Основные технические сведения.
Система саморегулирования синхронных генераторов фирмы «Фимаг» в нагретом состоянии при номинальной частоте вращения поддерживает напряжение на заданном уровне с точностью ±2%.
В отличие от обычной конструкции синхронный генератор фирмы «Фимаг» выполнен с вращающейся обмоткой трехфазного тока и неподвижными полюсами. Вследствие этого компаундирующее устройство, расположенное внутри машины, также вращается.
Принципиальная схема системы и ее элементы (рис. 21.20).
Основными элементами системы являются:
- главный якорь 1;
- вспомогательный якорь 2;
- основная обмотка 3 трехфазного тока;
- вспомогательная обмотка 4 трехфазного тока;
- обмотка 5 постоянного тока якоря главного возбудителя;
- обмотка 6 постоянного тока якоря вспомогательного возбудителя;
- обмотка возбуждения 7синхронного генератора;
- коллектор 8;
- полюса 9 главного якоря 1;
- полюса 10 вспомогательного якоря 2 (обмоток возбуждения не имеют и расположены в виде полюсных сердечников на поворотном ярме в количестве, равном числу основных полюсов);
- контактные кольца 11;
- реостат уставки 12.
Главный якорь 1 имеет 2 обмотки: 3 и 5. Вспомогательный якорь также имеет 2 обмотки: 4 и 6. Вспомогательная обмотка 4 трехфазного тока и индуктивно связанная с ней через сердечники полюсов 10 обмотка 6 постоянного тока якоря вспомогательного возбудителя представляют собой в совокупности вращающееся компаундирующее устройство.
Концы фаз вспомогательной обмотки 4 трехфазного тока вспомогательного якоря соединены в звезду, концы фаз обмотки 3 переменного тока главного якоря присоединены к кольцам 11, а секции обмоток 6 постоянного тока - к коллектору 8, от которого напряжение через щетки подается к обмотке возбуждения 7 полюсов 9 главного якоря.
Вспомогательный якорь 2 охватывается специальным кольцом из мягкой стали с восемью явно выраженными полюсами без обмоток возбуждения, закрепленным в определенном положении. При необходимости регулировки напряжения генератора кольцо может быть смещено (повернуто) вокруг своей оси и затем вновь закреплено. Провода, соединяющие соответственно обмотки пере¬менного и постоянного тока якорей, а также провода, соединяющие фазы обмоток переменного тока с кольцами, проложены внутри вала генератора. На валу генератора со стороны привода установлена крылатка вентилятора. Коллектор 8 и кольца 11 установлены на валу со стороны, противоположной приводу.
Работа системы. Начальное возбуждение генератора происходит в результате потока остаточного намагничивания главной магнитной системы (полюсов главного якоря). Вследствие действия этого потока при вращении главного якоря 1 в его обмотках 3 и 5 возникнет начальная э. д. с. и по обмоткам 5 и 6 постоянного тока, подключенным через коллектор 2 к обмоткам возбуждения 7, потечет небольшой ток, который усилит магнитный поток остаточного намагничивания. Результирующий ток машины возрастет, что приведет к увеличению наводимой в якоре э. д. с. и в свою очередь вызовет дальнейшее возрастание тока возбуждения и магнитного потока машины и т. д. Происходит самовозбуждение генератора. При холостом ходе напряжение поддерживается постоянным и значение его определяется точкой пересечения характеристики насыщения магнитной системы и характеристики падения напряжения в цепи обмотки возбуждения. В точке пересечения этих характеристик процесс самовозбуждения прекращается, как в обычной машине постоянного тока, и в цепи возбуждения устанавливается неизменный ток, которому соответствует постоянное напряжение на выводах генератора. Номинальное значение напряжения холостого хода генератора устанавливается реостатом уставки 12, включенным в цепь обмотки возбуждения.
При нагрузке генератора в обмотках 3 и 4 переменного тока обоих якорей появится ток, который создаст магнитный поток реакции якоря, действуя навстречу потоку обмоток возбуждения, он ослабит магнитный поток в воздушном зазоре главных полюсов, и напряжение на выводах генератора упадет. Для поддержания постоянного напряжения на выводах генератора при изменении значения нагрузки служит вспомогательный якорь 2 генератора.
При появлении нагрузки ток, протекающий по вращающимся обмоткам 3 и 4 трехфазного тока главного и вспомогательного якорей, создает неподвижное магнитное поле, которое в главном якоре 1, как было сказало выше, является полем потока реакции якоря. В обмотке 6 постоянного тока вспомогательного якоря, которую пересекает поле обмотки 4 трехфазного тока, наводится дополнительная э. д. с., вызывающая соответствующее увеличение тока в обмотке возбуждения 7 полюсов 9 генератора. С увеличением тока нагрузки в основной обмотке 3 возрастает ток во вспомогательной обмотке 4 и магнитный поток, создаваемый ею, в результате чего возрастает э. д. с. в обмотке 6 якоря вспомогательного возбудителя, и ток возбуждения увеличивается. Таким образом, компенсируется увеличение реакции якоря генератора, и, следовательно, напряжение на выводах генератора поддерживается постоянным.
Система завода «Фимаг» обеспечивает регулирование напряжения не только в функции нагрузки, но и в функции коэффициента мощности нагрузки.
При изменении коэффициента мощности нагрузки вектор магнитного поля обмоток 3 и 4 трехфазного тока изменяет свое положение по отношению к оси полюсов. При изменении положения вектора магнитного поля обмотки 4 трехфазного тока вспомогательного якоря благодаря различному магнитному сопротивлению восьмиполюсной магнитной системы вспомогательного якоря и неизменному положению щеток на коллекторе изменяется значение э. д. с., наведенной в обмотке 6 постоянного тока, и, следовательно, ток возбуждения.
Элементы схемы рассчитаны так, что при уменьшении коэффициента мощности значение тока возбуждения возрастает, а при его увеличении - уменьшается; напряжение на выводах генератора сохраняется неизменным.
Поворотом восьми полюсного кольца вспомогательного якоря 2 генератора, т. е. изменением расположения полюсов, можно регулировать значение напряжения генератора под нагрузкой, так как при этом изменяется распределение магнитного потока во вспомогательном якоре и, соответственно, э. д. с. обмотки 6 постоянного тока. В результате изменяются ток в обмотке возбуждения 7 главных полюсов, результирующий магнитный поток и напряжение на выводах генератора. Кроме того, поворот восьмиполюсного кольца вспомогательного якоря позволяет изменять степень регулирования напряжения генератора в зависимости от значения коэффициента мощности нагрузки (cosφ).
Таким образом, система регулирования синхронного генератора завода «Фимаг» поддерживает неизменным напряжение на выводах генератора при изменении нагрузки и коэффициента мощности.
Устойчивая параллельная работа генераторов в отношении равномерного, распределения активной нагрузки обеспечивается исключительно с помощью регуляторов частоты вращения первичных двигателей.
При правильной наладке регуляторов отдельных первичных двигателей, т. е. при наличии у всех двигателей скоростных характеристик, отличающихся одна от другой лишь в пределах установленных допусков, обеспечивается равномерное распределение активной нагрузки.
Устойчивая параллельная работа генераторов в отношений равномерного распределения реактивной мощности обеспечивается системами саморегулирования генераторов с помощью уравнительной связи обмоток возбуждения генераторов при их параллельной работе.
Обмотки возбуждения генераторов включаются параллельно при помощи вспомогательных контактов главных автоматов генераторов.
Уравнительная связь обеспечивает равномерное распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами, так как любое изменение тока и коэффициента мощности нагрузки одного генератора (при сохранении первичными двигателями генераторов прежней активной нагрузки) благодаря уравнительной связи передается другому генератору.
Поэтому возбуждение всех генераторов изменяется в одинаковой степени и распределение реактивной нагрузки между генераторами будет практически равномерным.
Если распределение реактивной нагрузки генераторов при наличии уравнительных связей неравномерно, следует сместить восьмиполюсное кольцо на одном из генераторов, что приведет к более равномерному распределению реак-тивной нагрузки при параллельной работе генераторов.
Значение напряжения генератора в процессе эксплуатации задается реостатом уставки 12. Поворотом восьмиполюсного ярма вспомогательного якоря в процессе наладки можно изменять значение статизма внешней характеристики генератора.
Поскольку саморегулируемый синхронный генератор фирмы «Фимаг» состоит из элементов, относящихся к электрическим машинам, характер его неисправностей такой же, как и у машин постоянного и перемениого тока.
Литература
Судовой механик: Справочник. Том 3 - Фока А.А. (2016)
