей обмотки ограничивается теперь по двум причинам: вследствие снижения напряжения и увеличения сопротивления цепи обмотки. Насыщение сердечников реактора 2 уменьшается в большей степени, чем без нелинейного элемента 5, что приводит к соответствующему возрастанию емкостного тока на выходе устройства.

Таким же образом, с превышением напряжения над номинальным, увеличение тока управления намагничивающей обмотки вызывается не только увеличением напряжения, но и уменьшением сопротивления цепи обмотки вследствие насыщения реактора 5.

Фазочувствительный орган выполнен в виде сочетания линейного реактора 6 и трансформатора тока 7. Он реагирует на изменение значения и характера тока нагрузки. С изменением только значения тока нагрузки (φ = const) действие обеих схем (см. рис. 19 и 20) остается аналогичным.

Рассмотрим действие фазо-чувствительного органа при изменении угла сдвига фаз между током и напряжением нагрузки.

Положим, что действующие значения фазных токов и напряжений приемников остаются постоянными, т.е. выполняются условия:

IА = IB = IC = const;

UА = UB = UC = const;

cos φ = var,

rде IА , IB, IC, UА, UB, UC - токи и напряжения фаз; φ - угол сдвига между током и напряжением фазы.

Для тока на выходе фазочувствительного элемента справедливо выражение:

I = Id + Iс,

где Id – ток линейного реактора; Ic - ток вторичной обмотки трансформатора тока.

При принятых условиях Id = const, Iс = const.

В случае активной нагрузки (рис. 21, а) векторная диаграмм токов фазочувствительногo органа принимает вид, приведенный на рис. 21, г.

Стабилизация напряжения асинхронных генераторов

Рис. 21. Векторные диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип действия фазочувствительного органа:
а, г - при активной нагрузке; б, д - при активноиндуктивной нагрузке; в, е - при индуктивной наrрузке

Ток Id отстаёт от напряжения UBC по фазе на угол φd. Ток Iс находится в противофазе с током первичной обмотки трансформатора тока. Геометрическая сумма этих токов определяет ток на выходе фазочувствительногo органа.

Изменение характера нагрузки вызывает изменение значения тока I. На рис. 21, б приведена векторная диаграмма токов и напряжений при активно-индуктивной нагрузке с коэффициентом мощности cos φ = 0,8, а на рис. 21, д - векторная диаграмма токов фазочувствительногo органа. Как видно, с увеличением угла сдвига фаз (при фи больше нуля) ток I возрастает и при чисто индуктивной нагрузке (рис. 21, е) достигает наибольшего значения. Аналогичным образом можно показать, что при активной ёмкостной нагрузке (φ больше нуля) ток I уменьшается.

Рассматриваемая схема отличается от предыдущей способностью реагировать на изменение характера нагрузки при более высокой чувствительности по напряжению.

Заметим, что общими недостатками схем асинхронного генератора с управляемыми реакторами являются значительная масса и относительно большие габариты реакторов.

Условимся рассматривать стабилизацию напряжения асинхронного генератора при постоянной частоте вращения ротора.
Регулирование основного магнитного потока в целях стабилизации напряжения при n2 = const возможно:
1) подмагничиванием спинки статора генератора;
2) изменением напряжения на конденсаторах;
3) изменением емкости шунтирующих конденсаторов;
4) применением феррорезонансного стабилизатора напряжения;
5) применением управляемых реакторов;
6) применением конденсаторов с переменной (регулируемой) диэлектрической проницаемостью;
7) компаундированием возбуждения.

Продолжение следует.
В следующей публикации перечисленные выше способы регулирования выходных напряжений асинхронных генераторов рассмотрим подробнее.

Похожие статьи:
Асинхронные генераторы, Синхронные генераторы, Дизель-генераторы.


Замечания и предложения принимаются по адресу horeff@mail.ru

2.05