Система самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов завода им. М. И. Калинина

Данная система, основанная на прямом фазовом компаундировании синхронных генераторов, разработана в двух модификациях для серии генераторов МСК мощностью 30÷ 300 квт.

Схема системы первой модификации приведена на рис. 2.8. Здесь напряжение поддерживается со статической погрешностью регулирования, не превышающей ±1% при изменении нагрузки от 0 до 100%, коэффициента мощности от 0 до 1 и частоты в пределах ±2, 5% от номинального значения.

Основными элементами системы этой модификации являются: трансформатор фазового компаундирования ТФК с магнитным шунтом, дроссель отбора ДО, блоки выпрямителей В1 и В2, корректор напряжения КН, блок управления с устройством параллельной работы УПР, генератор начального возбуждения ГНВ.

Трансформатор ТФК имеет четыре трехфазные обмотки: токовую ω _Т напряжения ω _н вторичную ω ₂ и обмотку ω _к питания корректора КН. Дроссель отбора собран по трехфазной схеме с одной обмоткой управления ОУ.

Генератор начального возбуждения ГНВ, предусмотренный для надежного обеспечения самовозбуждения синхронного генератора, представляет собой тахогенератор переменного тока с постоянными магнитами. Конструктивно он связан с валом ротора, а электрически подключен к обмотке возбуждения генератора ОВГ через блок выпрямителей В2. Мощность генератора ГНВ равна 80 вт. Регулирование напряжения с указанной выше точностью осуществляется совместным действием трансформатора ТФК, дросселя ДО и корректора КН типа КН2.

В измерительном элементе происходит сравнение величины напряжения генератора с заданным напряжением. В измерительный узел входят трансформатор напряжения ТН, выпрямитель ВЗ, стабилитрон Д1, конденсатор С1, резисторы R1, R2, R8, R9 и транзистор ПП1.

На первичную обмотку трансформатора ТН через резистор уставки уровня напряжения РУН подается напряжение генератора. Вторичная обмотка этого трансформатора через выпрямитель ВЗ нагружена на резисторы R1 и R2. Активно-емкостный фильтр, состоящий из конденсатора С1 и резистора R8, применен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которое с выхода фильтра подается через стабилитрон Д1 на вход транзистора ПП1.

Характеристика стабилитрона Д1 подобрана таким образом, чтобы он запирал цепь до тех пор, пока напряжение генератора U_Г на конденсаторе С1 не превысит напряжения пробоя стабилитрона U_Г0. Если напряжение U_Г становится больше U_Г0, то транзистор ПП1 открывается. При этом процесс его открывания и закрывания происходит в соответствии с двухполупериодной пульсацией измеряемого напряжения. Если напряжение на стабилитроне Д1 значительно превышает напряжение его пробоя, то соответственно увеличиваются импульсы тока базы транзистора ПП1, а следовательно, и величина импульсов тока в цепи его коллектора.

Таким образом, отклонение напряжения на входе измерительного узла корректора напряжения от заданной величины преобразуется в импульсы тока, возрастающие с ростом отклонения напряжения.

Усилитель корректора КН состоит из транзисторов ПП2, ППЗ и ПП4, выпрямителей В4 и В5, конденсатора С3 и соответствующих резисторов, включенных в их цепи.

Импульсы выходного тока измерительного узла подаются на конденсатор С3, который затем разряжается на параллельно включенный резистор R10. К цепи эмиттер — база транзистора ПП2 приложена разность напряжений, снимаемых с делителя напряжения на резисторе R12 и с резистора R10. Если на последнем напряжение будет увеличиваться с ростом тока выхода измерительного узла, то напряжение на базе транзистора ПП2 будет уменьшаться, а ток в цепи его коллектора - снижаться.

При снижении или отсутствии сигнала с измерительного узла напряжение на резисторе R10 станет меньше, чем на резисторе R12. Это приведет к возрастанию напряжения на базе транзистора ПП2 и соответственно к увеличению тока в цепи коллектора. Поскольку цепь коллектора транзистора ПП2 является одновременно цепью базы транзистора ППЗ, то при открытом транзисторе ПП2 будет полностью открыт также и транзистор ППЗ, т. е. падение напряжения на нем значительно уменьшится, и весь ток его коллектора пойдет через резистор R11.

Цепь эмиттер – база транзистора ПП4 включена на постоянное напряжение источника питания усилителя, а коллекторная цепь — на обмотку управления ОУ дросселя отбора ДО.

Если транзистор ППЗ открыт до насыщения, то по его коллекторной цепи протекает большой ток, а напряжение в цепи эмштер — коллектор очень мало. Благодаря относительно большому падению напряжения на выпрямителе В5 потенциал базы транзистора ПП4 окажется положительным по отношению к потенциалу его эмиттера и транзистор ПП4 будет закрыт.

При закрытом транзисторе ППЗ потенциал базы транзистора ПП4 меняется на противоположный, транзистор ПП4 открывается и но обмотке управления ОУ дросселя отбора ДО пойдет ток, изменяющий режим его работы. При увеличении тока управления сопротивление рабочих обмоток дросселя уменьшается, а следовательно, по ним проходит большая часть тока выходной обмотки трехобмоточного трансформатора ТФК.

В результате увеличение напряжения на входе измерительного узла, начиная с некоторой величины, равной величине напряжения пробоя стабилитрона Д1 (эквивалентного в данном случае установленному напряжению генератора), вызывает появление в обмотке управления ОУ импульсов напряжения. Длительность их тем больше, чем больше напряжение на входе измерительного узла отклоняется от напряжения пробоя стабилитрона.

Величина напряжения выхода корректора напряжения КН изменяется от нуля до полного значения напряжения источника питания при изменении напряжения на входе измерительного узла на 1, 0÷ 1, 5% от номинального значения.

Для защиты выходного транзистора ПП4 от возможных перенапряжений в обмотке управления установлены выпрямители В6 и В7: первый закорачивает обмотку при перенапряжениях в ней, а второй шунтирует транзистор. Блок выпрямителей В8 входит в комплект источника питания корректора КН.

Для обеспечения устойчивой работы системы регулирования предусмотрена гибкая обратная связь, состоящая из резистора R5 и конденсатора С2. Для предотвращения влияния нагрева обмоток измерительного трансформатора ТН, резистора РУН и стабилитрона Д1 на точность регулирования напряжения синхронного генератора в измерительную цепь корректора КН введен терморезистор R7 с подстроечным резистором R6.