Корректор напряжения

Корректор напряжения на полупроводниках является релейно-импульс­ным регулятором напряжения на тиристоре (рис. 1.2). На вход корректора (на клеммы 1, 3) с выхода генератора подается напряжение через трансформатор напряже­ния и выпрямитель. Затем это напряжение через Г-образный ФНЧ ( С3, R2) поступает на делитель напряжения

( R1, R7, RP1, RP2). Когда напряжение, снимаемое с делителя, достигнет напряжения пробоя стабилитрона, стабилитрон пробьет­ся и откроется транзистор VT1. Падение напряжения на резисторе R8 откроет транзистор VT2. На управляющем электроде тринистора VS появится поло­жительный потенциал относительно катода за счет падения напряжения на ре­зисторе R12. Тринистор откроется и подаст питание на обмотку управления дросселя отбора. Обмотка управления подсоединена к клеммам 4 и 5. Чем больше напряжение на выходе генератора, тем раньше пробьется стабили­трон и тем больше будет ток в обмотке управления.

Напряжение, снимаемое с делителя, через ФНЧ С1-R3, конденсатор С2 и потенциометр R14 поступает на обмотку возбуждения генератора, подсоеди­ненную к клеммам 1 и 2. По этой цепочке осуществляется гибкая отрицательная обратная связь, которая позволяет бороться с перерегулирова­нием в замкнутой САР и повышает качество переходного процесса.

При автономной работе генератора цепь вторичной обмотки ТПР шунтируется и генератор выходит на самую жесткую характе­ристику. С помощью резистора R1 можно изменять уставку генератора, с помо­щью резистора R14 – коэффициент обратной связи. Диод VD1 не допускает встречную полярность на управляющем электроде тринистора, встречная по­лярность вызывает разрушение тринистора. Диод VD6 закорачивает обмотку управления дросселя при изменении полярности на ее входе. Изменение на­правления тока в обмотке управления дросселя вызовет его перемагничива­ние, что приведет к неуправляемым колебаниям напряжения на выходе гене­ратора. Диод VD7 ограничивает встречное напряжение в анодной цепи три­нистора до величины падения напряжения на диоде в прямом включении и тем самым защищает тринистор по анодной цепи от перенапряжения при встречной полярности.

1.3. Автоматический регулятор напряжения генераторов серии МСК завода «Электросила»

Данная система (рис. 1.3) разработана применительно к генераторам с привод­ными высокооборотными дизельными двигателями и паровыми турбинами. В основу АРН положен принцип комбинированного регулятора.

Напряжение поддерживается со статической погрешностью регулирова­ния ±1 % при изменении коэффициента мощности от 0,6 до 1, 0 и колебаниях скорости вращения не более ±2 % в диапазоне нагрузок от 0 до 100 % по отно­шению к номинальным значениям. При параллельной работе в установивших­ся режимах с генераторами разной мощности предусмотрено автомати­ческое распределение реактивных нагрузок с точностью ±10 % от номиналь­ного значения мощности наименее мощного генератора.

При параллельной работе генераторов равномерное распределение реактивных нагрузок осуществляется за счет установки одинакового статизма. Изменение статизма характеристик регулирования напряжения в этой системе преду­смотрено в пределах от 0 до 3 %, изменение уставки – в пределах ±5 % от но­минального напряжения.

Схема включает трансформатор фазового компаундирования с магнит­ным шунтом ТФК, блок силовых выпрямителей VD1…..VD6, корректор на­пряжения КН и блок параллельной работы (добавочное устройство ДУ). Трансформатор ТФК имеет пять обмоток: токовую обмотку L_ТА , об­мотку напряжения L_TV, обмотку питания дросселя отбора L_LO, обмотку питания магнитного усилителя и нелинейного узла L_A1 и суммирующую обмотку L2. Обмотки L_TV и L_A1 расположены на общем участке магнитопровода сердечника (до магнитного шунта) и являются обычными обмотками пони­жающего трансформатора. Вторичная обмотка L2 и обмотка L_LO расположе­ны на трансформаторе за магнитным шунтом (по отношению к обмотке напря­жения). Обмотка L2 осуществляет питание цепи возбуждения генера­тора, а обмотка L_A1 – питание магнитного усилителя и нелинейного узла кор­ректора напряжения. Обмотка L_LO с подключенными к ней блоком конденса­торов и дросселем L_O обеспечивает надежное самовозбуждение генератора и корректирующее воздействие при отклонениях напряжения.

Самовозбуждение синхронного генератора при холостом ходе произво­дится за счет остаточного подмагничивания. Однако ввиду небольшого значе­ния остаточного напряжения сила тока в цепи обмотки напряжения при срав­нительно большом ее сопротивлении мала и может оказаться недостаточной для самовозбуждения генератора.

Надежное самовозбуждение обеспечивается резонансным контуром, обра­зуемым емкостью конденсаторов С1 и индуктивным сопротивлением об­мотки трансформатора ТФК. Индуктивное сопротивление можно менять путем изменения зазора между магнитным шунтом и сердечником ТФК.

Контур настраивается на резонансную частоту, равную 70-80 % от номинальной часто­ты напряжения на выходе генератора. Внешней нагрузкой на этот контур яв­ляется обмотка возбуждения генератора. При достижении генератором резонансной частоты ток в контуре, а, сле­довательно, и в обмотке L2 резко возрастает, благодаря чему напряжение в обмотке возбуждения генератора становится достаточным для надежного са­мовозбуждения. После достижения номинального напряжения генератора вступает в действие корректор напряжения.

Разомкнутый контур регулирования по возмущению выполнен на базе трансформатора фазового компаундирования. В качестве компаундирующего элемента используется магнитный шунт. Магнитный шунт значительно повы­шает магнитную проницаемость среды, в которой находится обмотка напря­жения ТФК, что приводит к увеличению индуктивного сопротивления этой обмотки. Благодаря этому ток в этой обмотке отстает от напряжения на угол, близкий к 90⁰, что обеспечивает увеличение суммарного магнитного потока в ТФК и, следовательно, тока возбуждения генератора при уменьше­нии коэффициента мощности генератора, т.е. выполняется принцип фазового компаундирования.

Замкнутый контур регулирования по отклонению напряжения выполнен на базе корректора напряжения КН. который содержит из­мерительное устройство, магнитный усилитель, дроссель отбора L₀. При ма­лых напряжениях генератора магнитный усилитель А1 независимо от величины тока управления не работает, так как напряжение на рабочих обмотках также мало. Только при напряжении, равном 0,8…0,9 номинального значения, усилитель А1 вступает в действие. Отсутствие тока в цепи его выхода до указанного мо­мента обеспечивает надежное и быстрое самовозбуждение генератора.

Измерительное устройство корректора напряжения состоит из линейной и нелинейной частей.

рис. 1.4, (кривая 1). Нелинейная часть образована сочетанием линейного TL2 и нелинейного TL3 трансформаторов с выпрямителем VD19…VD24. Такое сочетание позво­ляет получить неизменный ток на выходе цепи этой нелинейной части при ко­лебаниях напряжения в широких пределах.

ВАХ нелинейного элемента пока­зана на рис.1.4, (кривая 2). В состав нелинейного элемента входит также дроссель частотной коррекции L_K, обеспечивающий постоянство тока на выходе при изменении частоты. В цепь включены регулировочный резистор R2 и резистор термокомпенсации R8. Токи линейной и нелинейной частей измери­тельного устройства на выходе направлены навстречу друг другу и в обмотке управления магнитного усилителя А1 вычитаются. Зависимость тока в об­мотке управления магнитного усилителя А1 от напряжения на выходе генера­тора показана на рис.1.4 (кривая 3). Точка пересечения кривой 3 с осью напряжения соответствует напряжению уставки на выходе генератора.

При отклонении напряжения на выходе генератора от напряжения уставки появляется ток в обмотке управления магнитного усилителя.

В зависимости от того, в какую сторону отклоняется напряжение от уставки (уменьшается или увеличивается), ток в обмотке управления магнитного усилителя будет иметь разное направ­ление. Усилитель будет либо подмагничиваться, либо размагничиваться, что в итоге скажется на величине тока возбуждения генератора, и при этом произойдет стаби­лизация напряжения. Обмотки L_OC1, L_OC2 магнитного усилителя осуществляют отрицатель­ную обратную связь по выходу корректора напряжения, что позволяет бороть­ся с автоколебаниями в замкнутой САР и обеспечивать устойчивую работу сис­темы. После приближения к номинальному напряжению на выходе генератора всту­пает в действие корректор напряжения.

Нагрузкой на корректор КН является обмотка управления магнитного усилителя А1. При увеличении напряжения ток в этой обмотке будет возрастать. Магнитная проницаемость сердечника усилителя будет уменьшаться, что приведет к уменьшению индуктивного со­противления рабочих обмоток усилителя и увеличению его выходного тока. Магнитный усилитель в свою очередь через выпрямитель VD13…VD18 пи­тает обмотку управления дросселя отбора L₀, ток в которой, в связи с этим, возрастает. Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости сердечника дросселя от­бора и, следовательно, к уменьшению индуктивного сопротивления рабочих обмоток дросселя. Рабочие обмотки дросселя включены последовательно с обмоткой L_LO в ТФК. Поэтому при уменьшении сопротивлений рабочих об­моток дросселя ток в обмотке L_LO ТФК увеличится. Обмотка L_LO в ТФК намо­тана так, что ее магнитный поток направлен встречно по отношению к маг­нитным потокам обмоток L_TV и L_TA, т.е. она размагничивает ТФК. Следова­тельно, при увеличении магнитного потока обмотки L_LO суммарный магнит­ный поток ТФК будет уменьшаться, что приведет к уменьшению тока возбу­ждения генератора и к стабилизации напряжения на его зажимах.

При умень­шении напряжения на выходе генератора описанный процесс будет проходить в противоположном направлении. Уменьшение напряжения генератора вызо­вет увеличение тока возбуждения, благодаря чему будет восстановлено номи­нальное напряжение генератора.

У дросселя отбора одна и та же обмотка является одновременно рабо­чей обмоткой, и обмоткой управления. Изменение уставки работы генератора можно выполнить с помощью рези­стора R3, изменение статизма – с помощью резистора R2 в блоке ДУ, изменение коэффициента отрицательной обратной связи – с помощью резистора R4.