Основные сведения. Основной функцией АРН является стабилизация напряжения СЭС посредством изменения тока возбуждения генератора.

Основной функцией АРН является стабилизация напряжения СЭС посредством изменения тока возбуждения генератора.

Кроме того, схемы АРН дополняются устройствами, обеспечивающими надежное самовозбуждение СГ на холостом ходу и контурами коррекции напря­жения по частоте и температуре генератора.

Все комплектное устройство, обеспечи­вающее самовозбуждение генератора и ста-

билизацию его напряжения, будем называть системой возбуждения и автоматического регулирова­ния напряжения (СВАРН).

В СВАРН часть энергии переменного тока отбирается с выводов генератора, регу-

лируется элементами АРН, преобразуется в энергию постоянного тока и подается в обмот-

ку возбуждения генератора (см. выше 2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ СЭЭС. ГЕНЕРАТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ, п. 5.2 «Системы возбуждения СГ»)..

СВАРН СГ могут быть построены по одному из следующих принципов регулиро-

вания тока возбуждения:

1. по отклонению регулируемой величины – напряжению генератора;

2. по возмущающему воздействию – току нагрузки (прямое компаундирование)

или току нагрузки и коэффициенту мощности (прямое фазовое компаундирование);

3. по отклонению регулируемой величины и по возмущающему воздействию

(комбинированные системы).

3.2. Системы АРН, действующие по возмущению.

Для синхронных генераторов под возмущением понимают изменение тока нагрузки по значению и характеру (амплитуде и фазе).

Обязательным признаком таких систем является наличие в составе СВАРН транс-

форматора (фазового) компаундирования ТК (рис. 3.4, а).

Рис. 3.4. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения с регулированием по возмущению: а – принципиальная схема; б – векторная диаграмма магнитных потоков ТК при изменении тока нагрузки по значению (амплитуде); в – то же, при изменении тока нагрузки по характеру (фазе)

На общем магнитопроводе ТК расположены первичные обмотки тока w_т, напряже-

ния w_н и вторичные, суммирующие обмотки w_c.

Векторы магнитных потоков обмоток ТК совпадают с векторами токов соответст-

вующих обмоток.

Значение вектора магнитного потока Ф_т, создаваемого обмотками w_т, определяет-

ся значением тока нагруз­ки генератора, а его направление совпадает с направлением век-

тора полного тока генератора I (рис. 3.4, б).

Значение и направление вектора Ф_н не зависят от тока нагрузки генератора и опре-

деляются сопротивлением цепи обмоток w _н. В данном случае благодаря включению ком-

паунди­рующего элемента (дроссель L) вектор тока и магнитного потока в обмотках w _н

отстает от вектора напряжения генератора примерно на угол 90° (рис. 3.4, б).

Магнитные потоки Ф_т и Ф_н создают в совокупности суммарный магнитный поток

Ф_с = Ф_т + Ф_н, который пересекает суммирующую обмотку и индуктирует в ней перемен-

ную ЭДС.

Эта ЭДС выпрямляется при помощи выпрямительного мостика UZ, вследствие чего через обмотку возбуждения СГ протекает постоянный ток возбуждения.

В соответствии с соотношением Е = сω Ф, чем больше ток возбуждения, тем боль-

ше магнитный поток Ф и тем больше ЭДС СГ.

На практике изменение тока нагрузки генератора происходит одновременно как по значению, так и характеру.

Для упрощения объяснения рассмотрим изменение тока нагрузки поочередно,

сначала по его значению (рис. 3.4, б), а затем по характеру (рис. 3.4, в).

В случае увеличения тока нагрузки СГ без изменения фазы (см. рис. 3.4, б) (φ =

= соnst) напряжение генератора может уменьшиться, однако вместе с током нагрузки увеличится магнитный поток обмоток тока до значения Ф'_т. Соответственно увеличится магнитный поток суммирующих обмоток Ф_с до значения Ф'_с. Ток возбуждения СГ возрастет, и напряжение восстановится до номи­нального значения.

Таким образом, в СГ токовые обмотки w_т выполняют ту же роль, что последова-

тельная обмотка возбуждения в генераторах постоянного тока смешанного возбуждения, а именно: компенсировать своим магнитным потоком потерю напряжения вследствие увели

чения нагрузки. Напомним, что именно благодаря наличию последовательной обмотки возбуждения генераторы постоянного тока смешанного возбуждения не нуждаются в авто

матических регуляторах напряжения и поэтому применяются в качестве основных генера-

торов, предназначенных для производства электроэнергии.

В случае изменения тока нагрузки генератора по фазе при постоянном его значении (рис. 3.4 в) (I = соnst) изменяется размагничи­вающее действие продольной составляю-

щей магнитного потока реак­ции статора. В результате ЭДС генератора также изменит свое значение. На диаграмме в связи с увеличением индуктивной составляющей тока вектор Ф_т переместится в положение Ф_т". Суммарный магнитный поток увеличится до значения Ф_с" > Ф_с. Ток возбуждения СГ увеличится, а напряжение стабилизируется.

Регулирование тока возбуждения СГ по значению и характеру (амплитуде и фазе) тока нагрузки называется амплитудно-фазовым компаундированием. В переводе с англий-

ского глагол to compound означает «смешивать», в данном случае, смешивать магнитные потоки токовых обмоток и обмоток напряжения и получать суммарный магнитный поток, пересекающий витки суммирующих обмоток.

В рассмотренной схеме суммирование воздействий тока нагрузки и напряжения выполнено электромагнитным путем, т.е. суммированием магнитных потоков токовых обмоток Ф_т и обмоток напряжения Ф_н при помощи трансформатора компаундирования ТК.

Значительные размеры и масса ТК ухудшают массогабаритные показатели СЭС, кроме того, мощная магнитная система ТК увеличивает время переходных процессов.

Принципиально возможно суммирование воздействий тока нагрузки и напряжения электрическим путем, т.е. суммированием не магнитных потоков, а напряжений, одно из

которых пропорционально току нагрузки, а второе – напряжению генератора. Обычно та-

кое суммирование применяют для генераторов небольшой мощности – до нескольких десятков кВт.