Тиристорная система возбуждения синхронного генератора

Системы возбуждения синхронных генераторов

2) самовозбуждение (зависимое возбуждение), т.е. системы возбуждения, получающие питание непосредственно с выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы.

Независимое возбуждение генераторов (основное достоинство — возбуждение СГ не зависит от режима электрической сети и поэтому является наиболее надежным) наиболее распространено.

Недостатки: сравнительно невысокая скорость нарастания возбуждения (определяется в основном недостатком возбудителя); снижение надежности работы генератора постоянного тока из-за вибрации и тяжелых условий работы щеток коллектора (для турбогенераторов, имеющих большую частоту вращения).

Системы самовозбуждения, в общем, менее надежны чем системы независимого возбуждения, поскольку в них работа возбудителя зависит от режима сети переменного тока.

Схема независимого электромашинного возбуждения (слева), схема зависимого электромашинного возбуждения, т. е, самовозбуждения (справа).

На схеме; ОВВ(Г) — обмотка возбуждения возбудителя (генератора); ШР — шунтовой реостат; В — возбудитель; АД-асинхронный двигатель; М — маховик; СГ — синхронный генератор; СН- шины собственных нужд.

Перспективной, особенно для турбогенераторов большой мощности, является система бесщеточного возбуждения, в которой нет подвижных контактных соединений.

Для создания основного магнитного потока генератора делается обмотка возбуждения с постоянным током. При изменении тока возбуждения изменяется напряжение генератора и отдаваемая с сеть реактивная мощность. Параметры системы возбуждения: сброс нарастания напряжения и кратность форсировки. Системы возбуждения бывают независимого возбуждения и самовозбуждения.

Система независимого электромашинного возбуждения

Регулирование напряжения возбудителя и следовательно тока возбуждения основного генератора осуществляется путем изменения тока в обмотке возбуждения возбудителя. Достоинства: не зависит от режима сети. Недостаток: при больших скоростях вращения влияние коммутации, большая реактивная ЭДС приводит к пробою изоляции коллекторных пластин и выходу коллектора из строя.

Высокочастотная система возбуждения

Состоит из возбудителя, представляющего собой высокочастотный генератор, с тремя обмотками возбуждения, частота 500 Гц. Первая обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой возбуждения основного генератора. Две другие получают питание от подвозбудителя-генератора с частотой 400 Гц (многополюсный), с постоянными магнитами и обмотками, соединенными в разомкнутый треугольник. Возбудитель и подвозбудитель на одном валу с генератором.

Ток в двух других обмотках подвозбудителя регулируется блоками АРВ (поддержание напряжение в нормальном режиме ), УБФ ( устройство бесконтактной форсировки), подключенными к трансформатору тока и напряжения на выводах генератора. Кратность форсировки 2, скорость нарастания напряжения на менее 2 1/с.

Тиристорная система возбуждения. Возбудитель- трехфазная машина с обмотками, соединенными в звезду. Обмотка его возбуждения питается от выпрямительного трансформатора, через выпрямитель. Обмотка возбуждения основного генератора подключена через 2 группы тиристорных выпрямителей: рабочая VS1, и форсировочная VS. При форсировке рабочие тиристоры закрыты более высоким напряжением на VS2.

Бесщеточная система. Проводники, соединяющие обмотку возбуждения с возбудителем проводниками на валу через вращающийся выпрямитель. Исключает необходимость применения щеток и контактных колец.

Система электромашинного самовозбуждения. Возбудитель вращается двигателем, подключенным к трансформатору собственных нужд блока.

Тиристорная система самовозбуждения. Обмотка генератора подключена к тиристорным выпрямителям, получающим питание от ТСН блока. Состоят из управляемых, регулирующих напряжение в нормальном режиме, и неуправляемых, при форсировке.

Что такое тиристорные возбудители и для чего они нужны?

Что такое тиристорные возбудители синхронных двигателей, как они работают и где применяются. Виды тиристорных возбудителей и режимы работы.

Электронные устройства управления возбуждением широко применяются в промышленности. Они необходимы для подачи напряжения на обмотку возбуждения и управления. Предусмотрены для регулировки в автоматическом режиме токов возбуждения при прямом или реакторном пуске от частотного преобразователя или сети. Реализует стабильную работу в режиме синхронной и аварийной работы мощных синхронных электродвигателей. Достоинствами таких систем являются простота управления, компактность, интеграция в системы электронного регулирования в автоматических системах управления, где применяется дистанционное изменение параметров. Далее мы подробно расскажем о том, что такое тиристорные возбудители, каких видов они бывают и как работают.

Описание и схема установки

Тиристорные возбудители экономичны, не сложны в эксплуатации и наладке. Выполнены в виде отдельно стоящего шкафа.

Ниже приведена схема и описание электронной установки с тиристорным управлением, из которой понятно из чего состоит прибор:

Конструкция прибора представляет:

  • Управляемый выпрямитель, обеспечивающий питанием обмотки возбуждения синхронного двигателя. Представляет блок тиристоров с системой импульсно-фазового управления.
  • Реактор, представляющий входной трансформатор.
  • Модуль гашения поля.
  • Система тестирования.
  • Блок измерения, контролирующий уровень тока на выходе напряжения возбудителя и тока статора.
  • Модуль защиты и блок сигнализации. Обеспечивает защиту индикации неисправности систем автоматического регулирования и диагностики.

Поставляется совместно с релейно-контактным узлом управления запуска двигателя. Имеет цифровую или аналоговую систему управления.

Тиристорный возбудитель позволяет:

  1. Подать напряжение на обмотки возбуждения в нерабочем состоянии электродвигателя, для тестового режима.
  2. В режиме прямого пуска подает напряжение на обмотки возбуждения, для поддержания функции тока статора, и тока скольжения.
  3. При реакторном пуске подача возбуждения после включения шунтирующего выключателя.
  4. Плавный (асинхронный) пуск с устройством высоковольтного плавного пуска.
  5. Обеспечивает синхронный запуск с применением высоковольтного частотного преобразователя.

Электронный возбудитель контролирует и поддерживает нормальную работу. При этом он обеспечивает безопасность оборудования, для чего нужен блок защиты:

  • Защищает выходные цепи при превышении тока возбуждения от первоначально установленной величины.
  • Производит защиту входных цепей при превышении сетевых токов предварительно заданный.
  • Повреждения изолирующего контура.
  • Аварийного отключения.
  • От ошибки чередования фаз.
  • Отсутствия силового напряжения.
  • Ошибки синхронизации двигателя с параметрами сети.
  • При аварийной ситуации электронного блока напряжения.
  • Длительного запуска, отличного от заданного. Длительность пуска задается программным путем. Время превышения пуска считается ошибкой.
  • Оповещение об асинхронном ходе.
  • От внешних аварийных ситуаций.
  • Производится защита от ошибок управления.

Если в комплектации возбудителя предусмотрена защита от снижения сопротивления изоляции внешнего контура, комплектуется дополнительно:

  • Узлом постоянного контроля параметров сопротивления изоляции с отображением на дисплее.
  • Наличием сухого контакта в случае уменьшения сопротивления изоляции, менее двух, постоянных значений, которые задаются наладчиками.

Наличие блока управления позволяет удерживать в пределах допуска напряжение в статоре, а также коэффициент производительности или возбуждения в автоматическом режиме. Характеристики задаются во время пуско-наладочных работ или дистанционно.

Внешний вид и внутренняя конструкция представлена на фото:

Режимы работы

Устройство обеспечивает три режима работы, автоматический, ручной и аварийный. Возможно изменение режимов во время функционирования двигателя. Переход от одного к другому не сопровождается бросками тока. Ниже познакомимся, как работает устройство.

Какие бывают и где применяются

Промышленность выпускает тиристорные возбудители уже много лет. Сейчас выпускаются модернизированные устройства с компьютерным управлением.

Устройства предназначены для запитывания обмоток возбуждения. С автоматическим регулированием тока при прямом, реакторном, частотном и плавном запусках.

В таблице представлены типы возбудителей с характеристиками:

Область применения достаточно широка, применяются на ГЭС, электротехнической, металлургической, нефтехимической, химической и пищевой промышленности.

Тиристорная система возбуждения синхронного генератора

СТАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ ГЕНЕРАТОРОВ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Группа компаний «Энергия» производит статические системы возбуждения для генераторов и электродвигателей.

Статические системы возбуждения, предназначены для возбуждения автоматически регулируемым постоянным током турбогенераторов, гидрогенераторов и электродвигателей в нормальных и аварийных режимах. Применение их даёт возможность реализации высокоэффективных алгоритмов управления возбуждением, обеспечивающие устойчивую работу в синхронном режиме, энергосбережение, сбор, запись и отображение информации для оценки состояния аппаратуры.

Читайте также  Таблетка в генераторе лада калина
Статические системы возбуждения для генераторов. Группа компаний "Энергия" Статические системы возбуждения для электродвигателей. Группа компаний "Энергия"
Полезная информация

Системы тиристорные самовозбуждения (СТС)

СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЕ САМОВОЗБУЖДЕНИЯ (СТС)

СТС предназначены для питания обмоток возбуждения турбогенераторов и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током.

Питание тиристорного выпрямителя осуществляется через трансформатор, подключенный к главным выводам генератора. Для запуска генератора предусмотрена цепь начального возбуждения, которая автоматически формирует кратковременный импульс напряжения на обмотке ротора до появления ЭДС обмотки статора генератора, достаточной для поддержания устойчивой работы тиристорного преобразователя в цепи самовозбуждения. Питание цепей начального возбуждения осуществляется как от стационарной аккумуляторной батареи, так и от источника переменного тока собственных нужд электростанции.

Высокие быстродействие и предельные уровни напряжения и тока возбуждения в сочетании с эффективными законами управления, ограничения параметров и стабилизации обеспечивают высокое качество регулирования и большие запасы устойчивости энергосистем.

Интенсивное гашение поля генераторов в нормальных условиях эксплуатации достигается за счет перевода тиристорного преобразователя в инверторный режим изменением полярности напряжения возбуждения. Экстренное снятие возбуждения в аварийных режимах обеспечивается автоматом гашения поля (QE) – электрическим аппаратом специальной конструкции, который при срабатывании производит оптимальное гашение поля генератора, заключающееся в минимизации времени гашения поля при соблюдении предельно допустимой по условиям электрической прочности изоляции величине напряжения на обмотке возбуждения.

Защита ротора от перенапряжений выполняется на основе быстродействующих тиристорных разрядников (FV).

AVR – автоматический регулятор возбуждения;
G – генератор;
KM – контактор начального возбуждения;
QАE – автомат гашения поля;
FV – тиристорный разрядник;
UE – устройство начального возбуждения;
ТЕ – выпрямительный трансформатор;
TA, TV – измерительные трансформаторы тока и напряжения генератора

Системы тиристорные независимые (СТН)

СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЕ НЕЗАВИСИМЫЕ (СТН)

СТН предназначены для питания обмоток возбуждения крупных турбо- и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током. В отличие от систем самовозбуждения в СТН тиристорный выпрямитель главного генератора получает питание от независимого источника напряжения переменного тока промышленной частоты – вспомогательного синхронного генератора (GE), вращающегося на одном валу с главным генератором. При этом вспомогательный генератор возбуждается по схеме самовозбуждения.

СТН обладает важным преимуществом – ее параметры не зависят от процессов, протекающих в энергосистеме.

Благодаря такой конструкции СТН обеспечивает:

  • Независимость возбуждения от длительности и удаленности коротких замыканий и других возмущений в энергосистеме;
  • Высокую скорость нарастания напряжения возбуждения; быстрое снятие возбуждения за счет изменения полярности напряжения возбуждения.

Система защит

СИСТЕМА ЗАЩИТ

В системах возбуждения предусмотрены следующие защиты:

Эксплуатация генераторов. Системы возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов , страница 15

На генераторах до 100 МВт в качестве возбудителя применяют генератор постоянного тока, связанный с валом генератора. Электрическое соединение возбудителя с обмоткой ротора выполнено с помощью контактных колец и щеток. Регулирование возбуждения возбудителя выполняется с помощью шунтового реостата. Возбуждение самого возбудителя выполнено по схеме самовозбуждения (ОВВ питается с якоря возбудителя).

Недостатки электромашинной схемы возбуждения: невысокая скорость нарастания возбуждения (особенно для ГГ, имеющих небольшую частоту вращения); тяжелые условия работы машины постоянного тока с турбогенератором (высокая скорость вращения вызывает вибрации, повышенный износ щеток и коллектора).

5.5.4. элетромашинная система возбуждения с индукторным возбудителем

Для турбогенераторов 200 МВт и выше может быть применена независимая система возбуждения с возбудителем переменного тока и неуправляемым полупроводниковым выпрямителем. Такая схема называется высокочастотной системой возбуждения. Источником питания является трехфазный индукторный генератор с частотой 500 Гц, соединенный с валом главного генератора. Он не имеет обмотки на роторе, что повышает его надежность. Ротор имеет вид десятизубцевого сердечника, набранного из листов электротехнической стали. Его три обмотки возбуждения расположены вместе с трехфазной обмоткой переменного тока на статоре. Первая ОВВ1 включается последовательно с обмоткой ротора генератора и обеспечивает основное возбуждение. Обмотки ОВВ2 и ОВВ3 получают питание от высокочастотного подвозбудителя через выпрямители. Подвозбудитель (высокочастотная машина 400 Гц с магнитами) также соединен с валом генератора. Регулирование тока в ОВВ2 осуществляется АРВ (в нормальном режиме работы генератора), в ОВВ2 – УБФ (устройство бесконтактной форсировки – обеспечивает начальное возбуждение генератора и его форсировку при понижении напряжения на 5% и более).

Высокочастотная система возбуждения обеспечивает = 2, и скорость нарастания возбуждения не менее 2 1/с.

5.5.5. Электромашинная система возбуждения с возбудителем переменного тока и вращающимся выпрямительным устройством

В такой схеме нет подвижных контактных соединений. Для питания ОВГ применяется вспомогательный синхронный генератор ВГ. Он выполнен по типу обратимых машин (обмотка возбуждения находится на статоре, а переменного тока – на роторе). Из обмотки переменного тока ВГ напряжение подается на вращающийся на валу диодный выпрямитель и после него на ОВГ. Регулирование тока возбуждения производится регулированием возбуждения вспомогательного генератора.

5.5.6. независимая ТиРисторная система

В такой схеме на одном валу с генераторов расположен вспомогательный синхронный генератор ВГ. С его статорной обмотки напряжение подается на тиристоры. Тиристоры состоят из двух групп – рабочей и форсировочной. Для питания обмотки возбуждения ВГ служит специальный трансформатор, подключенный к выводам ВГ.

Такая схема имеет наибольшее быстродействие по сравнению с другими рассмотренными независимыми схемами и позволяет обеспечить .

5.5.7. тиристорная система самовозбуждения

Схемы самовозбуждения считаются менее надежными, т.к. их работа зависит от режима работы сети. Короткие замыкания нарушают работу системы возбуждения. Возможная принципиальная схема приведена на рисунке 5.24.

5.5.8. переход с рабочего на резервное возбуждение

Обмотка ротора генератора с аппаратурой гашения поля и измерительными приборами (амперметром, вольтметром) присоединяется к сборным шинам возбуждения без коммутационной аппаратуры. Источники возбуждения (основной и резервный) присоединяются к тем же сборным шинам посредством соответствующей коммутационной аппаратуры (рубильники, разъединители, выключатели). В цепи источников возбуждения (основного и резервного) генераторов с непосредственным охлаждением обмотки ротора установка выключателей с дистанционным управлением обязательна. Перевод возбуждения должен выполняться только с помощью указанных выключателей.

Системы возбуждения синхронных машин

Система возбуждения синхронной машины состоит из возбудителя и системы регулирования тока возбуждения, замыкающегося в обмотке возбуждения синхронной машины и в обмотках возбудителя. Система возбуждения должна обеспечивать надежную работу синхронной машины, выполняя регулирование тока возбуждения, форсировку возбуждения, гашение поля возбуждения. Эти процессы в крупных машинах осуществляются автоматически. Системы возбуждения делятся на два типа — прямые и косвенные.

В прямых системах возбуждения якорь возбудителя жестко соединен с валом синхронной машины. В косвенных системах возбуждения возбудитель приводится во вращение двигателем, который питается от шин собственных нужд электростанции или вспомогательного генератора. Последний может быть соединен с валом синхронной машины или работать автономно. Прямые системы более надежны, так как при аварийных ситуациях в энергосистеме ротор возбудителя продолжает вращаться вместе с ротором синхронной машины и обмотка возбуждения не обесточивается.

На рис. 4.79, а —в приведены наиболее распространенные схемы возбуждения синхронных машин.

На рис. 4.79, а представлена наиболее распространенная прямая схема с электромашинными возбудителями. К обмотке возбуждения ОВГ синхронного генератора СГ постоянный ток через контактные кольца подается с якоря возбудителя В. Обмотка возбуждения возбудителя ОВВ питается от якоря подвозбудителя ПДВ. Управление током в обмотке возбуждения синхронного генератора осуществляется резистором Rp, включенным в цепь обмотки возбуждения подвозбудителя ОВПДВ.

Читайте также  Автомобильные генераторы в томске

Подвозбудитель и возбудитель — генераторы постоянного тока. Их якоря муфтами соединены с ротором синхронного генератора. Мощность обмотки возбуждения ге-

Схемы возбуждения синхронных машин

Рис. 4.79. Схемы возбуждения синхронных машин

нераторов постоянного тока составляет 0,2—5% мощности генератора. Поэтому мощность управления в каскадной схеме из двух генераторов постоянного тока (см. рис. 4.79, а) составляет несколько процентов мощности возбуждения синхронного генератора. Коэффициент усиления схемы равен произведению коэффициентов усиления по мощности двух генераторов постоянного тока (И) 2 —10 3 ).

Предельная мощность генератора постоянного тока с частотой вращения 3000 об/мин примерно 600 кВт. Поэтому генераторы постоянного тока в качестве возбудителей могут применяться в турбогенераторах мощностью 100—150 МВт. Генераторы постоянного тока в качестве возбудителей находят широкое применение в синхронных двигателях и синхронных генераторах автономных энергетических систем.

На рис. 4.79, б дана схема косвенного возбуждения с возбудителем — генератором постоянного тока с независимым возбуждением. Якорь генератора постоянного тока вращается асинхронным АД или синхронным двигателем, которые подсоединяются к сети переменного тока, не зависящей от напряжения синхронного генератора.

Наибольшее распространение получили схемы возбуждения со статическими преобразователями переменного тока в постоянный. В 1950-х гг. для возбуждения гидрогенераторов применялась схема возбуждения с ртутными выпрямителями, а в последнее время широкое применение находят

тиристорные схемы возбуждения, которые могут быть контактными и бесконтактными. В контактных схемах через кольца ток возбуждения от тиристорного преобразователя подается на обмотку возбуждения. При этом переменный ток на тиристорный преобразователь подается или от элек- тромашинного возбудителя, или от сети.

В крупных турбогенераторах в качестве электромашин- ного источника электрической энергии используется индукторный высокочастотный генератор (рис. 4.80). Ротор индукторного генератора жестко связан с ротором турбогенератора. На роторе индукторного генератора нет обмоток, а обмотки якоря расположены на статоре. Принцип действия индукторного генератора рассматривается в параграфе 4.23.

В бесщеточных системах возбуждения обмотка якоря и выпрямители находятся на роторе. Возбудитель выполняется многофазным для турбогенератора мощностью 1000 МВт, 1500 об/мин. Возбудитель имеет длину 3 м. Мощность возбудителя в кратковременном режиме 7,2 МВт и при длительной работе 2,8 МВт. Максимальный ток 9,6 к А при напряжении 0,75 кВ. В турбогенераторе мощностью 500 МВт мощность возбудителя 2,4 МВт.

Ко всем системам возбуждения предъявляются жесткие требования, регламентированные ГОСТ 21558—2000. Систе-

Индукторный возбудитель турбогенераторов мы возбуждения должны обеспечивать форсировку возбуждения при снижении напряжения сети и аварийных режимах

Рис. 4.80. Индукторный возбудитель турбогенераторов мы возбуждения должны обеспечивать форсировку возбуждения при снижении напряжения сети и аварийных режимах. Согласно указанному ГОСТу кратность предельного установившегося напряжения возбудителя (отношение максимального напряжения возбудителя к номинальному напряжению возбудителя) для крупных генераторов и синхронных компенсаторов равна 1,8—2, для других синхронных машин — 1,4-1,6.

Системы возбуждения должны быть быстродействующими. Номинальная скорость нарастания напряжения возбудителя, т.е. изменение напряжения от номинального до максимального, должна быть 1 — 1,5 с для крупных машин, а для остальных 0,8—1 с.

Регулирование тока возбуждения, как правило, осуществляется путем изменения напряжения возбудителя. Так как возбудитель не насыщен, ток возбуждения изменяется пропорционально напряжению. Только в синхронных машинах небольшой мощности регулирование тока возбуждения осуществляется реостатами.

Гашение поля при аварийных режимах обеспечивается ЛГП за 0,8—1,5 с. Обычно сопротивление, на котором происходит гашение поля, в 5 раз превышает сопротивление контура возбуждения, а напряжение на нем в переходном процессе не превышает более чем в 5 раз напряжение возбуждения.

Наряду с системами возбуждения, рассмотренными выше, применяются системы возбуждения от высших гармоник и обратной последовательности.

В воздушном зазоре электрической машины существует бесконечный спектр гармоник поля, которые вращаются со скоростью, отличающейся от основной гармоники, или вращаются в противоположном направлении по отношению к основной гармонике. Высшие гармоники поля наводят в обмотках ротора напряжения, зависящие от скольжения и амплитуды гармоники. Если закоротить обмотки ротора выпрямителями, в них будет протекать пульсирующий ток высших гармоник, который создаст постоянный поток возбуждения (рис. 4.81).

Обычно для возбуждения используется 3-я гармоника поля и выполняется специальная обмотка на роторе с числом полюсов, в 3 раза большим по отношению к основной гармонике. С возбуждением от 3-й гармоники выпускается серия синхронных генераторов ЕС мощностью до 100 кВт.

Представляет интерес использование для возбуждения обратного поля. В однофазных двигателях при возбуждении от обратной последовательности (см. рис. 4.81) могут быть получены массогабаритные и энергетические характеристики, близкие к характеристикам трехфазных асинхронных двигателей.

Система возбуждения от обратной последовательности и высших гармоник

Рис. 4.81. Система возбуждения от обратной последовательности и высших гармоник

Системы возбуждения синхронных машин весьма разнообразны и во многом определяют конструкцию синхронной машины. Некоторые видоизменения систем возбуждения будут рассмотрены при изучении специальных синхронных машин.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: