1.4.2 Автоматичне регулювання збудження

Струм самозбудження збудника (див. рис. 1.19) значно перевищує номінальний (рис. 1.21,а). Тому в нормальних режимах роботи (від холостого ходу до номінального) збудження забезпечується струмом регулятора в протилежно включеній обмотці збудження. Зокрема, струми регулятора при холостому ходу і номінальному режимі роботи турбогенератора відповідно визначаються виразами:

; .

Форсування збудження забезпечується струмом самозбудження і струмом регулятора в погоджено включеній обмотці.

Регулювання збудження здійснюється електромагнітним регулятором, що функціонує по відхиленню напруги вказаного значення. Автоматичний регулятор аналогічний двухсистемному коректору напруги компаудуючого синхронного генератора (див. рис. 1.14,а). Проте, оскільки регулювання по обурюючих діях не використовується і весь діапазон зміни збудження від холостого турбогенератора до форсування збудження

Рисунок 1.21- Діодно-электромашинне збудження:

а — характеристика збудника; б — графік зміні напруги ротора при форсуванні збудження

повинен покриватися регулятором по відхиленню, його потужність і коефіцієнт передачі (посилення) істотно зростають. Тому регулятор виконується на магнітних підсилювачах з самонасиченням, що володіють, як указувалося, високою добротністю.

Магнітні підсилювачі ALI і AL2, робочі струми і яких є регулюючими діями, спільно з вимірювальним органом напруги ИОН утворюють погоджено і протилежно включену частину автоматичного регулятора відповідно (див. рис. 1.19). Зміна збудження турбогенератора в нормальних режимах роботи від до проводиться струмом в протилежно включеній обмотці, що зменшує самозбудження збудника. Тому в заводській інформації протилежно включена частина электромагнітного регулятора з AL2 називається власне автоматичним регулятором збудження (АРВ). Погоджено включена частина регулятора з AL1, змінююча збудження турбогенератора в аварійних режимах від до , називається пристроєм безконтактнго форсування збудження (УБФ).

Вимірювальний орган напруги регулятора виконаний по одній із раніше розглянутих схем вимірювальних органів електромагнітних коректорів напруги (див. рис. 1.12). Його особливістю є наявність двох додаткових настанов очних резисторів , необхідних для відповідної настройки узгоджено і протилежно включеній частин регулятора і отримання характеристики регулятора в цілому. Резисторами і встановлюється залежність струмів , від напруги генератора , необхідні для дії AL1 і AL2 у вказаних вище діапазонах зміни збудження турбогенератора. На рис. 1.22,а,б, приведені .характеристики вимірювального органу напруги і характеристики управління магнітних підсилювачів. Підсилювач AL2 управляється струмом , а підсилювач AL1 — струмом . Рівність струмів і нулю наступає при різних напругах генератора. Струм в нормальному режимі ( ), при цьому робочий струм AL2 рівний номінальному струму регулятора .

Рисунок 1.22- Характеристики електромагнітного регулятора: а — вимірювального органу; б — магнітних підсилювачів; в — регулятора в цілому

Напруга , при якому струм ; рівний нулю, встановлюється резистором таким, щоб у міру зниження напруги турбогенератора до , при якому вичерпується робочий діапазон .характеристики підсилювача AL2. , вступав в дію магнітний підсилювач AL1. Напругу U можна розглядати як умовно еквівалентну напругу введення в дію пристрою форсування збудження генератора.

На рис. 1.22,в приведені сумісні характеристики погоджені і протилежно включені частини регулятора, які створюють характеристику автоматичного регулятора в цілому. На характеристиці відзначені струми регулятора в характерних режимах роботи турбогенератора.

Для забезпечення форсування збудження при глибоких зниженнях напруги, при яких струм вимірювального органу знижується практично до нуля (показано пунктиром па рис. 1.22,а,б), до вимірювального органу напруги вводиться випрямлений струм І_о.п від підзбудника (див. рис. 1.19). Струм і діє погоджено із струмом І_о,л вимірювального органу (здійснюється так званий підпір лінійного елемента). В нормальних режимах роботи = 0, оскільки діоди випрямляча VS7 закриті зворотною напругою на виході випрямляча VS4 вимірювального органу напруги. Після зниження напруги турбогенератора до U"r (рис. 1.22,а, б) діоди VS7 відкриваються, а діоди випрямляча VS4 закриваються. Струми І_о.л.с і І_о,л,н в обмотках управління магнітними підсилювачами обумовлюються тільки струмом Іо.п, пропорційним напрузі підзбудника Uп,в, тобто не залежним від напруги турбогенератора. Тому на характеристиках і на рис. 1.22,а,б показані горизонтальні ділянки при Ur<U"r. Струм , необхідний і для створення початкового збудження генератора при пуску. При цьому за рахунок струму І_о.п в збудник вводиться максимальний струм обумовлюючий початкове його збудження. Далі збудник самозбуджується наростаючим струмом ротора генератора.

Вище указувалася доцільність можливо більшої кратності форсування збудження синхронних генераторів в цілях підвищення статичної і динамічної стійкості електроенергетичних систем. Проте для сучасних потужних турбо- і гідрогенераторів з високим використовуванням активних матеріалів і форсованим охолоджуванням обмоток по умові термічної стійкості високе і тривалого форсування збудження недопустима.

Тому обмеження кратності і тривалості форсування збудження є однією із задач і особливістю автоматичного управління збудженням таких генераторів. При цьому висока форсуюча здатність збудників повинна зберігатися для забезпечення високої швидкості наростання напруги ротора генератора. Якщо, наприклад, при двократному допустимому струмі ротора генератора час наростання напруги збудження (див. рис. 1.21,6) при коефіцієнті кратності форсування збудника = 2 (крива 1) складає , то при =5 (крива 2) час наростання до обмежуваного двократного рівня (крива 3} напруги набагато менше

Пристрій обмеження кратності форсування (УОФ) (див. рис. 1.19) представляє собою електромагнітний регулятор напруги ротора генератора. Вимірювальний орган напруги U_в виконується по типовій схемі (див. рис. 1.12) і набудовується на . В магнітному підсилювачі з самонасиченням регулятора передбачається додатковий зовнішній додатній зворотний зв'язок, що забезпечує роботу підсилювача в релейному режимі.

При двократній напрузі на роторі турбогенератора струм магнітного підсилювача різко зростає (практично від куля) і впливає на магнітні підсилювачі АL1 і AL2 регулятора напруги турбогенератора. При цьому струм підсилювача AL1 обмежується значенням (див. рис. 1.22,в), відповідному двократному форсуванні збудження. Тривалість форсування обмежується контактним пристроєм захисту генератора від перевантаження реактивним струмом.