Автоматический регулятор напряжения синхронных машин

 

Класс 21с, 64;о

21с, 65ов

21dÐ, 6о1 № 111554

YEI! f16 )il q

"4IC@T«i-1; ° ">.-.: .,-, БИБЛИИ Ый,"д

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Л. В. Цукерник, В. Е. Рыбинский и О. М. Костюк

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕН ИЯ

СИНХРОННЫХ МАШИН

Заявлено 22 марта 1956 г, за М 8815/458831 в Министерство электростанций

Для генераторов малой и средней мощности (примерно, до 1000 кот), работающих изолированно от мощных энергосистем, весьма существенным является быстродействие автоматического регулятора возбуждения.

Это имеет большое значение для облегчения пуска мощных короткозамкнутых двигателей и для улучшения «качества регулирования» с точки зрения поддержания постоянства напряжения генератора, Компаундирование синхронных генераторов, являющееся практически безинерционным, при правильном использовании может хорошо обеспечить форсировку возбуждения, однако обычный электромагнитный корректор не обеспечивает необходимого для малых генераторов «качества регулирования», вследствие электромагнитной инерции магнитного усилителя. Кроме того, односистемный (согласованно включенный) корректор требует некоторого ослабления компаундирования, что уменьшает его форсировочную способность.

Быстродействующий регулятор на основе устройства компаундирования с двухсистемным электромагнитным корректором напряжения обеспечивает хорошие рабочие характеристики, но имеет черезмерно большие габариты.

В основу предлагаемого автоматического регулятора напряжения синхронных машин, возбуждаемых от электромашинного возбудителя или по схеме самовозбуждения, положена система фазового компаундирования.

Особенностью этого регулятора, обеспечивающей повышение его быстродействия, уменьшение габаритов и расширение пределов регулирования, является выполнение указанной системы фазового компаундирования, управляемой с помощью трансформаторов, питаемых от тока и напряжения генератора и подмагничиваемых током выхода электромагнитного корректора напряжения.

На чертеже представлена принципиальная схема одного из возможных вариантов выполнения предлагаемого регулятора.

Основным элементом устройства является универсальный многообмоточный трансформатор УТП фазового компаундирования с подмагни№ 111554 чиванием. Трансформатор УТП конструктивно выполнен как магнитный усилитель и имеет две обмотки питания. Первичная последовательная обмотка включена в цепь тока статора генератора Г, а первичная параллельная обмотка питается от напряжения генератора через балластное сопротивление в виде дросселя с зазором ДФ. Первичная последовательная обмотка секционирована, что позволяет включать один трансформатор УТП в одну, две или три фазы генератора. Включение в две фазы осуществляется на сумму или разность токов этих фаз, а включение в три фазы — на сумму токов двух фаз и разность третьей.

На чертеже показано включение этого трансформатора в две фазы генератора на разность токов, что в большинстве случаев является наиболее целесообразным.

Злектродвижуьая сила во вторичной обмотке трансформатора УТП, напряжение и ток которой выпрямляются силовым выпрямителем 8С и подаются в шунтовую обмотку ОШ возбуждения возбудителя В, является, таким образом, геометрической суммой двух э.д.с., пропорциональной току статора генератора и его напряжению. Установочная фаза между этими э.д.с. выбирается таким образом, чтобы результирующий ток во вторичной обмотке трансформатора УТП возрастал по мере уменьшения коэффициента мощности активно-индуктивной нагрузки генератора.

Тот же результат может быть обеспечен путем подключения регулятора к дополнительной обмотке возбуждения возбудителя (при наличии дополнительной обмотки), или к диагонали мостовой схемы, составленной из двух половин шунтовой обмотки и двух балластных сопротивлений.

Схема с дополнительной обмоткой (при соответствующем объеме меди) требует минимальной мощности регулятора. Мостовая схема требует увеличенной мощности, но при ней уменьшается результирующая постоянная возбудителя, что имеет существенное значение для повышения эффективности начальной форсировки и улучшения дальнейшего переходного процесса при толчкообразном изменении нагрузки.

Для подмагничивания универсального трансформатора фазового компаундирования предусмотрена обмотка управления ОУ. Последняя включена через выпрямитель ВМУ Йа выход промежуточного магнитно; о усилителя, который управляется от трехфазного измерительного органа ТИ и составляет вместе с ним корректор напряжения. Магнитный усилитель Л1У питается от напряжения генератора и имеет внутреннюю обратную связь, Выходная характеристика корректора соответствует противовключенной схеме, т. е. при возрастании напряжения на генераторе ток выхода корректора или ток подмагничивания трансформатора УТП увеличивается.

Таким образом, при изменении напряжения на генераторе соответственно изменяется подмагничивание универсального трансформатора фазового компаундирования, изменяется ток выхода трансформатора и чапряжение генератора поддерживается постоянным B пределах получающегося статизма.

При холостом ходе генератора универсальный трансформатор компаундирования УТП питается только от напряжения генератора. Величина вторичного тока этого трансформатора в этом случае должна быть достаточной для того, чтобы регулятор мог осуществлять регулирование напряжения как на холостом ходу генератора, так и при малых нагрузках, так как составляющая вторичного тока, пропорциональная току статора генератора, при малых нагрузках (до 10 — 15% номинальной) недостаточна для обеспечения регулирования.

Таким образом, роль первичной обмотки трансформатора УТП, питающейся от напряжения генератора, заключается не только в том, чтобы осуществить фазовую схему компаундирования, но и в том, чтобы обеспечить регулирование напряжения генератора на холостом ходу и при малых нагрузках. № 111554

Управляемая фазовая схема компаундирования дает возможность применить корректор с малым коэффициентом усиления и, следовательно, увеличить быстродействие регулятора и существенно уменьшить его габарит. Благодаря высокому быстродействию и малому коэффициенту усиления корректора устойчивость регулирования напряжения как на холостом ходу генератора, так It при нагрузке достигается без дополнительных средств стабилизации при хорошей форме переходных процессов.

При снижениях напряжения (например, при пуске короткозамкнутых асинхронных двигателей) и при коротком замыкании генератора предлагаемый регулятор обеспечивает значительно более высокую форсировку возбуждения, чем обычное (неуправляемое) компаундирование с электромагнитным корректором напряжения. Это обусловлено тем, что коэффициент трансформации управляемого трансформатора фазового компаундирования выбирается с учетом подмагничивания, т. е. значительно меньшим, чем при обычном компаундировании. При снижении напряжения на 10 — 15% подмагничивание практически исчезает и степень компаундирования резко возрастает, повышая этим форсировку возбуждения.

Измерительный орган корректора ТО, состоящий, как обычно, из нелинейного и линейного элементов НЭ и ЛЭ, выполнен в виде трехфазного насыщающегося трансформатора по схеме утроителя частоты. Это позволяет осуществить коррекцию напряжения по частоте однофазнь|м малогабаритным резонансным контуром Ко, состоящим из дросселя Др с зазором, конденсатора К и шунтирующего сопротивления P. Контур частотной коррекции КН настроен на частоту около 180 гц и осуществляет коррекцию напряжения с точностью +1 % в пределах изменения частоты + 4%. В случае, когда в коррекции напряжения по частоте нет необходимости (при хорошо работающих регуляторах скорости первичных двигателей), резонансный контур настраивается на частоту около 200 eq.

Тогда в нормальном режиме регулятор поддерживает напряжение генератора с уставкой, примерно пропорциональной частоте, а при увеличении частоты более чем на 10% (например, при внезапном сбросе нагрузки), регулятор не допускает черезмерного повышения напряжения.

Уставка поддерживаемого регулятором напряжения задается установочным реостатом УР, включенным в цепь линейного элемента ЛЭ измерительного органа. Пределы изменений уставки составляют + 5%. Силовой выпрямитель компаундирования ВС и, выпрямитель ВМУ промежуточного магнитного усилителя МУ, а также выпрямителя ВЛЭ и ВНЭ линейного и нелинейного элементов собраны на селеновых шайбах, В регуляторе предусмотрена специальная обратная связь, осуществляемая путем включения в цепь тока выхо а регулятора нескольких витков обмотки обратной связи ОС промежуточного магнитного усилителя. Этим достигается возможность получения и положительного статизма регулирования без ухудшения рабочих характеристик регулятора.

Для параллельной работы регулируемых генераторов, включенных на общие шины, рекомендуется применение уравнительной связи, параллельно соединяющей вторичные обмотки трансформаторов УТП. Благодаря уравнительной связи осуществляется компаундирование генераторов по среднему току и надежно обеспечивается устойчивое распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами даже при отрицательном статизме регулирования, который, как указывалось, является весьма желательным.

Для разделения цепей возбуждения генераторов, а также для согласования соединяемых цепей по напряжению уравнительная связь осуществляется через выделенные секции вторичных обмоток трансформаторов УТП или через разделительный трансформатор ТУ. При разделении генераторов уравнительная связь разрывается блок-контактами синхронизационного выключателя. № 111554

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Редактор Л. М. Струве р. 95

Информационно-издательский отдел.

Объем 0,34 и, л. Зак. 9996

Поди. к печ, 25.XI-59 r, Тираж 780 Цена 50 коп.

Типография Комитета по делам изобретений и открытий при Совете М"иистров СССР

Москва, Петровка, 14.

Предлагаемый регулятор может быть применен также и для геператоров высоко1.,о,напряжения. В этом случае он присоединяется к генератору чере @е1ф@р ьные трансформаторы, тока и напряжения. ." " Г1 р е д м е т и з о б р е т е н и я

1. Ав14%аФйческий регулятор напряжения синхронных машин, возбуждаемых от электромашинного возбудителя или по схеме самовозбуждения, выполненный на основе системы фазового компаундирования, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулятора, уменьшения его габаритов и расширения пределов регулирования, указанная система фазового компаундирования выполнена управляемой с помощью трансформаторов, питаемых от тока и напряжения генератора и подмагничиваемых током выхода электромагнитного корректора напряжения.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимости напряжения генератора от изменения скорости его вращения, применен дополнительный корректор напряжения по частоте.

3. Форма выполнения регулятора по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и упрощения схемы, применен один общий трансформатор, питаемый от одной, двух или трех фаз генератора и имеющий одну общую выходную обмотку.

4. Форма выполнения регулятора по пп, 1 — 3, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что на выход корректора включен магнитный усилитель, питающий обмотки подмагничивания трансформаторов компаундирования.

5. Применение в системе параллельно работающих генераторов с регуляторами по пп. 1 — 4 параллельного соединения выходных обмоток трансформаторов компаундирования через разделительный трансформатор.