Основные технические данные системы
Система поддерживает напряжение генератора на заданном уровне с точностью ±2,5% при изменении нагрузки от 0 до 100% и коэффициента мощности от 0,4 до 0,9. Система работает по принципу фазового компаундирования с электрическим сложением сигналов, без корректора напряжения. При внезапных набросах нагрузки система отличается быстродействием: время восстановления напряжения при набросе 100% нагрузки 0,2 с.
Принципиальная схема системы и ее элементы (рис. 21.14)
Основными элементами системы являются: компаундирующий трансформатор тока 1; реактор 2; силовой выпрямитель 3; установочный ручной регулятор напряжения 4.
Работа системы.
После достижения генератором номинальной частоты вращения э. д. с. от остаточного магнетизма, развивающаяся в статоре синхронного генератора и действующая через реактор 2 и выпрямитель 3 на обмотку 5, доводит путем самовозбуждения напряжение синхронного генератора до значения холостого хода. Ток возбуждения и напряжение холостого хода зависят от тока Iном, протекающего через реактор и пропорционального напряжению статора генератора.
При прохождении по обмотке статора тока нагрузки Iг возникает реакция якоря, в результате намагничивающего действия которой уменьшается напряжение на выводах генератора. Одновременно с этим при возрастании нагрузки генератора обмотка возбуждения 5 через компаундирующий трансформатор 1 и выпрямитель 3 получает дополнительное питание: ток статора генератора проходя через первичную обмотку компаундирующего трансформатора, наводит в его вторичной обмотке ток Iт, пропорциональный току нагрузки Iн.
Таким образом, при нагрузке генератора из обмотки статора в обмотку возбуждения 5 через выпрямитель 3 поступает ток, составляющие которого определяют значение тока возбуждения. Со стороны переменного тока этот ток представляет собой геометрическую сумму двух токов: тока Iном (составляющая, пропорциональная напряжению генератора и отстающая от него на угол около 90° вследс-
твие значительного индуктивного сопротивления реактора); тока Iт (составляющая, пропорциональная току нагрузки Iг и находящаяся относительно вектора напряжения генератора под углом φ, определяемым коэффициентом мощности нагрузки). Как видно из векторной диаграммы (рис. 21.15), ток возбуждения генератора изменяется при изменении его нагрузки и коэффициента мощности нагрузки. Вследствие этого при одной и той же нагрузке ток возбуждения возрастает при увеличении угла сдвига фаз (уменьшении коэффициента мощности) и снижается при уменьшении угла сдвига фаз (увеличении коэффициента мощности). В этом заключается принцип фазового компаундирования.
Благодаря соответствующим образом рассчитанному соотношению параметров генератора и элементов схемы саморегулирования увеличение тока возбуж¬дения почти полностью компенсирует увеличение реакции якоря (статора), что и обеспечивает относительное постоянство напряжения генератора при изменении нагрузки и коэффициента мощности.
Для равномерного распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами предусматривается двухпроводная уравнительная связь на стороне постоянного тока.
Генераторы серии SSED устойчиво работают параллельно. Не следует параллельно включать генераторы, работающие в режиме холостого хода, так как при этом возникают явления колебаний напряжения. При параллельном включении двух генераторов один из них до этого должен быть нагружен. Перед включением на параллельную работу генераторы должны быть включены на уравнительные шины, связывающие одноименные полюсы обмоток возбуждения.
Если требуется к уже работающему и нагруженному генератору подключить второй, то надо уравнять его частоту с частотой работающего генератора и установить в рабочее положение установочный реостат. Равенство напряжений необязательно.
Равномерное распределение реактивных нагрузок между параллельно включенными генераторами производится системой регулирования с помощью уравнительных шин. Распределение активной нагрузки не зависит от системы регулирования напряжения и осуществляется только изменением мощности первичных двигателей; для этого необходимо воздействовать на регулятор подачи топлива дизеля или на регулятор подачи пара турбины. Равномерное распределение активных нагрузок целиком зависит от правильной наладки регуляторов частоты вращения первичных двигателей, в результате которой изменение частоты вращения всех дизелей в зависимости от нагрузки происходит одинаково.
Исполнение и расположение элементов системы
(Справочные данные приведены для генератора типа SSED 912-12, установленного на судах серии «Михаил Калинин»). Компаундирующий трансформатор тока имеет трехстержневой пакетный сердечник, набранный из листовой трансформаторной стали. На каждом стержне находится по одной первичной и вторичной обмотке. Вторичная обмотка состоит из двух частей: одна является регулировочной и имеет 4 вывода, другая соединена последовательно с первой частью и выводов не имеет. Концы трех фаз вторичной обмотки соединяются на сборке выводов звездой. Компаундирующий трансформатор тока рассчитан для работы при естественном охлаждении.
Реактор состоит из трехстержневого сердечника, набранного из листовой трансформаторной стали, и трех многослойных медных катушек. Начала и концы обмоток выведены на сборку. В магнитопроводе реактора между верхним и нижним хомутами и тремя сердечниками имеется немагнитный зазор, образуемый посредством прокладок из твердой бумаги; для точного регулирования верхнего немагнитного зазора служат полоски тонкой бумаги. Все части реактора соединены стальными болтами, для уменьшения потерь на вихревые токи изолированными от пакета стали. Реактор имеет естественное охлаждение, причем отдача теплоты происходит не только от наружной поверхности, но и через каналы, устроенные между катушками и сердечниками, вследствие чего реактор должен находиться в вертикальном положении. Во время эксплуатации необходимо следить за тем, чтобы вентиляционные каналы реактора не были засорены.
Силовой выпрямитель состоит из трех трехфазных столбов, соединенных параллельно. Отдельные столбы имеют 18 селеновых шайб, включенных по трехфазной мостовой схеме. Силовой выпрямитель работает в условиях естественного охлаждения. Вследствие этого для лучшего охлаждения столбы выпрямителя устанавливают так, чтобы селеновые пластаны находились в вертикальной плоскости и чтобы при этом меньшая, а не большая сторона прямоугольной пластины располагалась по вертикали.
Положение установочного реостата определяет значение номинального напряжения (400, 390 и 380 В), которое система саморегулирования должна поддерживать постоянным. Реостат состоит из трех частей: ручного привода со штурвалом, контактной плиты и блока из 16 секций стальных резисторов. Компаундирующий трансформатор и установочный реостат возбуждения размещены на генераторных секциях ГЭРЩ.
Проверка работы системы и ее неисправности.
При проверке необходимо убедиться в том, что автоматический выключатель генератора включен и что штурвал установочного реостата возбуждения находится в пусковом положении. При пуске (разгоне) генератора установочный реостат должен находиться в конечном положении, т. е. штурвал его должен быть повернут вправо (по часовой стрелке) до упора (положение «Разгон»). При этом генератор развивает напряжение 440-430 В, которое постепенно доводится до номинального значения (390-395 В) поворотом штурвала в другую сторону - влево (положе¬ние «Работа»). После установки номинального напряжения проверяют работу генератора под нагрузкой. При изменении нагрузки генератор должен продолжать работать с номинальным напряжением без изменения положения штурвала установочного реостата.
Установочный реостат включен параллельно обмотке возбуждения, вследствие чего он по существу является резистором отсоса тока возбуждения. Очевидно, что если при использовании обычных реостатов, включенных последовательно в цепь возбуждения, генератор имеет наибольшее напряжение при выключенном реостате, то в данном случае, наоборот, генератор получает наибольшее напряжение при наибольшем сопротивлении реостата, поскольку последний при этом отнимает минимум энергии у обмотки возбуждения.
После ремонта, разборки и сборки отдельных элементов системы самовозбуждения или замены этих элементов возможны нарушения в системе регулирования напряжения. В этом случае при исправности всех элементов необходимо наладить систему. При наладке напряжение холостого хода регулируется изменением немагнитного зазора под верхней частью хомута с помощью прокладок из твердой бумаги. При увеличении немагнитного зазора реактора напряжение генератора повышается, а при уменьшении - снижается.
Для возможности регулирования напряжения в пределах ±2,5% напряжение холостого хода должно составлять 390-395 В при частоте тока холостого хода 52 Гц. Для удобства эксплуатации следует отрегулировать немагнитный зазор реактора так, чтобы получить эти данные в среднем положении установочного реостата. Постоянное напряжение в указанных пределах при изменении нагрузки генератора достигается подбором числа витков вторичной обмотки компаундирующего трансформатора путем перестановки звездочки на сборке на те или иные выводы.
Перечень возможных неисправностей системы, их причины и способы устранения приведены в табл. 21.6.
Приведенные в табл. 21.6 неисправности возникают редко. Основной и характерной неисправностью этой системы является частый выход из строя силовых селеновых выпрямителей в результате теплового пробоя из-за значительного нагревания шайб. Этому способствует не вполне удачное расположение силовых селеновых выпрямителей системы завода «ЭЛЬМО» в машинных отделениях судов (установка в трансформаторных помещениях или над реакторами, температура обмотки которых достигает от +115 до 120°С, и т. п.).
Для обеспечения надежной работы силовых селеновых выпрямителей системы завода «Эльмо» рекомендуется: установить реакторы автономно, перенеся их на кронштейны, находящиеся за леерным ограждением на платформе ГЭРЩ; заменить селеновые выпрямители кремниевыми отечественного производства.
На рис. 21.16 изображена монтажная схема силового кремниевого выпрямителя, проверенного в опытной эксплуатации системы самовозбуждения генератора завода «Эльмо» типа SSED912-12 мощностью 330 кВ •А, установленного на судах типа «Михаил Калинин». Выпрямитель собран по трехфазной мостовой схеме. В каждом плече установлено по одному кремниевому вентилю типа ВК-200. Защита выпрямителя осуществляется тремя конденсаторами типа МБГЧ-2,4 мкФ, 250 В и тремя резисторами типа ПЭВ-7,5, 30 Ом, 7,5 Вт.
Литература
Судовой механик: Справочник. Том 3 - Фока А.А. (2016)
