1.3.2 Компаундування синхронних генераторів

Напруга синхронного генератора практично рівна . Абсолютне значення напруги

(1.10) де , — активний і реактивний струми генератора залежить від струму навантаження Іг і кута зсуву фаз між напругою і струмом генератора. Тому абсолютне значення струму Іг і кут і розглядаються як обурюючі дії.

Регулятори збудження по обурюючих діях здійснюються двох видів: струмове (компаундування повним струмом) і фазове компаундування.

Рисунок 1.6 - Схема струмового компаундування синхронного генератора

При струмові компаундування виробляється компенсація наслідків однієї обурюючої дії - змін струму Іг навантаження синхронного генератора, при фазовому компаундуванні — двох обурюючих впливів: струму Іг і коефіцієнта потужності cos .

Струмове компаундування виробляє регулюючу дію - струм І_о,к,т компаундування, пропорційний струму навантаження, який вводиться в одну з обмоток регулювання або частіше в обмотку самозбудження (див. рис. 1.4,6) збудника. Схема струмового компаундування включає вимірювальний перетворювач струму (звичайно електромагнітні вимірювальні трансформатори струму ТА), задаючий елемент у вигляді настановного резистора Ry і виконавчий випрямляч VS з проміжним (погоджуючим) трансформатором TL (рис. 1.6).

Фазове компаундування виробляє регулюючу дію - струм І_о,к,ф, який залежить як від струму Іг, так і від кута зсуву фаз .Вказана залежність до певної міри досягається електричним або магнітним підсумовуванням струмів (рис. 1.7,а) або напруг (рис. 1.7,6), пропорційних струму і напрузі синхронного генератора. Для такого підсумовування необхідно перетворити або джерело ЕРС, яким є вимірювальний трансформатор напруги TV, в джерело струму , або вимірювальний трансформатор струму - в джерело ЕРС (напруги ). Перетворення проводиться баластними опорами , або несумірними з вхідними опорами лінії і трансформаторів струму TLA, сумуючих (проміжних) або напруги TLV відповідно.

Векторні діаграми рис. 1.7,в, г ілюструють залежність струму від струму Іг і кута зсуву фаз, яка для першої схеми може бути записана у вигляді

(1.11)

Рисунок 1.7- Принципові схеми фазового компаундування:

а - про підсумовування струмів; б - з підсумовуванням по напрузі, в - векторні

діаграми першої схеми при соs =1; г - те ж при cos = 0.

При активному навантаженні генератора ( = 0), коли відхилення напруги мінімально, струм якнайменший, а при індуктивнoму навантаженні ( ), коли максимально, струм максимальний.

З діаграм (1.11) можна бачити, що ступінь залежності від міняється при змінах струму Іг генератора. Щоб забезпечити залежність струму від кута згідно (1.11), необхідне певне і незмінне співвідношення абсолютних значень струмів , тобто стабілізація амплітуди струму (струм практично незмінний). В цілях спрощення

пристроїв фазового компаундування стабілізація абсолютного значення не проводиться, тому компенсація відхилень напруги за рахунок зміни неповна і ступінь її залежить від режиму роботи генератора.

Переважне застосування знайшла перша схема фазового компаундування з магнітним підсумовуванням струмів (рис. 1.8). Схема включає вимірювальні перетворювачі (трансформатори) струму ТА і напруги TV, елемент формування струму у вигляді баластного реактора LR з компенсуючим конденсатором С, автотрансформатор Т, що підсумовує проміжний трансформатор струму TLA і випрямляч VS. Автотрансформатор встановлюється у зв'язку з необхідністю підвищення напруги, обумовленій вказаним вище перетворенням джерела напруги в джерело струму, і одночасно служить задаючим (настановним) елементом струму . Співвідношення величин в реальній схемі промислового пристрою при куті опору баластного реактора arg = /3 пояснюються векторними діаграмами рис. 1.8,6, в.

Основною характеристикою синхронного компаундування генератора, є залежність струму ротора від струму статора —характеристика компаундування. На рис. 1.9,а показані характеристики 1 і 2, відповідні підключенню пристрою компаундування до обмотки регулювання (1) і обмотці самозбудження (2) (див. рис. 1.4,а, б). При підключенні до обмотки самозбудження існує зона нечутливості регулятора —порог компаундування . Зона нечутливості визначається тим, що при діоди випрямляча закриті зворотною напругою на обмотці самозбудження , перевищує випрямлену напругу компаундування (рис. 1.9,в).

Рисунок 1.8 - Схема фазового компаундування синхронного генератора

Рисунок 1.9-Характеристики компаундування синхронного генератора: а - характеристика компаундування; б схема, пояснююча поріг компаундування; в - зовнішні характеристики

Струм порогу струмового компаундування визначається з умов або (див. рис. 1.6)

(1.12)

де — коефіцієнт трансформації проміжного трансформатора TL; — коефіцієнт випрямляння.

З (1.12) струм порогу компаундування

(1.13)

Крутизна характеристики, тобто ступінь компаундування, визначається диференціальним коефіцієнтом передачі (посилення) регулятора (схема регулювання розімкнена).

(1.14)

Ступінь компаундує встановлюється (задається) резистором струмового компаундування або числом витків трансформатора TLA фазового компаундування. При даному струмі статора струм компаундування, а отже, і струм ротора тим більший, а поріг компаундування тим менший, чим більше .

Зовнішня характеристика ізольовано працюючого синхронного компаундованого генератора , при номінальному коефіцієнті потужності cos приведена на рис. 1.9,б (криві 2 і 3). Як видно, повна компенсація змін напруги генератора при змінах струму навантаження не забезпечується через нелінійність характеристики збудника, що в схемі компаундування (див. рис. 1. 6) не враховується (схема практично лінійна). На рис. 1.9,г показані зовнішні характеристики 1, 2, 3 нерегульовані синхронні генератори і характеристики 1', 2', 3' генератора з струмовим компаундуванням, підключеним до обмотки самозбудження при значеннях соs =1; cos і cos =0 відповідно.

Сильна залежність характеристики від соs пояснюється, як указувалося, тим, що при струмовому компаундуванні не ураховується друга обурююча дія — кут зсуву фаз між напругою і струмом генератора. Проте і при фазовому компаундуванняі при розглянутому вище його спрощеному виконанні залежність зовнішньої характеристики генератора від cos повністю не усувається.

Інакше кажучи, при здійсненні автоматичного регулювання по збурюючим діям апріорна інформація про те, яким повинна бути регулююча дія, використовується лише частково. Неповне її використовування виправдовується простотою пристроїв і наявністю інших обурюючих дій, які взагалі не ураховуються. Тому пристрої компаундування набудовуються лише по певному режимі роботи синхронного генератора — звичайно по номінальному— так звана нормальна настройка:Uг=Uг.ном при Iг,ном і соs (рис.1.10,б).

Пристрій компаундує принципово представляє собою жорсткий позитивний зворотний зв'язок по струму Іг, охоплюючий генератор і збудник (рис. 1.10,а). Тому ступінь компаундування — коефіцієнт передачі

Рисунок 1.10 - До вибору параметрів настройки компаундування: а-структурна схема, б-графіки

пристрою компаундування — обмежується умовою стійкості роботи синхронного генератора в електроенергетичній системі. Воно визначається відомою граничною умовою переходу замкнутого лінії з додатньо-зворотнім зв'язком до автоколивального або релейного режиму роботи, що є рівністю нуля глибини Fн,о,с зворотного зв'язку:

(1.15)

де k_n — коефіцієнт передачі регульованого об'єкту, згідно (1.8) k_n= k_Г k_B; k_о,с — коефіцієнт передачі лінії зворотного зв'язку (пристрою компаундування) k_о,с = k_у,к.

Стійка робота генератора, що компаундує, в електроенергетичній системі можлива у відповідності з (1.15) тільки при умові

(1.16)

Вважаючи диференціальні коефіцієнти передачі рівними відношенню кінцевих приростів струмів, умова (1.16) з врахуванням (1.14) можна записати в вигляді

_{Коефіцієнт kг передачі генератора визначається кутом нахилу дотичних до U-подібних характеристик (рис. 1.10,б)}

Iг=f(Iв) при U_г=const. Найбільшу крутизну має характеристика при холостому ході генератора (Рг = 0), яка показана як пряма: kг —tga. Добуток коефіцієнтів визначається кутом нахилу дотичних до характеристики компауування яка в цілях спрощення показана випрямленою: . Тому умова стійкості роботи генератора, що компаундує, має вигляд:

чи (1.17)

Умова (1.17) спільно з умовою нормальної настройки (крапка А на рис. 1.10,6) визначає вибір параметрів схеми компаундування, зокрема коефіцієнта трансформації і опору керуючого резистора Rу струмового компаундування. Положення крапки Б визначає поріг компаундування при підключенні пристрою компаундування до обмотки самозбудження збудника.