Регулирование напряжения в дизель-генераторах

Генераторы в современных дизель-генераторных установках выполнены по бесконтактной схеме. Это означает, что передача электрической энергии между неподвижным статором и вращающимся ротором осуществляется только посредством электромагнитных полей, без применения вращающихся колец и щеток. Бесконтактные синхронные машины не требуют периодического обслуживания щеточно-коллекторного узла и обладают высокой степенью надежности. Генераторы работают совместно с аналоговым или цифровым регулятором напряжения. Регулирование напряжения осуществляется изменением магнитного потока генератора, для чего регулятор напряжения изменяет ток возбуждения генератора.

В приведенном выражении: -напряжение на зажимах генератора; – его ток нагрузки; - внутренние сопротивление генератора; - электродвижущая сила; – магнитный поток генератора; n – частота вращения ротора; с- конструктивная постоянная.

Магнитный поток генератора нелинейным образом зависит от тока возбуждения ( ) и тока нагрузки генератора .

Из приведенных соотношений видно, что напряжение на зажимах машины будет зависеть от тока нагрузки, частоты вращения и тока возбуждения. Частота вращения синхронного генератора поддерживается постоянной, чтобы обеспечить постоянную частоту тока.

На рис 1.19 приведена схема бесконтактного синхронного генератора, работающего совместно с транзисторным регулятором напряжения. Бесконтактный генератор состоит их трёх электрических машин: подвозбудителя, возбудителя и основного генератора.

Рис.1.19

Подвозбудитель магнитоэлектрического типа, т. е. он имеет возбуждение от постоянных магнитов, которые расположены на роторе. Якорная обмотка трехфазная и размещается на статоре генератора. Подвозбудитель питает регулятор напряжения и систему управления, что делает независимым их работу от внешних источников питания. Возбудитель и основной генератор имеют электромагнитное возбуждение. Обмотка возбуждения возбудителя (ОВВ) размещена на статоре и она подключается к регулятору напряжения. Якорная обмотка многофазная и расположена на роторе. Якорная обмотка через выпрямители, расположенные на роторе, питает постоянным током обмотку возбуждения основного генератора (ВГ). Якорная обмотка основного генератора трехфазная, расположена на статоре и соединена в звезду с выведенной нейтралью. Такая конструкция генератора позволяет также уменьшить мощность регулятора напряжения, т. к. возбудитель в данном случае выполняет роль усилителя тока возбуждения основного генератора.

На представленной упрощенной схеме регулятор напряжения имеет в своем составе блок измерения напряжения (БИН), модулятор ширины управляющих импульсов (МШИ), выходной транзистор VT, работающий в ключевом режиме.

Блок измерения напряжения состоит из понижающего трехфазного трансформатора, трехфазного выпрямителя, и измерительного органа на двух стабилитронах VD1, VD2 и резисторах R2, R3. Регуляторы напряжения трехфазных генераторов регулируют среднее значение трех фазных или линейных напряжений, в данном случае регулируется среднее линейное напряжение. Усреднение напряжений выполняет трехфазный выпрямитель. Измерительный орган имеет характеристику, представленную на рис.1.20а, где: U_ИО - напряжение на выходе (напряжение между точками а и б) измерительного органа; U_Н - номинальное напряжение генератора. Величина напряжения генератора, подводимого к измерительному органу, может регулироваться резистором R1. С помощью этого резистора можно задавать величину напряжения генератора, которую будет поддерживать регулятор.

Рис.1.20

Модулятор ширины импульсов формирует сигналы управления (U_У) транзистором, форма сигналов управления приведена на рис.1.20б. Здесь: I_В -ток обмотки возбуждения возбудителя; t_О – время открытого состояния транзистора; t_З – время закрытого состояния транзистора; I_ВСР – среднее значение тока через обмотку ОВВ.

Когда транзистор открыт напряжение питания (U_П) прикладывается к обмотке возбуждения и ток в ней нарастает, когда закрыт – спадает, т. е. ток колеблется около среднего значения. Если увеличить продолжительность t_О , при сохранении периода следования импульсов (показано пунктиром), то среднее значение тока будет возрастать ( ). Время открытого состояния транзистора характеризуется коэффициентом заполнения управляющих импульсов (Кγ).

.

Таким образом, изменяя коэффициент заполнения, можно регулировать ток возбуждения генератора, а, следовательно, и его напряжение.

,

где R_В – сопротивление обмотки возбуждения.

Процесс стабилизации напряжения протекает следующим образом. Если к генератору подключить нагрузку, то его напряжение снизится, это приведет к уменьшению напряжения на выходе измерительного органа, вследствие чего МШИ увеличит коэффициент Кγ и ток возбуждения возбудителя будет нарастать. Повысится напряжение в якорной обмотке возбудителя, что приведет к повышению тока возбуждения основного генератора и его напряжение повысится.

В регуляторе также имеются гибкие и жесткие отрицательные обратные связи для обеспечения устойчивости системы регулирования. При параллельной работе через регулятор напряжения управляют реактивным током генератора, для чего регулятор может оснащаться датчиком реактивного тока.

Контрольные вопросы

1. Как осуществляется стабилизация частоты тока в дизель-генераторах?

2. Каково назначение синхронизатора в дизель-генераторах?

3. Объясните причины изменения напряжения генератора при изменении его нагрузки.

4. Как изменить величину напряжения дизель-генератора?

5. Как изменится коэффициент К_γ при увеличении напряжения генератора?