Выбор Системы автоматического регулирования напряжения и частоты

Системы автоматического регулирования напряжения (САРН) и частоты (САРЧ) для судовых генераторов выбирают в зависимости от тех требований, которые предъявляют к СЭЭС с учётом условий эксплуатации. Правила Регистра предусматривают следующие требования стабилизации напряжения и частоты вращения: системы стабилизации напряжения (ССН) генераторов должны поддерживать в установившихся режимах напряжение СГ с точностью ±2,5% для диапазона нагрузок от холостого хода до номинальной при изменении cosj от 1 до 0,4. В переходных режимах при набросе на СГ 100% номинального тока и сбросе его или при сбросе 50% номинального тока максимальное изменение напряжения должно быть не более 20% и восстанавливаться до номинального значения с точностью ±2,5% за 1,5 с.

Частота тока зависит от частоты вращения приводного двигателя. Постоянство частоты тока - основное условие нормальной работы потребителей электроэнергии. Поэтому дизели всегда имеют автоматические регуляторы частоты вращения, воздействующие на подачу топлива; а синхронные генераторы – автоматические регуляторы напряжения, воздействующие на ток возбуждения. САРН и САРЧ относятся к системам стабилизации. Системы автоматической стабилизации регулируемой величины могут быть статическими и (или) астатическими по отношению к внешнему воздействию. Первая обеспечивает установившееся значение регулируемой величины, зависящее от внешнего воздействия, а вторая – независимое. В САРЧ дизелей внешним воздействием является мощность, приложенная к выходному валу, которая равна активной мощности, отдаваемой генератором, делённой на КПД генератора. В САРН генераторов внешним воздействием является ток статора, который равен току нагрузки.

Практически характеристики регулируемой величины не являются прямыми линиями, так как любая САР имеет некоторую нечувствитнльность и нестабильность в работе. Статическая характеристика оценивается :

1 статизмом системы

d=[(А_о-А_ном)/А_ном] ×100%, (19)

где d – статизм системы

А_о – начальное значение регулируемой величины

А_ном – номинальное значение регулируемой величины

2 коэффициентом статизма

К_с=(А_о-А_ном)/В_ном=tg b, (20)

где К_с – коэффициент статизма

В_ном – номинальное значение внешнего воздействия

Качество САР в установившемся режиме оценивается точностью поддержания регулируемой величины и значением статической ошибки или статизмом системы. Астатическая характеристика имеет статическую ошибку, равную нулю, то есть лучшее качество по сравнению со статической характеристикой. Последняя применяется при параллельной работе агрегатов.

Существует два основных принципа автоматического регулирования: по отклонению регулируемой величины (САР по отклонению), по внешнему воздействию на регулируемую величину (САР по внешнему воздействию) и комбинированные (САР по отклонению и по внешнему воздействию). САРЧ и САРН судовых дизель-генераторов в большинстве случаев являются комбинированными. Такие регуляторы называют двухимпульсными. По сравнению с одноимпульсными, они обеспечивают более высокую точность регулирования.

Судовые синхронные генераторы серии МСК имеют комбинированную систему самовозбуждения выполненную по принципу компаундирования. Она выполняет все требования Регистра, обладает высокой точностью стабилизации напряжения. Требуемая точность поддержания напряжения обеспечивается совместной работой схемы фазового компаундирования и корректра напряжения. С помощью корректора напряжения можно осуществить ручную регулировку напряжения генератора с помощью потенциометров точной и грубой уставки.

В САРН СГ типа МСК (рисунок ниже) используют трансформатор компаундирования ТК с подмагничиванием и магнитным шунтом МШ. Обмотка подмагничивания w_п указанного трансформатора получает питание от КН, который представляет собой устройство, состоящее из полупроводниковых элементов и работающее в импульсном режиме. При уменьшении напряжения СГ корректор напряжения действует так, что ток подмагничивания I_п уменьшается, полезный результирующий магнитный поток Ф увеличивается, возрастает выходное напряжение о6мотки w₂, увеличивается ток I_в и напряжение СГ восстанавливается. При увеличении напряжения СГ корректор напряжения увеличит ток подмагничивания ТК, что вызовет уменьшение магнитного потока Ф, уменьшение тока I_в и восстановление напряжения генератора до заданного значения.

Рисунок 2 - Структурная схема САРН СГ типа МСК с фазовым компаудированием и корректором напряжения

Двухимпульсный автоматический регулятор частоты (АРЧ) обладает высокой точностью и быстродействием и состоит из датчика частоты ДЧ, датчика активного тока ДТ, магнитного усилителя А и электромагнита УА.

Рисунок 3 – Схема двухимпульсного автоматического регулятора частоты

Датчик частоты представляет собой двухполупериодный выпрямитель-демодулятор, в диагональ которого включен выход частотного индуктивно-емкостного фильтра L1-C1-L2-C2L3. При резонансной частоте (50 Гц) выходное напряжение фильтра U_f находится в квадратуре с опорными напряжениями U₁ и U₂ трансформатора Т2., При отклонении частоты от резонансной выходное напряжение U_f изменяет свою начальную фазу. Выходные напряжения ДЧ равны U₃ = U₁ + U_f и U₄=U₂-U_f , поэтому выходной сигнал ДЧ пропорционален отклонению частоты от номинальной, а его полярность определяется направлением этого отклонения. При понижении частоты обмотки управления 9-10 и 11-12 подмагнитят ДМУ, сработает электромагнит УА и откроет золотник гидроусилителя, который сместит топливную рейку до полной компенсации отклонения частоты от номинальной. При этом подмагничивание ДМУ прекратится, УА потеряет питание и гидроусилитель прекратит работу.

Датчик активного тока практически не отличается от датчика типа УРЧН-IД. В цепь дополнительно включена отрицательная обратная связь от поворотного трансформатора TR, связанного кинематически с гидроусилителем. В установившемся режиме напряжение TR уравновешивает выходное напряжение ДТ. При набросе активной нагрузки обмотки управления 5-6 и 7-8 подмагничивают ДМУ, и гидроусилитель переместит топливную рейку в положение, соответствующее новой нагрузке, после чего поворотный трансформатор ТR своим напряжением скомпенсирует сигнал ДТ. ДМУ АРЧ имеет дополнительную обмотку смещения 13-14 и обмотку положительной обратной связи по току нагрузки 15-16.

Двухимпульсный электрический АРЧ по сравнению с электромеханическим повышает качество процесса регулирования частоты и устойчивость распределения активных нагрузок методом мнимостатических характеристик.