Модели систем возбуждения синхронных машин Ток в

Модели систем возбуждения синхронных машин

Ток в обмотке ротора и напряжение, под воздействием которого он проходит, называются током и напряжением возбуждения генератора.

К системе возбуждения генератора относятся обмотка ротора, возбудитель, регуляторы, с помощью которых можно изменять напряжение и ток возбуждения.

Напряжение на выходе системы возбуждени и ток возбуждения изменяются под действием сигнала, поступающего от АРВ. Требуемый вид этого сигнала зависит от технического исполнения системы возбуждения. АРВ представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования, управляемую на основе обработки по определенному алгоритму режимных параметров, получаемых от трансформаторов напряжения и тока.

Напряжение и ток ротора, при которых генератор работает с номинальной мощностью, номинальным напряжением статора и номинальным, также называются номинальными. Изменение этих величин для поддержания необходимого уровня напряжения статора генератора называется регулированием возбуждения.

Быстрое увеличение возбуждения сверх номинального значения называется форсировкой возбуждения. При этом наибольшие возможные значения напряжения и тока ротора, которые может обеспечить возбудитель, называются потолком возбуждения. Отношение напряжения (тока) ротора при форсировке к номинальным значениям — кратность форсировки возбуждения.

Основные функции • Поддержание напряжения в определенных точках энергосистемы, чаще всего на выводах генератора. Может также ставиться и решаться задача обеспечения изменения напряжения в некоторой точке по определенному закону в зависимости от других режимных параметров, например, от тока. Этим обеспечивается участие генераторов вместе с другими техническими средствами в решении задачи управления режимом работы электрических сетей по напряжению и реактивной мощности.

Основные функции АРВ в большей или меньшей степени способствует повышению статической и динамической устойчивости параллельной работы генераторов. • АРВ в большей или меньшей степени способствует повышению статической и динамической устойчивости параллельной работы генераторов.

Системы возбуждения синхронных машин должны иметь: • необходимую мощность источников возбуждения и диапазон его изменения в зависимости от параметров режима синхронной машины; • высокую скорость нарастания ротора в условиях аварийных нарушений режима в энергосистемах, что обеспечивает быструю мобилизацию резервов реактивной мощности и предотвращает нарушение устойчивости параллельной работы.

• Система возбуждения генератора должна обепечить не менее чем двухукратную форсировку возбуждения и скорость нарастания напряжения не менее двух единиц возбуждения в секунду (ед. возб/с), где за единицу возбуждения принимается номинальное напряжение.

Виды АРВ Все АРВ, применяемые на синхронных генераторах, различаются по параметру, на который они реагируют, по способу воздействия на систему возбуждения генератора и подразделяются на три группы.

Первая группа • Электромеханические АРВ, которые реагируют на отклонение напряжения генератора от заданного значения (уставки) и воздействуют на изменение сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя.

Вторая группа Электрические АРВ. Эти АРВ реагируют на отклонение напряжения или тока генератора от заданного значения и подают дополнительный выпрямленный ток в обмотку возбуждения возбудителя от внешних источников питания (трансформаторов тока, напряжения или собственных нужд).

Третья группа АРВ, применяемые в основном с выпрямительными системами возбуждения: высокочастотной, тиристорной, бесщеточной. Они не имеют собственных силовых органов (внешних источников питания), а только управляют работой возбудителей.

Для преодоления влияния электромагнитной инерции цепи возбуждения необходимо, чтобы действие регулятора было пропорционально не только U но также скорости изменения U. Если, например, напряжение U начало резко и быстро падать и поэтому абсолютное значение d. U/dt велико, то регулятор немедленно, когда U еще не успело достичь заметной величины, дает сильный импульс на увеличение if. Желательно также, чтобы регулятор возбуждения реагировал на производные других величин, характеризующих режим работа синхронного генератора.

Регуляторы, которые реагируют не только на величины отклонения определенных параметров, но и на величины их производных во времени, называются регуляторами сильного действия.

Типы систем возбуждения и их особенности

Система возбуждения предназначена для питания обмотки возбуждения синхронной машины постоянным током и соответствующего регулирования, она является одним из наиболее ответственных элементов генератора.

В целом, быстродействие системы возбуждения зависит от постоянных времени обмоток возбуждения генератора, возбудителя и автоматического регулятора возбуждения (АРВ), который является неотъемлемой частью системы возбуждения

Системы возбуждения: • системы независимого возбуждения, к которым относятся все электромашинные возбудители постоянного и переменного тока, соединенные с валом возбуждаемой машины. Работа таких систем возбуждения не зависит от напряжения генератора или сети, • системы зависимого возбуждения, к которым относятся системы возбуждения, получающие питание от выводов генератора через специальные трансформаторы и выпрямители. Работа систем зависимого возбуждения зависит от напряжения генератора или сети.

Система независимого возбуждения с управляемым тиристорным выпрямителем

Система зависимого возбуждения с управляемым тиристорным выпрямителем

Недостатком схемы самовозбуждения является зависимость напряжения, подаваемого на выпрямители, от режима работы главного генератора. Система самовозбуждения с управляемыми тиристорными выпрямителями характеризуется постоянной времени ТСВ = 0, 03 – 0, 05 с.

К достоинствам тиристорного возбуждения также относятся высокое быстродействие и высокая кратность форсировки, для чего достаточно иметь напряжение источника питания на заданную кратность форсировки. При полном открытии выпрямителей это напряжение практически мгновенно прикладывается к обмотке возбуждения генератора Г. В нормальном режиме выпрямители открыты не полностью, поэтому к обмотке возбуждения подводится номинальное напряжение возбуждения.

Система возбуждения с генераторами постоянного тока

Как правило, вал якоря возбудителя и подвозбудителя соединен с валом ротора генератора непосредственно, что обеспечивает высокую надежность работы системы возбуждения. Система возбуждения с генераторами постоянного тока характеризуется постоянной времени ТСВ = 0, 3 – 0, 5 с.

Высокочастотная система возбуждения

Общим недостатком всех рассмотренных выше систем возбуждения является необходимость использовать контактные кольца (скользящий контакт) для передачи постоянного тока на вращающийся ротор

Бесщеточная система возбуждения

Возбудитель в таких системах представляет собой обращенный синхронный генератор (ОГ), соединенный последовательно с валом генератора (Г). Обмотки возбуждения возбудителя расположены на статоре, а обмотки переменного тока – на роторе. Выпрямители (ВВ) укрепляются на дисках, расположенных на валу возбудителя и вращаются вместе с ним.

Основные количественные характеристики систем возбуждения и АРВ, учитываемые в математической модели

• • • Ограничение уровня возбуждения сверху и снизу по току возбуждения и по напряжению возбуждения. Скорость нарастания напряжения возбуждения при форсировке и скорость уменьшения напряжения возбуждения при расфорсировке. Влияние АРВ на демпфирование электромеханических колебаний (включая и устранение возможного нарушения колебательной устойчивости (самораскачивание)).

Ограничение уровня возбуждения

Форсировка возбуждения

В схемах устройств форсировки возбуждения синхронных машин используют в качестве измерительного органа реле минимального напряжения. Измерение напряжения производят на выводах обмотки статора или в другой, заранее намеченной точке сети. При снижении напряжения до значения уставки срабатывания реле минимального напряжения этим реле включается контактор форсировки. Производится необходимое воздействие на систему возбуждения синхронной машины, в результате увеличивается ток возбуждения до предельно допустимого значения по условиям работы генератора.

Например, для турбогенераторов серии ТВФ кратность форсировки 200% допускается в течение 30 с, 170% —в течение 60 с, 120% — в течение 240 с, а 106% — в течение 1 ч. Для турбогенераторов типов ТВВ и ТТВ двукратная форсировка допускается в течение 20 с, а полуторакратная ограничивается временем 1 мин. Для машин с естественным охлаждением дежурный персонал обязан устранить причину, вызвавшую работу устройства форсировки возбуждения, не позднее чем через 1 мин после срабатывания устройства. Для этого предусматривается сигнализация.

После того как напряжение в точке измерения восстановилось до значения, при котором размыкаются контакты реле форсировки, соответствующие устройства возвращаются в исходное положение. Возврат может быть осуществлен или мгновенно, или с некоторой задержкой.