Что такое омв генератора

Устройство для ограничения минимального возбуждения синхронной машины

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 24.01.73 (21) 1874325/07 (51) М. Кл.

Н 02 P 9/14 с присоединением заявки № ( (23) Приоритет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.316. .722:621.313.322 (088.8) (43) Опубликовано 05.12.76. Бюллетень № 45 (45) Дата опубликования описания10.05.77 (72) Авторы изобретения

Н. С. Сирый, В, Е. Каштелян и Н. В. Ковалева (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНОГО

ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к устройствам автоматического регулирования возбуждения синхронных машин.

Наличие в энергосистемах кабелей и воздушных линий высокого напряжения приводит к тому, что нри определенных условиях автоматические регуляторы возбуждения (APB), стремясь поддержать заданный уровень напряжения, уменьшают ток возбуждения генераторов и тем самым увеличивают потребляемую ими реактивную мощность, Величина потребляемой реактивной мощности может превосходить допустимое значение, что опасно из — за сильного нагрева крайних пакетов сердечника статора. В связи с этим для повышения надежности работы синхронных генераторв в режимах недовозбуждения, а также для наиболее полного использования возможностей синхронных машин по потреблению реактивной мощности АРВ снабжаются ограничителями минимального возбуждения (ОМВ) .

Известные ограничители минимального возбуждения можно разделить на две группы — ОМВ с фиксированной величиной ограничения и ОМВ с характеристикой, зависящей от активной нагрузки синхронной машины. К первой группе относятся ограничители, в которых ограничение минимального возбуждения ведется по величине RKTHBHoH составляющей тока статора

Для повышения точности ограничения на вход ограничителя можно подавать стабилизированный

5 по напряжению постоянный ток, если напряжение электросети окажется больше заданного. С этой же целью в ОМВ предложено вводить ограничения величины сигнала по отклонению напряжения.

Недостаток ОМВ с фиксированной величиной

10 ограничения состоит в том, что в них не в полной мере используются возможности синхронных машин по потреблению реактивной мощности.

С целью наиболее полного использования синхронных машин по потреблению реактивной мощ15 ности APB снабжаются ограничителем утла

Такие ОМВ ограничивают величину реактивной Нагрузки в режиме потребления по условиям статической устойчивости. При этом не учитывается возможный перегрев крайних пакетов сердечника

Обычно для каждого генератора завод — изготовитель дает величину допустимой реактивной мощности в зависимости от активной нагрузки. В связи с этим нельзя допускать, чтобы потребляемая

25 генератором реактивная мощность увеличивалась

538468 до значения, опасного для машин. Для этого в

APB — СД предусмотен ОМВ с характеристикой, зависящей от активной нагрузки и величины напряжения синхронной машины.

Для получения указанной характеристики в

ОМВ, содержащем два выпрямителя, выходы которых включены на входе элемента опорного напряжения на выходе устройства, применен фазовый дискриминатор, в одном из каналов которого осуществляется сложение векторов одного из линейных напряжений с токами psyx фаз (например,VÂ+I„+1ñ в другом — вычитание указанных векторов

U -I -I . Полученный таким образом сигнал на

ВС A C). выходе фазового дискриминатора сравнивается с

oIIopHblMH сигналом пропорциональным HBHpHKi» 15 нию машины, и если он окажется больше опорного, то их разность подается на вход суммирующего усилителя APB. Недостаток этого устройства заключается в том, что для учета активной нагрузки машины используется полный ток фазы (в данном 20 примере — 1c), а не его активная составляющая, в результате чего реактивная составляющая этого тока несколько искажает работу ОМВ. Поэтому с изменением режима работы генератора характеристика ОМВ смещается и, чтобы она не выходила за 25 допустимые пределы ОМВ, приходится настраивать на ограничение мощности с запасом. Таким образом возможность машины потреблять реактивную мощнос . полностью не используется.

«;г ль «.зобретения — повышение эффективности ге .ератора в режимах потребления реактивной мсшности. Это достигается тем, что устройство для ограничения минимального возбуждения синхронной ма:пинь:, содержа.цес два выпрямителя, выхо- 35 ды кот, . ;г включень; ла входе элемента опорного напряженHH, являющего я в -.ходом устройства, СиабжЕНО фаЗОСдВИГ2iOlllH: ЭЛе. . Политика конфиденциальности 2013-03-30T08:26:28 2739946

Что такое омв генератора

Приложение
к приказу ОАО «СО ЕЭС»
от 03.04.2012 N 139

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ ОАО «СО ЕЭС»

ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ВОЗБУЖДЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛЯТОРАМ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
(в редакции изменения, введенного в действие приказом ОАО «СО ЕЭС» от 14.07.2015 N 225)

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», правила применения стандарта организации — ГОСТ Р 1.4-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения».

Сведения о стандарте

РАЗРАБОТАН: открытым акционерным обществом «Системный оператор Единой энергетической системы», открытым акционерным обществом «Научно-технический центр Единой энергетической системы».

ВНЕСЕН: открытым акционерным обществом «Системный оператор Единой энергетической системы».

УТВЕРЖДЕН и ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ: приказом открытого акционерного общества «Системный оператор Единой энергетической системы» от 03.04.2012 N 139.

1. Область применения

1.1. Стандарт устанавливает:

— технические требования к системам возбуждения и автоматическим регуляторам возбуждения сильного действия синхронных генераторов;

— порядок взаимодействия субъектов электроэнергетики при выборе типа систем возбуждения, типа и параметров настройки автоматических регуляторов возбуждения сильного действия синхронных генераторов;

— методику выбора кратности форсировки возбуждения по напряжению тиристорных систем возбуждения синхронных генераторов;

— методику проверки параметров настройки автоматических регуляторов возбуждения сильного действия синхронных генераторов на физической модели энергосистемы;

— методику проверки параметров настройки автоматических регуляторов возбуждения сильного действия синхронных генераторов на математической модели энергосистемы с использованием цифрового программно-аппаратного комплекса моделирования энергосистем в режиме реального времени;

— методику проверки параметров настройки автоматических регуляторов возбуждения сильного действия синхронных генераторов на цифровой модели энергосистемы;

— порядок и методики проведения сертификационных испытаний автоматических регуляторов возбуждения сильного действия синхронных генераторов.

(изм. см. приказ N 225 от 14.07.2015)

1.2. Требования Стандарта распространяются на системы возбуждения и автоматические регуляторы возбуждения сильного действия синхронных генераторов.

1.3. Стандарт не устанавливает технических требований к технологическим схемам управления, диагностике, сервисному обслуживанию, объему заводских проверок и надежности силовой части, характеристикам и составу защит систем возбуждения синхронных генераторов электростанций.

1.4. Стандарт распространяется:

— на системы возбуждения (в том числе на автоматические регуляторы возбуждения) синхронных генераторов номинальной мощностью 60 МВт и более,

— на системы возбуждения (в том числе на автоматические регуляторы возбуждения) синхронных генераторов меньшей мощности в случае, если системы возбуждения имеют в своем составе автоматические регуляторы возбуждения сильного действия с введенными в работу каналами стабилизации или системным стабилизатором.

(изм. см. приказ N 225 от 14.07.2015)

1.5. Стандарт предназначен для ОАО «СО ЕЭС» и организаций, осуществляющих деятельность по разработке, внедрению, эксплуатации, проверке и настройке систем возбуждения и автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов электростанций.

1.6. Требования Стандарта должны учитываться при разработке схем выдачи мощности электрических станций, при строительстве, реконструкции, модернизации и техническом перевооружении электростанций (генерирующего оборудования), подготовке и согласовании технических условий на технологическое присоединение объектов по производству электрической энергии к электрическим сетям.

2. Нормативные ссылки

В Стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 21558-2000 «Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Общие технические условия».

3. Термины и определения

В Стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1. Система возбуждения: комплекс оборудования, устройств, аппаратов и сборных единиц, предназначенных для возбуждения автоматически регулируемым постоянным током турбогенераторов (гидрогенераторов, синхронных компенсаторов) в нормальных и аварийных режимах.

3.2. Возбудитель: устройство, являющееся составной частью системы возбуждения, предназначенное для питания постоянным током обмотки возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора) и представляющее электрическую машину постоянного тока либо полупроводниковый преобразователь в комплексе с источником питания переменного тока. Источником переменного тока могут быть электрическая машина переменного тока, трансформатор или сочетание ряда различных трансформаторов или дополнительная обмотка переменного тока в возбуждаемой машине, а также различные сочетания вышеуказанных источников питания.

3.3. Быстродействующая система возбуждения: система возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), быстродействие которой при форсировке, а также полное время расфорсировки не превышает соответствующих значений, регламентированных для таких систем.

3.4. Система параллельного самовозбуждения: система самовозбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), в которой источником энергии возбудителя является напряжение статора возбуждаемой синхронной машины или сети, на которую работает эта машина.

3.5. Система независимого возбуждения: система возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), в которой возбудитель получает энергию от источника, не связанного с напряжением и током статора возбуждаемой синхронной машины или сети, на которую она работает.

3.6. Бесщеточная система возбуждения: система возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), в которой передача энергии от возбудителя к обмотке возбуждения синхронной машины осуществляется без посредства скользящего щеточного контакта.

3.7. Статическая система возбуждения: система возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), в состав которой входят только статические источники энергии и статические преобразователи переменного тока в постоянный.

3.8. Тиристорная система возбуждения: система возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), в которой переменный ток источника питания преобразуется в постоянный ток возбуждения синхронной машины тиристорными преобразователями.

3.9. Потолочное (предельное) напряжение системы возбуждения (потолок возбуждения по напряжению): наибольшее постоянное напряжение, возникающее на обмотке возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора) в процессе форсировки возбуждения при начальном токе, равном номинальному току возбуждения, и начальной температуре обмотки возбуждения синхронной машины, равной рабочей номинальной. Выражается в вольтах или долях номинального напряжения возбуждения.

3.10. Потолочное (предельное) установившееся напряжение системы возбуждения: постоянное напряжение, возникающее при форсировке на обмотке возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора) в момент достижения потолочного тока возбуждения при начальной температуре обмотки возбуждения синхронной машины, равной рабочей номинальной. Если система возбуждения оснащена устройством ограничения максимального тока возбуждения, то потолочное установившееся напряжение возбуждения определяется в момент, предшествующий началу работы этого устройства.

3.11. Кратность форсировки возбуждения по напряжению: потолочное установившееся напряжение системы возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), выраженное в долях номинального напряжения возбуждения.

3.12. Потолочный (предельный) ток возбуждения: наибольший ток возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), создаваемый системой возбуждения в конце регламентированной длительности форсировки возбуждения.

3.13. Кратность форсировки возбуждения по току: потолочный ток возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), выраженный в долях номинального тока возбуждения.

3.14. Быстродействие системы возбуждения: время достижения 95-процентного потолочного напряжения возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора) от исходного номинального значения при форсировке, вызванной регламентированным изменением напряжения на входе автоматического регулятора возбуждения.

3.15. Запаздывание системы возбуждения: интервал времени в секундах от момента подачи на вход автоматического регулятора возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора) сигнала, вызывающего необходимость полной форсировки возбуждения (при внезапном коротком замыкании в цепи статора синхронной машины или скачкообразном изменении ее напряжения) до момента, когда в процессе форсировки возбуждения напряжение возбудителя отклонилось от начального на 3% от разности конечного и начального напряжений в сторону, определяемую поданным сигналом.

3.16. Коэффициент усиления системы возбуждения по напряжению: коэффициент , определяемый как частное от деления относительного изменения напряжения возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора) на относительное изменение напряжения на входе АРВ по каналу напряжения статора

,

где — изменение напряжения возбуждения, В;

— изменение напряжения на входе АРВ (изменение напряжения на статоре), В;

, — номинальные значения напряжений возбуждения и на входе АРВ соответственно, В.

3.17. Форсировка возбуждения: переход системы возбуждения в режим выдачи максимального напряжения и тока возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора).

3.18. Расфорсировка возбуждения: принудительное снижение напряжения и тока возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора) от потолочного значения до заданного.

3.19. Автоматический регулятор возбуждения: устройство, являющееся составной частью системы возбуждения и действующее на возбудитель синхронной машины с целью поддержания напряжения в электрической сети на заданном уровне.

3.20. Автоматический регулятор возбуждения сильного действия: автоматический регулятор возбуждения, структура которого для улучшения демпфирования колебаний в энергосистеме включает каналы стабилизации или системный стабилизатор.

3.21. Релейная форсировка возбуждения: функция автоматического регулятора возбуждения, обеспечивающая увеличение напряжения возбуждения и тока возбуждения электрической машины с максимально возможной скоростью до своих потолочных значений и имеющая настраиваемые параметры: напряжение ввода релейной форсировки возбуждения, напряжение снятия релейной форсировки возбуждения, время задержки на снятие релейной форсировки возбуждения. (изм. см. приказ N 225 от 14.07.2015)

3.22. Системный стабилизатор (PSS): элемент или группа элементов, который обеспечивает дополнительный входной сигнал в автоматическом регуляторе возбуждения для улучшения демпфирования колебаний в энергосистеме.

3.23. Амплитудно-частотная характеристика: зависимость от частоты модуля входной, выходной или передаточной функции, выраженной в комплексной форме.

3.24. Фазочастотная характеристика: зависимость от частоты аргумента входной, выходной или передаточной функции, выраженной в комплексной форме.

3.25. Номер версии алгоритма функционирования АРВ: индивидуальный цифровой, или буквенный, или буквенно-цифровой набор (номер), в том числе входящий в состав номера версии программного обеспечения АРВ, отличающий указанную версию алгоритма функционирования АРВ от других версий и подлежащий изменению при внесении изменений в алгоритм функционирования АРВ (включая изменения, вносимые при модификации, иной переработке или адаптации алгоритма функционирования АРВ). (изм. см. приказ N 225 от 14.07.2015)

4. Обозначения и сокращения

В Стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

Как работает автомобильный генератор? Как его проверить? Какие неисправности случаются?

Как работает генератор?

Принцип работы автомобильных генераторов одинаковый и основан на электромагнитной индукции. Электрический ток возникает в замкнутой рамке при пересечении ее вращающимся магнитным полем. Таким образом, для работы генератора необходимо, чтобы в нем вращалось магнитное поле.

Собственное, вращающееся магнитное поле создается ротором. Сразу отметим, что в автомобильном генераторе нет постоянных магнитов. Т.е. постоянного магнитного поля в генераторе просто нет. Однако магнитное поле появляется на обмотке ротора после подачи на него тока. Обмотка ротора правильно называется «обмоткой возбуждения». Она создает магнитное поле при повороте ключа зажигания. Далее после запуска двигателя ротор начинает вращаться. Ток вырабатывается в трех отдельных обмотках статора. Этим же током далее питается обмотка возбуждения, т.е. потребление тока от АКБ прекращается.

На нашем YouTube-канале вы можете посмотреть видеообзор про автомобильные генераторы.

Снятый с обмоток статора переменный ток стабилизируется в устройстве, называемом «выпрямитель», также известном как диодный мост. Благодаря ему выходной ток генератора – постоянный и выпрямленный. В нем присутствует шесть силовых диодов. Половина диодов соединена с силовым плюсом генератора, половина – с его «массой», т.е. корпусом. Также в выпрямителе могут присутствовать слаботочные диоды, через которые подключена обмотка возбуждения. Диоды – это полупроводники, которые пропускают ток только в одном направлении.

Также в генераторе есть реле-регулятор напряжения. На контакты реле с диодов приходит снятое со статора силовое напряжение. Если его недостаточно, т.е. напряжение меньше 14 Вольт, реле увеличивает напряжение на обмотке возбуждения. При усилении магнитного поля увеличивается силовое напряжение. Необходимая величина – 14-14,5 Вольт.

Здесь же добавим, что магнитное поле увеличивает усилие, с которым вращается ротор. Эта нагрузка через приводной ремень передается на коленвал. Таким образом, включение электрических потребителей и, главным образом, их общая мощность, непосредственно влияют на расход топлива.

Именно благодаря регулированию тока в обмотке ротора производительность генератора не зависит от скорости вращения ротора и силы тока нагрузки. Разумеется, до определенных пределов, ограниченных общей мощностью генератора. Сам по себе регулятор напряжения – чисто электронное устройство.

Ток возбуждения подается по подпружиненным графитовым щеткам, контактирующим с контактными кольцами на роторе.

На более современных автомобилях применяется бесщеточные индукторные генераторы. В них применяется отдельная неподвижная обмотка возбуждения с намагниченным магнитопроводом. Ротор представляет собой звезду с 6-ю лучами, а статор не 3-х, а 5-фазный. Такие генераторы самовозбуждаются, т.е. могут работать без АКБ.

Обгонная муфта генератора

Мощные генераторы оснащаются шкивом с обгонной муфтой. В данном случае она служит демпфером, который гасит инерции коленвала и самого ротора генератора, не позволяет тяжелому и нагруженному ротору генератора ударять и подгонять ремень навесного оборудования при снижении его скорости движения. Т.е. если скорость ремня падает или ремень останавливается при глушении двигателя, то ротор генератора может свободно продолжать вращаться. При неисправности обгонной муфты, т.е. ее заклинивании, во время работы двигателя можно увидеть сильную вибрацию приводного ремня возле муфты. А при остановке двигателя раздается скрип ремня – это вращающийся по инерции ротор генератора прокручивает заклинившую муфту относительно ремня.

Подключение генератора. Самые распространенные выводы и клеммы.

К проводке автомобиля генератор подключается не только силовым проводом и контактом с «массой». Силовой выход – клемма 30 – помечен буквой «B» (батарея). Отдельный минусовой контакт – клемма 31 – на генераторе обозначается буквами E, B-, GRD.

У генератора обязательно есть выход на контрольную (индикаторную) лампу. Через этот же выход подается небольшое напряжение для намагничивания ротора. Такой контакт помечен буквой «L» (лампа). Горящая лампа указывает на отсутствие зарядки. Кстати, лампочка тухнет при выравнивании потенциалов, т.е. когда на контакте L появится «плюс». Это происходит в тот момент, когда генератор начинает вырабатывать ток.

Также контрольная лампа может подключаться через контакт «D+». Нюанс в том, что в этом случае по этому же контакту питается регулятор напряжения. По контакту «S» (сенсор) измеряется напряжение для контроля.

На генераторах дизельных двигателей нередко присутствует контакт «W». Это выход с одной из обмоток статора, по которому подключается тахометр.

По контакту «FR» или «DFM» регулятор напряжения соединяется с ЭБУ для контроля нагрузки на генератор. Если нагрузка высока, то электроника повышает обороты холостого хода или отключает некоторые потребители.

На генераторе может присутствовать контакт «D» c очень разным функционалом. «D» может обозначать и Digital, и Drive. Например, по нему можете передаваться цифровой сигнал, как на автомобилях Ford. На генераторах японских автомобилей по этому контакту подается ток для управления регулятором напряжения. Также это может быть просто пустой контакт.

Почему генератор выходит из строя?

Поломки генераторов можно разделить на механические и электрические.

По механике – это нарушение вращения ротора из-за износа или разрушения подшипников. Подклинивающий генератор может привести к обрыву ремня навесного оборудования. Также может возникнуть люфт подшипников.

Графитовые щетки постоянно изнашиваются из-за трения с контактными кольцами на роторе. Правда, они сделаны с запасом и служат сотни тысяч км и огромное количество моточасов. Предельная длина щеток – 5 мм.

Если контакт щеток с кольцами ротора пропадает, то генератор перестает функционировать. Обмотка возбуждения не намагничивается, ток не возникает.

Диоды в выпрямителе выходят из строя из-за нагревов, вызванных перегрузками. Тут можно сказать, что есть генераторы с некорректно подобранными диодами, которые просто не служат достаточно долго. И в целом силовые диоды рассчитаны на номинальный ток с минимальным запасом.

Также отметим, что диодный мост может выйти из строя на вашем автомобиле при неправильном прикуривании. Дело в том, что из-за высокого потребления тока стартером и севшим АКБ другой машины диоды в вашем генераторе просто пробивает током. Правильно прикуривать другой автомобиль так: подсоединяетесь к его АКБ, несколько минут с заведенным двигателем подзаряжаете его, затем глушите свой двигатель, даже вынимаете ключи из замка зажигания. И только после этого позволяете пациенту завестись.

Если неисправность возникает в реле-регуляторе, то генератор не выдает достаточного напряжения. В этом случае опять же пропадает зарядка. Кроме того, реле-регулятор может стать причиной утечки тока. Для некоторых генераторов есть рекомендация менять реле-регуляторов через определенные пробеги.

Также зарядка может пропасть или отсутствовать при нагрузке в случае межвиткового замыкания.

Проверка снятого генератора без машины

Снятый и неразобранный генератор можно проверить при помощи таких вспомогательных вещей, как заряженный АКБ и некое устройство, с помощью которого можно раскрутить ротор генератора (шуруповерт или дрель с подходящей головкой). Также нужно правильно подключить индикаторы – лампы. Одна лампа грубо покажет наличие зарядки, другая покажет работоспособность реле-регулятора.

Более точные и точечные проверки проводятся на разобранном и заведомо неисправном генераторе для поиска конкретного неисправного узла.

Генератор на автомобиле проверяется с помощью мультиметра. Для начала необходимо замерить напряжение на самой АКБ. В идеале напряжение должно быть порядка 12,5 Вольт. После запуска двигателя напряжение на АКБ должно составлять не менее 13,8 Вольт и не более 14,5 Вольт.

Есть старый дедовский метод со скидыванием клеммы АКБ во время работы двигателя. Типа если двигатель не заглохнет, то генератор бодрячком. На сегодняшний день таким образом нельзя проверять работу генератора скидыванием клеммы с АКБ на работающем авто. Если так сделаете, то через пару недель пройдет пробой одного из диодов.

Отдельного упоминания заслуживают генераторы с подключением P-D (терминалом P-D, «импульс-управление»). Они не имеют регулятора напряжения. Регулятор находится в ЭБУ. Оттуда же подается напряжение для обмотки возбуждения. Таким образом, их нельзя проверить методом с подключением индикаторной лампы и подачи возбуждения через нее. Ее просто подключить некуда, а возбуждение подается через силовой контакт. Такие генераторы проверяются на специальном стенде или при помощи самодельного реле-регулятора, способного подать импульс на обмотку ротора.

Как работает электрический генератор

Функция любого электрического генератора — вырабатывать электрический ток. Но на самом деле генератор ничего не производит, а лишь преобразует один вид энергии — в другой (как это и свойственно всем энергетическим процессам в природе). Чаще всего, произнося словосочетание «электрический генератор», имеют ввиду машину, преобразующую механическую энергию — в электрическую.

Механическая энергия может быть получена от расширяющегося под давлением газа или пара, от падающей воды или даже вручную. В любом случае для получения от генератора электрической энергии, ему необходимо сначала передать эту энергию в приемлемой форме, чаще всего в механической.

— А откуда у вас электричество?
— Два гигантских хомяка крутят колёса в секретном бункере.

Остаться в живых (Lost)

Генераторы, работающие посредством механического привода, — доминирующий вид генераторов в современном мире. Такие генераторы работают на атомных и гидроэлектростанциях, в автомобилях, в дизельных и бензиновых генераторах, на ветряках, в ручных динамо-машинах и т. д. Пар, бензин, ветер — служат источниками механической энергии, вращающей ротор генератора.

Пример работы простого электрогенератора:

На роторе генератора закреплена обмотка намагничивания или постоянные магниты. В последние годы широкое распространение получают генераторы с неодимовыми магнитами на роторе, так как современные неодимовые магниты не уступают по своим характеристикам мощной обмотке намагничивания.

Принцип выработки электрической энергии в генераторе основан на явлении электромагнитной индукции, которое заключается в том, что изменяющийся в пространстве магнитный поток индуцирует вокруг этого пространства электрическое поле.

И если в область где присутствует это индуцированное электрическое поле поместить проводник, то в нем наведется (будет индуцирована) ЭДС — электродвижущая сила, и между концами проводника можно будет наблюдать (измерить, использовать для питания нагрузки) соответствующее напряжение.

Изменяющийся магнитный поток получается в генераторе при помощи движущихся вместе с ротором магнитов или полюсных наконечников, намагничиваемых специальными обмотками — обмотками намагничивания. Обмотки намагничивания обычно получают питание через щетки и контактные кольца.

Применение генератора для электрификации модели железной дороги:

Провода, в которых наводится ЭДС (электрическое напряжение) в генераторе, представляют собой обмотку статора, расположенную, как правило, в магнитопроводе, закрепленном на неподвижной части электрической машины. Эта обмотка у генераторов разного типа может быть выполнена различным образом.

В трехфазных генераторах переменного тока приняты обмотки статора, изготовленные по трехфазной схеме, — три части такой трехфазной обмотки могут быть соединены «звездой» или «треугольником».

Соединение звездой позволяет получить от генератора напряжение большей величины, чем при соединении треугольником. Разница в напряжениях составит корень из 3 раз (около 1,73). Чем больше напряжение — тем меньше максимальный ток, который можно получить от данного генератора на нагрузке.

Работа электрического генератора на электростанции:

Номинальная мощность генератора зависит от нескольких факторов, которые определяют его номинальные ток и напряжение. Напряжение на выходных клеммах генератора зависит от длины обмотки (провода) статора, от скорости вращения ротора и от индукции магнитного поля на его полюсах. Чем эти параметры больше — тем большее напряжение получается с генератора на холостом ходу и под нагрузкой.

Портативный генератор (мини-электростанция) для автономного электроснабжения:

Максимальный ток, который можно получить от генератора, теоретически ограничен его током короткого замыкания. Практически при номинальных оборотах он зависит от толщины провода обмотки статора и от общего магнитного потока ротора.

Если магнитного потока не достаточно, в некоторых случаях прибегают к увеличению оборотов. Но тогда генератор обязательно должен быть оснащен автоматическим регулятором напряжения, как это реализовано в автомобильных генераторах, которые способны выдавать приемлемый для зарядки аккумулятора ток в широком диапазоне оборотов.

12. Автоматическое регулирование возбуждения (арв). Форсировка возбуждения

Простейшим устройством регулирования напряжения явля­ется схема форсировки возбуждения, которая широко применялась в свое время на генераторах, имеющих электрома­шинное возбуждение

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) устанавливается на всех генераторах мощностью 3 МВт и бо­лее. В схемах возбуждения, рассмотренных ранее, условно показа­но устройство АРВ. На рис. 2.9, б видно, что АРВ воздействует на вентильную группу KS», которая выпрямляет переменный ток и подает постоянный ток в обмотку возбуждения генератора. Вели­чина этого тока зависит от напряжения на выводах генератора, что анализируется в схеме АРВ. В системе тиристорного возбужде­ния (см. рис. 2.10) устройство АРВ контролирует не только напря­жение, но и ток генератора, а также посылает импульсы для уп­равления тиристорами рабочей и форсировочной группы. На рис. 2.13 показана структурная схема АРВ сильного действия.

Напряжение статора генератора U_r подводится от трансфор­матора TV к блоку питания БН через блок компаундирования

БКТ, который необходим для распределения реактивной на­грузки между параллельно работающими генераторами. К блоку БКТ подводится также ток статора генератора от трансформа­торов тока ТА.

От блока БН передаются сигналы изменения величины напря­жения AU_n скорость изменения напряжения Щи форсировки на­пряжения ФВ в суммирующий магнитный усилитель У1.

От блока частоты БЧЗ в усилитель У1 передаются сигналы А/и/’

Для ограничения тока ротора генератора при форсировке в схеме предусмотрен блок БОР, который анализирует ток ротора и пере­дает сигнал «Ограничение перегрузки» (ОП) в усилитель У1.

Ограничитель минимального возбуждения (ОМВ) обеспечива­ет устойчивую работу генератора в режиме недовозбуждения.

Выбор каналов и коэффициентов усиления по каждому из них является сложной задачей.

Для стабилизации процесса регулирования возбуждения гене­ратора в схеме АРВ сильного действия применяется обратная связь по скорости изменения напряжения ротора генератора. Напряже­ние ротора подводится к блоку обратной связи (БОС), который воздействует на усилитель У1.

13. Автоматическое гашение магнитного поля синхронных генераторов и компенсаторов

При внезапном отключении генератора или компенсатора не­обходимо быстро уменьшить магнитный поток, что приведет к уменьшению ЭДС генератора. Чем быстрее будет погашено маг­нитное поле, тем меньше последствия короткого замыкания в ге­нераторе. Для гашения магнитного поля применяют три метода: замыкание обмотки ротора на гасительное сопротивление; включение в цепь обмотки ротора дугогасительной решетки автомата; противовключение возбудителя.

В первом методе обмотка ротора замыкается на активное со­противление, а затем отключается от источника питания. Элект­ромагнитная энергия, заключенная в обмотке возбуждения, вы­деляется в разрядном резисторе, вызывая постепенное затухание магнитного поля. Время гашения составляет несколько секунд. В мощных генераторах такая длительность гашения поля может привести к значительным повреждениям в обмотках генератора, поэтому более широкое распространение получили автоматы с дугогасительной решеткой (см. рис. 4.22). АГП включается в цепь об­мотки ротора.

При коротком замыкании (КЗ) в генераторе срабатывает реле защиты KL и отключает генератор от внешней сети, воздействуя на электромагнит отключения YA Т выключателя, а также подает импульс на отключение АГП. При отключении выключателя сна­чала размыкаются рабочие контакты 2, а затем дугогасительные 1. Возникшая дуга затягивается магнитным дутьем в дугогаситель-ную решетку и разбивается на ряд последовательных коротких дуг, существование которых поддерживается имеющимся запасом энер­гии магнитного поля обмотки возбуждения ротора. Отключившимся контактом 3 выключателя вводится сопротивление R_a в цепь воз­буждения возбудителя, что снижает ток последнего, а это влечет уменьшение напряжения, подаваемого на обмотку ротора, и, сле­довательно, уменьшение тока в роторе и энергии магнитного поля. Время гашения поля в этой схеме равно 0,5—1 с.

Рис. 2.12. Схема гашения поля ге­нератора автоматом с дугогасительной решеткой:

1, 2, 3 — контакты АГП; 4 — решетка

из медных пластин; 5 — шунтирующее

При гашении небольшого тока дуга в промежутках между плас­тинами горит неустойчиво и мо­жет погаснуть в одном из проме­жутков, вызывая разрыв цепи и перенапряжение в обмотке воз­буждения. Для того чтобы подход тока к нулевому значению был плавным, решетка автоматичес­кого выключателя шунтируется специальным набором сопротив­лений 5 (см. рис. 2.12).

Для генераторов с тиристорным возбуждением (см. рис. 2.10) возможно гашение поля путем перевода тиристоров в инверторный режим. В этом случае энергия магнитного поля обмотки возбуждения LG отдается возбуди­телю GE. Обычно используется форсировочная группа тиристоров VD2, так как более высокое напряжение этой группы позволяет быстрее погасить магнитное поле.

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

09.09.2015

Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС

На судах установлено множество типов генераторов. Каждый генератор снабжен автоматическим регулятором. Схемы регуляторов очень разнообразны, но построены по общим принципам. В качестве примера рассмотрим наиболее простую систему самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС.

Примем такой порядок изучения схемы: самовозбуждение генератора; трансформатор фазового компаундирования (ТрФК); корректор напряжения; прочие элементы схемы.

Самовозбуждение генератора на холостом ходу осуществляется за счет как остаточного намагничивания ротора, так и дополнительной меры — с помощью генератора начального возбуждения ГНВ (рис. 1).

Ротор, имея небольшое остаточное намагничивание, при вращении приводным двигателем своим слабым магнитным полем пересекает неподвижную трехфазную обмотку статора. На зажимах генератора в точках А, В, С появляется небольшая э. д. с., которая создает ток в обмотке напряжения ОН. Через обмотки ОТ ток не протекает, потому что еще разомкнут автомат генератора. Так как обмотка ОН имеет большое число витков, то ее сопротивление большое, следовательно, ток в ней очень мал.

Естественно, обмоткой ОН в трансформаторе ТрФК наводится малая по величине м. д. с., которая в суммирующей обмотке ОС наводит небольшой потенциал (э. д. с.). Теперь обмотка ОС является источником электроэнергии и через выпрямитель Вп1 в обмотку возбуждения течет ток подмагничивания. Но резкого увеличения магнитного потока ротора может не произойти, так как ток возбуждения, поступающий с обмотки ОС, может оказаться незначительным. Это объясняется большим сопротивлением обмоток ОН, ОС и выпрямителей Вп1 в еще не открывшемся состоянии (нужен более высокий потенциал на обмотке ОС, чтобы открыть выпрямитель Вп1).

Для начального возбуждения применяют генератор начального возбуждения ГНВ. Небольшой по габариту, он установлен прямо в подшипниковом щите генератора. Ротор генератора ГНВ — постоянный магнит, вращается вместе с ротором основного генератора; его магнитное поле пересекает двухфазную обмотку статора. После запуска приводного двигателя еще при низкой частоте вращения в обмотке ГНВ индуктируется достаточная э. д. с., которая выпрямляется выпрямителем Вп3 и поступает в обмотку возбуждения генератора. Таким образом обеспечивается надежное самовозбуждение.

На зажимах генератора появляется близкая к номинальной величина э. д. с. Теперь ток в обмотке ОН больше. Это обеспечивает большую э. д. с. обмотки ОС и на выходе выпрямителя Вп1. Например, на выходе выпрямителя Вп1 э. д. с. равна 60 В, а ГНВ развивает только 20 В, которые были вполне достаточны для самовозбуждения, а теперь более высокое напряжение от выпрямителя Вп2 запирает вентили выпрямителя Вп3 и ток от ГНВ на обмотку возбуждения генератора не поступает. Через нее проходит ток от выпрямителя Bп1 — ГНВ автоматически отключен.

Назначение трансформатора фазового компаундирования

Трансформатор фазового компаундирования состоит из двух первичных обмоток (см. рис. 1): токовой — ОТ, напряжения — ОН и одной вторичной — суммирующей ОС. На рис. 2 представлена векторная диаграмма м. д. с. трансформатора ТрФК, но нужно иметь в виду, что направление векторов м. д. с. совпадает с направлением векторов тока в соответствующих обмотках.

Будем считать, что при номинальном напряжении генератора в суммирующей обмотке действует м. д. с. Fос. Ток в обмотке ОН (см. рис. 1 и 2), следовательно, вектор Fон, отстает от вектора напряжения на 90° из-за большой индуктивности обмотки ОН и наличия магнитного шунта в районе расположения обмотки напряжения. При изменении нагрузки по величине и характеру положение вектора Fон остается неизменным, так как ток нагрузки протекает только через обмотку ОТ. Положение вектора м. д. с. токовой обмотки Fот определяется определенным коэффициентом мощности cos ф. Ток в обмотке возбуждения генератора пропорционален величине вектора Fос.

При росте нагрузки по величине (Fот’) или при снижении cos ф (угол ф1) генератор уменьшает свое напряжение из-за действия размагничивающей реакции статора. Но трансформатор ТрФК осуществляет амплитудно-фазовое компаундирование; увеличиваются векторы м. д. с. в суммирующей обмотке (Fоc’, Fоc») и ток возбуждения генератора, напряжение генератора восстанавливается до нормальной величины.

Действие ТрФК при колебаниях нагрузки в сторону снижения по величине или увеличения cos ф будет направлено в сторону снижения тока возбуждения, так как в этих случаях напряжение генератора стремится увеличиться.

Корректор напряжения в системе возбуждения генератора — небольшой и отличается простотой. Он собран на базе дросселя, который в схеме (см. рис. 1) именуется дросселем отсоса ДрО. Корректор выполняет несколько функций.

Функции корректора напряжения в системе возбуждения

Предположим, что после колебаний нагрузки, несмотря на работу ТрФК, напряжение на шинах генератора не доведено до нормальной величины. Корректор напряжения должен в дополнение к действию ТрФК более точно воздействовать на ток возбуждения генератора с целью подрегулирования напряжения на шинах. ТрФК реагировал на первопричину изменения напряжения — изменение нагрузки, датчиком являлась обмотка ОТ. Корректор, осуществляя коррекцию по напряжению, реагирует на его величину.

Например, напряжение на шинах осталось несколько повышенным, увеличено оно и в точках 1, 2 обмотки ОН, откуда получает питание корректор. Следовательно, увеличен постоянный ток в обмотке управления ОУ, железо дросселя ДрО получает большее подмагничивание, рабочие обмотки переменного тока ОР из-за большего намагничивания железа уменьшают свое индуктивное сопротивление.

Электроэнергия, которая индуктируется в обмотке ОС ТрФК, расходуется на два канала. Первый канал: обмотка ОС, выпрямитель Вп1, обмотка возбуждения генератора. Второй канал: обмотка ОС, рабочие обмотки ОР дросселя ДрО. Так как индуктивное сопротивление обмоток ОР уменьшилось, то большая доля тока идет через них, а меньшая, индуктируемая обмоткой ОС, течет через выпрямитель Вп1 на возбуждение генератора. Генератор понижает свое напряжение до нормальной величины.

Если напряжение на шинах понижено, то ток в обмотке ОУ уменьшается, железо ДрО менее намагничено — это и есть причина увеличения индуктивного сопротивления обмоток ОР. Ток в них меньше, доля тока отсоса уменьшилась, больший ток течет через выпрямитель Вп1 на возбуждение генератора, его напряжение восстанавливается до нормы.

Через корректор напряжения осуществляется также коррекция по температуре. Например, при прогреве генератора сопротивление его обмоток возрастает, на них увеличивается падение напряжения, при неизменной э. д. с. генератора напряжение на шинах несколько понижено.

Однако вместе с генератором нагревается резистор термокомпенсации Rт, встроенный в генератор. В результате нагрева Rт его омическое сопротивление увеличивается, а так как оно включено последовательно с обмоткой ОУ, то в последней уменьшается ток. Железо дросселя ДрО менее насыщено, сопротивление обмоток ОР увеличивается, ток, идущий через них, уменьшается, большая часть тока течет через выпрямитель Bпl, возбуждение генератора и его э. д. с. увеличиваются, напряжение на шинах достигает заданной величины.

При параллельной работе генераторов нужно осуществлять равномерное автоматическое распределение реактивной нагрузки. Это осуществляется через корректор напряжения с помощью контура распределения реактивной нагрузки, в который входят трансформатор тока ТрТ и резистор контура Rк.

При одиночной работе генератора переключатель П замкнут и весь ток, индуктируемый во вторичной обмотке трансформатора ТрТ, замыкается через него, а не через резистор Rк. В этом случае контур не работает.

При параллельной работе генераторов переключатель П следует разомкнуть. Посмотрим, какое напряжение поступает на выпрямитель Вп2 (рис. 3). Прежде всего это часть линейного напряжения Uвс; именно на эти фазы включен корректор точками 1, 2 (см. рис. 1 и 3). Так как переключатель П разомкнут, то э. д. с., индуктируемая во вторичной обмотке трансформатора ТрТ, создает свой ток через резистор Rк корректора. Трансформатор ТрТ включен в фазу А, поэтому ток в его обмотках, а следовательно, и падение напряжения ΔU_Rк на резисторе Rк, создаваемое этим током, отстает на угол ф от фазного напряжения Ua, куда включен ТрТ.

Угол ф определяется какой-то величиной cos ф нагрузки на генератор, т. е. определяет долю реактивной нагрузки. Если вектор ΔU_Rк перенести в конец вектора Uвс и произвести их геометрическое суммирование, то получим вектор U_Вп2. Величина этого вектора определяет величину напряжения питания выпрямителя Вп2 и тока в обмотке ОУ.

Допустим, что доля индуктивной нагрузки на данный генератор увеличилась, это значит, что у этого генератора понизился cos ф (увеличился угол до значения ф1), вектор ΔU_Rк переместился в положение ΔU’_Rк.

Если его просуммировать с вектором Uвс, то получим больший по величине вектор U’_Вп2, чем вектор U_Вп2. Это говорит о том, что напряжение питания выпрямителя Вп2 увеличилось, повысился ток в обмотке ОУ, сопротивление ОР понизилось, в них идет больший ток, снижается ток через выпрямитель Bпl на возбуждение. Генератор понижает э. д. с.

При рассмотрении параллельной работы генераторов было отмечено, что для уменьшения реактивной нагрузки на генератор нужно уменьшить его ток возбуждения — это было сделано регулятором автоматически. Вывод: данный генератор сбросит часть индуктивной нагрузки на параллельно работающий, так как у данного генератора э. д. с. стала ниже.

Прочие элементы схемы

К прочим элементам данной схемы можно отнести обмотку стабилизации ОС, уравнительное соединение УС и настроечные резисторы Rp, Ro, Ry.

Обмотка стабилизации ОС служит для успокоения работы системы регулирования. Контур распределения реактивной нагрузки не всегда справляется полностью со своей задачей, поэтому с помощью уравнительного соединения УС соединяются параллельно обмотки возбуждения обоих генераторов, работающих параллельно.

Теперь если один из регуляторов произведет регулирование тока возбуждения, то регулирование будет произведено в равной степени и для второго генератора. Этим обеспечивается стабильность реактивной нагрузки на генераторах, а не перераспределение ее в процессе регулирования. Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС обеспечивает поддержание постоянства напряжения на шинах с заданной Правилами Регистра точностью 2,5%, в то время как большинство регуляторов работает с точностью 1 —16%. Это объясняется несовершенством корректора напряжения регулятора МСС.