1.2 Синхронний генератор як регульований об'єкт

1.2.1 Збудники синхронних генераторів

Напруга і реактивна потужність синхронного генератора визначаються станом його збудника. Від властивостей і характеристик збудника залежить успішність виконання вказаних вище задач автоматичного регулювання збудження.

Збудники синхронних генераторів можна розділити па електромеханічні, комбіновані і статичні. Класичним збудником GE синхронного генератора G (і компенсатора) є електрична машина постійного струму з самозбудженням — замкнута схема з додатнім зворотним зв'язком (рис. 1.3,а) або з незалежним збудженням (від підзбудника GEA) —розімкнута схема (рис. 1.3,6). Такий збудник нижче називається електромашинним. Комбіновані збудники складаються з електричних машин змінного струму звичайно підвищеної частоти і некерованих напівпровідникових (діодних) випрямлячів (рис. 1.3,в). Останні їх модифікації виконуються з випрямлячами, що обертаються на валу генератора, і характеризуються відсутністю кілець ротора генератора (безщіточні збудники, рис. 1.3,г). Комбіновані збудники нижче іменуються діодно – електромашинними .

Статичними є системи самозбудження синхронних генераторів з некерованими (діодними) (рис. 1.3,д) і, головним чином, з керованими (тиристорними) (рис. 1.3,е) випрямлячами напруги Ur і струму Іг генератора G. До статичної відноситься і система незалежного збудження гідрогенераторів з джерелом живлення тиристорного випрямляча у вигляді допоміжного генератора UG з самозбудженням (рис. 1.3,ж). Управління збудженням проводиться дією пристрою автоматичного управління AS на тиристори або па лінії живлення діодного випрямляча (рис. 1.3,д).

Принципово електромашині, діодно-электромашинні і діодні статичні збудники є підсилювачами постійного струму; величиною виходу є постійна складова струму ротора синхронної машини, а вхідний — регулююча дія у вигляді тієї, що змінюється по значенню і знаку постійної складової струму регулятора.

Тиристорні збудники є підсилювачами середнього значення струму з фазовим управлінням. Регулююча дія має форму імпульсів управляючих струмів тиристорів, фаза яких є функцією аналогової або цифрової дії автоматичних регуляторів збудження. Тиристорний збудник в поєднанні з цифровим автоматичним регулятором на

Рисунок 1.3 - Схеми збудження синхронних генераторів

інтегральних елементах і особливо на мікропроцесорах представляють перспективний напрям технічного прогресу автоматичного управління напругою і реактивною потужністю синхронних генераторів і компенсаторів.

Встановлено два показники для оцінки збудника синхронного генератора (компенсатора):

швидкість наростання напруги на обмотці ротора в перехідному процесі його зміни від номінального до щонайбільшого можливого значення (в процесі форсування);

кратність форсування збуджень в сталому режимі роботи , рівна відношенню щонайбільшого можливого (граничного при форсуванні) струму ротора до номінального .

Перший показник обумовлений інерційною збудників. Наприклад, при форсуванні збудження генератора з електромашинним збудженням по схемі, показаній на рис. 1.4,а,

Рисунок 1.4-Електромашинне збудження синхронних генераторів: а - схема з самозбудженням збудника з окремими обмотками для регулювання збудження; б - схема дії регулятора на лінію самозбудження; в - характеристики електромашинного збудника

відбувається релейна (замиканням контакту форсуванням збудження КМ1) зміна самозбудження збудника (зміна глибини додатньо зворотного зв'язку) до щонайбільш можливого ступеня. При цьому до обмотки самозбудження підводиться напруга , рівна різниці напруг між нелінійною характеристикою навантаження 1 збудника і прямого зворотного зв'язку 2 (прямою падіння напруги на обмотці самозбудження , рис. 1.4,в).

Середня швидкість наростання напруги ротора з урахуванням нелінійності визначається по виразу

(1.6)

де — час наростання напруги ротора від номінального до значення (рис 1.5,а)

Перехідний процес в збуднику описується нелінійним диференціальним рівнянням першого порядку. Тому електромеханічні збудники при малих змінах представляються аперіодичною ланкою з передавальною функцією

(1.7)

де — коефіцієнт передачі (посилення) збудника.

Передавальну функцію (1.7) має і статичний збудник з некерованим випрямлячем.

Тиристорні збудники практично безінерційні. Вони вносять лише фіксовану затримку в перехідний процес, обумовлену можливістю зміни стану тиристора тільки один раз за період. В структурній схемі системи автоматичного регулювання вони представляються ланкою, що запізнюється, або в цілях спрощення безінерційною ланкою. Тому приймається, що для тиристорних збудників швидкість наростання напруги .

Для інерційних збудників швидкість наростання напруги ротора встановлена не менше За одиницю збудження приймається номінальна напруга ротора синхронного генератора .

Кратність форсування збудження може визначатися по відношенню щонайбільшої можливої (граничного) напруги на роторі до номінального по характеристиках (див. рис. 1.4,в) або, як указувалося, по відношенню струмів І і . При цьому зручно користуватися характеристиками збудника як підсилювача з додатнім зворотним зв'язком (рис. 1.5,6). Для злектро-машинних збудників звичайно , а для тиристорних 4.

Швидкість наростання напруги при даній кратності форсування визначається постійній часу Те. Від постійної часу залежить можливість реалізації виду автоматичного регулювання. Так, при Те>0,3 з автоматичне регулювання збудження сильної дії вже практично неефективно. Найбільш інерційні (Те>1 с) електромашинні збудники, при яких реалізується тільки пропорційне автоматичне регулювання збудження. З діодно-електромашинних якнайменше інерційна ( с) схема безщіточного збудження (див. рис. 1.3,г) при якій можливе автоматичне регулювання сильної дії. Тиристорні збудники, як вказувалося, практично без інерційні.

Рисунок 1.5 - Характеристики форсування збудження:

а - зміна напруги ротора генератора; б - залежність струму ротора від струму регулятора

.