1.3.3 Електромагнітні коректори напруги

Пристрій компаундування здійснює лише грубу компенсацію змін напруг, викликаних тільки основними збурюючими діями. Тому воно доповнюється автоматичним регулятором збудження по відхиленню напруги, який коректує зовнішню характеристику компаундування генератора, — коректором напруги.

Коректори напруги виконуються на магнітних підсилювачах, тому називаються електромагнітними. Як регулятори по відхиленню напруги АР, що реалізували пропорційний закон автоматичного регулювання, вони складаються з вимірювального органу напруги ІОН (рис. 1.11,а), підсилювачів В і виконавського елемента ИЄ. Спільно з регульованим об'єктом РО коректор утворює замкнуту схему. Для забезпечення стійкості системи автоматичного регулювання, як відомо, вводиться гнучкий негативний зворотний зв'язок ГОС.

Вимірювальний орган напруги здійснюється на діодній схемі порівняння абсолютних значень струмів І₁,І₂ що є різними функціями напруги U_г. Структурна схема вимірювального органу (рис. 1.11,6) включає повторні вимірювальні перетворювачі ИП1, ИП2 напруги Ur в струми І1=f1(Ur), I2=f(Ur), елемент порівняння струмів ЕС, задаючий (настановочний) елемент ЗЕ і повторний вимірювальний перетворювач ІПЗ струму /г, який вводить до вимірювального органу напруги ІОН сигнал по струму навантаження. Первинні вимірювальні перетворювачі (вимірювальні трансформатори) напруги і струму на схемі не показані.

Два типові варіанти виконання вимірювального органу напруги показано на рис. 1.12. Вони відрізняються способами формування порівнюваних струмів І₁ І₂ установки заданої напруги U_г,пр, що. Один із струмів є лінійним І₁=І_л,

Рисунок 1.11- Структурні схеми: а - автоматичного регулятора; б - вимірювального органу напруги; в-характеристики вимірювального органу

а друга — нелінійній І₂ = І_н,л функціями напруги Ur. Тому вимірювальні перетворювачі ИП1, ИП2 часто називаються лінійним і нелінійним елементами.

Нелінійне перетворення досягається за допомогою трансформаторів TLT, що насищаються. В якості струму U_нл в схемі на рис. 1.12,б служить струм намагнічення І₂ трансформатора, а в схемі на рис. 1.12,6 струм, пропорційний сумі третіх гармонік фазних ЕРС вторинних обмоток, сполучених по схемі розімкненого трикутника. Напруги (струми) потрійної частоти утворюють нульову послідовність. При насиченні магнітопровода трансформатора, підключеного до джерела синусоїдальних між фазних напруг, і за відсутності нульового дроту (відсутності лінії циркуляції третіх гармонік струму намагнічення) фазні напруги на первинних обмотках і фазні ЕРС вторинних обмоток несинусоїдальні. Діючі (і випрямлені середні) значення ЕРС потрійної частоти нелінійно збільшуються у міру насичення магнітопровода, обумовленого наростанням напруги U_г.

. Міжфазні ЕРС вторинних обмоток трансформаторів пропорційні міжфазним напругам на їх первинних обмотках. Тому струми І₁ лінійно змінюються у функції U_г.

В електромагнітних коректорах виробляється магнітне порівняння середніх значень випрямлених струмів І , , які служать струмами управління в двох ідентичних обмотках управління магнітним підсилювачем. Зміна постійної складової результуючого струму управління , є безперервним сигналом вимірювального органу напруги . При вказаній напрузі генератора струми рівні Іо,л=Іо,нл (рис. 1.11,в) і сигнал на виході вимірювального органу відсутній.

Напруга встановлюється резистором (рис. 1.12,а) або настановним автотрансформатором (рис. 1.12,6). При першому способі змінюється залежність струму від напруги генератора і рівності в струмів наступає при іншому значенні

Рисунок 1.12-Схеми вимірювального органу напруги електромагнітних регуляторів напруги

напруги (див. рис. 1.11,в). При другому способі змінюється коефіцієнт пропорційності, що зв'язує Ur з напругою, при якій порівнювані струми рівні.

Введення до вимірювального органу напруги сигналу по струму навантаження необхідне для зміни статизму зовнішніх характеристик регульованого генератора.

Коректор напруги компаундированого генератора при нормальній настройці компаундировання повинен виробляти регулюючу дію, яка підвищує, так і знижуюче напругу генератора. На рис. 1.13,а приведені регулювальні характеристики 1, 2 - залежність струму збудження від струму навантаження генератора, необхідні для забезпечення незмінності напруги генератора при cos cos =0 відповідно і характеристика 3 струмового компаундування з нормальною настройкою. Штрихуванням зліва і зправа від характеристики компаундування показані необхідні прирости струму , котрі повинні створюватися за рахунок регулюючої дії коректора. При фазовому компаундуванні характеристика компаундування 4 переміщається при змінах cos (показана пунктиром), проте необхідне коректування струму ± не усувається, воно лише зменшується.

Рисунок 1.13 - Регулювальні характеристики (1, 2) і характеристики струмового (3) і фазового (4) компаундування генератора:

а - при нормальній настройці компаундування; б - при настройці під односистемний коректор напруги

Коректор напруги при струмовому компаундуванні з нормальною настройкою виконується на реверсивному підсилювачі, що складається з двох трифазних дросельних підсилювачів AL1, AL2 (рис. 1.14,а). Особливістю є магнітне віднімання вихідних струмів підсилювачів, тобто віднімання магніторушійних сил (МДС) і збудника. Таке розділення вихідних ланок підсилювачів послужило однією з причин існуючої в літературі назви коректора двосистемним, що складається як би з двох коректорів, злагодженого протилежно зчепленого . На рис.1.14,в,г приведена залежність , і характеристика коректора напруги в цілому. Вказана залежність дросельних магнітних підсилювачів з характеристикою управління 3 (рис. 1.14,6) забезпечується зворотними зв'язками: позитивній в підсилювачі AL1 і негативній в AL2 (по відношенню до позитивного струму управління) — характеристики 1 і 2 відповідно.

Застосування односистемного, а саме погоджено включеного коректора напруги, що функціонує тільки при зниженнях напруги генератора, можливо при настройці компаундування по режиму роботи генератора з щонайбільшим =1 (характеристика 3 на рис. 1.13,6). При цьому ступінь компаундування генератора зменшується, а потужність регулюючої дії коректора збільшується: за рахунок коректора повинен перекриватися весь діапазон зміни струму збудження при зменшенні коефіцієнта потужності до cos =0.

0 б ) г)

Рисунок 1.14 - Двосистемний коректор напруги:

а-схема; 0 - характеристики магнітних підсилювачів; в характеристики вимірювального органу; г - характеристики коректора в цілому

Тому односистемний коректор виконується на магнітному підсилювачі AL з самонасиченням (рис. 1.15,а) з характеристикою управління 1 (рис. 1.15,б), добротність якого несумірно вище, ніж дросельного підсилювача. На схемі показані жорсткий негативний зворотний зв'язок ( ) по струму коректора, необхідна для забезпечення стійкості роботи підсилювача і необхідної характеристики 2 (рис. 1.15,6), і гнучкий негативний зворотний зв'язок ( ) по напрузі ротора генератора, що стабілізує автоматичну систему регулювання в цілому.

Рисунок 1.15- Односистемний коректор:

а -схема; б - характеристики магнітного підсилювача з самонасиченням; в -характеристики коректора

Для забезпечення не дії коректора при збільшеннях напруги здійснюється компенсація робочого струму магнітного підсилювача струмом реактора LRT, що насичується. Складові промислової частоти МДС і первинних обмоток проміжного трансформатора струму TLA знаходяться в протифазі. При струм . На рис. 1.15,в приведені графіки, що пояснюють сказане, і характеристика коректора напруги.

Коректор напруги, вживаний спільно з фазовим компаундуванням, володіє рядом особливостей, обумовлених його дією не на збудник генератора, а на пристрій компаундування. Коректор напруги міняє ступінь компаундування, управляє пристроєм компаундування. Тому автоматичний регулятор збудження в цілому називається тим, що керованим фазовим компаундуванням.

Управління досягається шляхом підмагнічування сумуючого проміжного трансформатора струму TLA (див. рис. 1.8,а) вихідним струмом коректора. В літературі він називається універсальним підмагнічуючим трансформатором і практично представляє собою магнітний підсилювач з паралельним включенням навантаження з характеристикою управління 4 (див. рис. 1.14,6): за відсутності струму управління

Рисунок. 1.16 - Кероване фазове компаундування:

а - схеми магнітних підсилювачів; б- характеристики вимірювального органу напруги; в - характеристики магнітного підсилювача коректора; г - характеристики регулятора в цілому при д — те ж при (1- 2, 3-

робочий струм щонайбільший І_р,мах і зменшується у функції струму управління .

Таким чином, при зростанні струму коректора напруги струм фазового компаундування зменшується. Отже, струм коректора при зниженні напруги генератора, коли необхідне збільшення струму компаундування, повинен зменшуватися (аналогічно струму протилежно включений частині двосистемного коректора, див. рис. 1.14,а).

На рис. 1.16,а показана функціональна схема, а на рис. 1.16,6, в — графіки, що пояснюють взаємодію магнітних підсилювачів коректора і настройку вимірювального органу. Струм управління магнітним підсилювачем коректора рівний . При напрузі генератора струм управління має деяке позитивне (початкове) значення, визначальне початковий режим підсилювача (крапка А). Така настройка вимірювального органу і установка початкового режиму струмом пояснюються прагненням збільшити діапазон можливої зміни струму компаундування і підвищити кратність форсування збудження при зниженнях напруги генератора.

На рис. 1.16,г і д приведені характеристики керованого фазового компаундування. Регулятор має двоє сімейства характеристик, параметрами Яких Є коефіцієнт потужності і струм . Залежність характеристик від і обумовлюються залежністю струму в навантаженні, паралельно підключеному до магнітного підсилювача, від струму його живлення, в даному випадку рівного . При деякому незмінному струмі управління , магнітного підсилювача коректора струм збільшується при зростанні абсолютного значення суми струмів унаслідок зростання струму або відповідної зміни кута зсуву фаз між струмами при зменшенні cos .

Для забезпечення необхідного ступеня вказаної залежності передбачається зворотний зв'язок по струму охоплююча магнітні підсилювачі коректора і пристрої компаундування. По відношенню до двох послідовно сполучених підсилювачів зворотний зв'язок позитивний.

На рис. 1.17 приведена схема керованого фазового компаундування, вживаного на капсульних гідрогенераторах. Силовим фазове компаундування називається тому, що струм компаундування є струмом збудження генератора. Пристрій виконаний по схемі підсумовування вторинної напруги генератора і ЕРС силових трансформаторів TAV; .

Трифазний магнітний підсилювач з самонасиченням AL управляється від електромагнітного регулятора (коректора) напруги AV. Пристрій забезпечує самозбудження синхронного генератора, зміну збудження від холостого ходу до номінального і форсування збудження. При значних зниженнях напруги генератора, особливо при короткому замиканні (к. з.) струм практично рівний нулю, що відповідає щонайбільшому вихідному струму магнітного підсилювача, тобто струму . При цьому живлення підсилювача забезпечується ЕРС пропорційній струму к. з. Нелінійний резистор обмежує щонайбільшу допустиму

Рисунок 1.17- Схема силового керованого фазового компаундування

напругу па роторі генератора і кратність форсування збудження.