Система возбуждения синхронных генераторов.
Как отмечалось ранее, обмотка ротора питается постоянным током возбуждения, который создает магнитный поток возбуждения. Обмотка ротора, источник постоянного тока, устройства автоматического регулирования возбуждения (АРВ) и коммутации тока возбуждения и составляют систему возбуждения генератора. Система возбуждения должна:
· обеспечить надежное питание обмотки ротора в нормальных и аварийных режимах;
· допускать регулирование тока возбуждения в достаточно широких пределах с целью поддержания заданного уровня напряжения на зажимах генератора;
· обеспечивать быстродействующее регулирование возбуждения с высокими кратностями форсирования в аварийных режимах;
· осуществлять быстрое развозбуждение и в случае необходимости производить гашение поля в аварийных режимах.
В зависимости от источника питания системы возбуждения разделяются на системы независимого возбуждения и самовозбуждения.
В системе независимого возбуждения на одном валу с генератором находится возбудитель — генератор постоянного или переменного тока. В последнем случае ток возбудителя выпрямляется, прежде чем его подадут в обмотку возбуждения.
В системе самовозбуждения питание обмотки возбуждения осуществляется от выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы и выпрямительные устройства.
Для генераторов мощностью до 100 МВт в качестве возбудителя применяется генератор постоянного тока GE, соединенный с валом генератора (рис. 12, а). Обмотка возбуждения возбудителя LGE питается от якоря возбудителя, ток в ней регулируется реостатом RR и автоматическим регулятором возбуждения АРВ. Ток, подаваемый в обмотку возбуждения LG синхронного генератора G, определяется величиной напряжения на возбудителе. Недостатком такой системы возбуждения является невысокая надежность работы генератора постоянного тока GE из-за вибрации и тяжелых условий коммутации коллектором при высокой частоте вращения 3000 об/мин. Другим недостатком является невысокая скорость нарастания возбуждения. Вот почему для более мощных генераторов в качестве возбудителя применяются генераторы переменного тока с выпрямительными устройствами подобными тем, которые применяются в системах самовозбуждения.
Рис.12. Принципиальные схемы возбуждения генераторов:
а – независимое электромашинное возбуждение на основе генератора постоянного тока; б – система самовозбуждение;
В системе самовозбуждения (рис. 12, б) обмотка возбуждения генератора LG получает питание от трансформатора ТЕ, присоединенного к выводам генератора, через управляемые от АРВ вентили VS и от трансформаторов тока ТА через неуправляемые вентили VD. Ток вентилей VD пропорционален току статора, поэтому они обеспечивают форсировку возбуждения и работу генератора при нагрузке. Управляемые вентили VS подают в обмотку возбуждения LG ток, обеспечивающий регулирование напряжения в нормальном режиме. Такая система применяется для мощных синхронных машин.
И в первом и во втором случаях следует учитывать, что приходится передавать ток от неподвижных источников во вращающуюся с ротором обмотку возбуждения. Для этого применяется система колец и скользящих по ним щеток. Кольца расположены на валу ротора и к ним подключены выводы обмотки возбуждения, а щетки подключены к неподвижным источникам.
При возникновении коротких замыканий в генераторе, или на его выводах ток замыкания можно уменьшить, если уменьшить ЭДС генератора. Для этого необходимо быстро уменьшить магнитное поле (ток) обмотки возбуждения генератора. Эта операция носит название гашение поля и осуществляется специальным автоматом гашения поля (АГП). К устройству АГП предъявляются два основных, иногда противоречащих друг другу, требования: время гашения поля должно быть возможно меньшим, а возникающее при гашении индуктированное перенапряжение в обмотке ротора не должно превосходить допустимых значений.