Автоматический регулятор напряжения генераторов серии МСК завода им. М.И. Калинина

Данная система, основанная на комбинированном принципе построения регулятора напряжения синхронных генераторов, разработана для генерато­ров серии МСК мощностью от 30 до 300 кВт. 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 % номинального значения.

Основными элементами системы этой модификации являются: транс­форматор фазового компаундирования ТФК с магнитным шунтом, дроссель отбора L₀, блоки выпрямителей VD1…VD4 и VD5…VD10, корректор напря­жения КН, блок управления с устройством параллельной работы УПР, гене­ратор начального возбуждения G _Н.В..

Фазовое компаундирование осуществляется с помощью ТФК. ТФК имеет четыре трехфазные обмотки: токовую L_TA , напряжения L_TV, вторич­ную L2 и обмотку L_К питания КН. Рабочие обмотки дросселя собраны по трехфазной схеме, обмотка управления одна.

Генератор начального возбуждения, 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 LG через блок выпрямителей VD1…VD4. Мощность этого генера­тора равна 80 Вт.

В начальный момент самовозбуждения ток в обмотке возбу­ждения генератора будет поступать от двух источников: генератора началь­ного возбуждения и с вторичной обмотки ТФК. Когда напряжение на выходе генератора приблизится к номинальному, благодаря положительной обратной связи между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря синхронного генерато­ра через ФПК выпрямители VD5…VD10 закроются напряжением с ТФК и энергия с генератора начального возбуждения на обмотку возбуждения генера­тора поступать больше не будет.

Замкнутый контур регулирования по отклонению напряжения построен на базе корректора напряжения КН и дросселя отбора. Корректор напряжения выполнен на полупроводниковых элементах, работающих в импульсных режи­мах, и состоит из измерительного узла и усилителя.

В измерительном элементе происходит сравнение напряжения генератора с заданным напряже­нием. В измерительный узел входят трансформатор напряжения TV, выпрями­тель VD20…VD23, стабилитрон VD19, конденсатор С1, резисторы R1, R2, R8, R9 и транзистор VT1. На первичную обмотку трансформатора TV через резистор уставки R14 подается напряжение генератора. Вторичная обмотка этого трансформатора через выпрямитель VD20…VD23 подсоединена к резисторам R1 и R2. Ак­тивно-емкостный фильтр ( С1-R8) применен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которое с выхода фильтра подается через стабили­трон VD19 на вход транзистора VT1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет напряжения пробоя стабилитрона, стабилитрон пробьется и транзи­стор VT1 откроется. При этом процесс открытия и закрытия транзистора про­исходит в соответствии с двухполупериодной пульсацией измеряемого на­пряжения. Если напряжение на стабилитроне VD19 значительно превышает напряжение его пробоя, то соответственно увеличиваются импульсы тока базы транзистора VT1, а, следовательно, и импульсы тока в цепи его коллек­тора.

Таким образом, отклонение напряжения на входе измерительного узла КН от заданного преобразуется в импульсы тока, возрастающие с увеличен­ием отклонения напряжения.

Усилитель корректора КН состоит из транзисторов VT2,VT3 и VT4, вы­прямителей VD18, VD16, VD17, 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 VT2 приложена разность напряжений, сни­маемых с резистора R12 в делителе напряжения и с резистора R10. Если на последнем напряжение будет увеличиваться с ростом тока выхода измери­тельного узла, то напряжение на базе транзистора VT2 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 VT2 и соответственно к увели­чению тока в цепи коллектора. Поскольку цепь коллектора транзистора VT2 является одновременно цепью базы транзистора VT3, то при открытом тран­зисторе VT2 будет полностью открыт также и транзистор VT3, т.е. падение напряжения на нем значительно уменьшится и весь ток его коллектора пой­дет через резистор R11. Цепь эмиттер-база транзистора VT4 включена на постоянное напряже­ние источника питания усилителя, а коллекторная цепь – на обмотку управле­ния L_у дросселя отбора L_O. Если транзистор VT3 открыт до насыщения, то по его коллекторной цепи протекает большой ток, а напряжение в цепи эмиттер – коллектор очень мало. Благодаря относительно большому падению напряжения на выпрямителе VD16, VD17 потенциал базы транзистора VT4 окажется положительным по отношению к потенциалу его эмиттера, и транзистор VT4 будет закрыт.

При закрытом транзисторе VT3 потенциал базы VT4 меняется на проти­воположный, транзистор VT4 открывается, и по обмотке управления L_У дросселя отбора L_O 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 ТФК.

В результате увеличение напряжения на входе измерительного узла, начи­ная с некоторого значения, равного напряжению пробоя стабилитрона VD19 (эквивалентного в данном случае установленному значению генерато­ра), вызывает появление в обмотке управления L_у импульсов напряжения. Длительность их тем больше, чем больше напряжение на входе измерительно­го узла отклоняется от напряжения пробоя стабилитрона.

Напряжение выхода корректора напряжения КН изменяется от нуля до полного значения напряжения источника питания при изменении напряжения на входе измерительного узла на 1…1,5 % номинального значения. При этом увеличение напряжения на выходе генератора увеличивает выходной ток кор­ректора, а уменьшение напряжения будет вызывать уменьшение выходного тока корректора.

Для защиты выходного транзистора VT4 от возможных перенапряжений в обмотке управления установлены выпрямители VD3 и VD4; первый зако­рачивает обмотку при перенапряжениях в ней, а второй шунтирует транзи­стор. Блок выпрямителей VD15 входит в комплект источника питания коррек­тора КН.

Для обеспечения устойчивой работы системы регулирования предусмот­рена отрицательная гибкая обратная связь, состоящая из резистора R5 и конденсатора С2. Для предотвращения влияния нагрева обмоток измеритель­ного трансформатора TV, резистора R15 и стабилитрона VD19 на точность регулирования напряжения синхронного генератора в измеритель­ную цепь корректора КН введен терморезистор R1 с подстроечным резисто­ром R6.

Сигнал с корректора напряжения поступает на обмотку управления дрос­селя отбора. Рабочая обмотка дросселя включена параллельно обмотке возбуждения генератора. При изменении напряжения на выходе генератора изменяются ток в обмотке управления дросселя, напряженность магнитного поля в сердечнике дросселя и, следовательно, его магнитная про­ницаемость. Это вызовет изменение индуктивного сопротивления рабочих обмоток и тока в обмотке возбуждения генератора. При работе дросселя на спадающем участке характеристики m = F(Н) обеспечивается нужная зависи­мость между напряжением на выходе генератора и током возбуждения для стабилизации напряжения.

Устройство параллельной работы (УПР) обеспечивает распределение реак­тивных мощностей между параллельно работающими генераторами про­порционально их номинальных мощностей. Сигнал с УПР заводится на кор­ректор напряжения. С помощью резистора R14 в УПР можно изменить ста­тизм характеристики регулятора. Параллельно работающие генераторы должны иметь одинаковый статизм. Положение потенциометра R12 в КН влияет на уставку генератора, потенциометра R16 - на коэффи­циент обратной связи, от которого зависит качество переходного про­цесса в генераторе.

В случае неисправности регулятора напряжения КН можно его отключить рубильником К1. В этом случае остается только ра­зомкнутый контур регулирования по возмущению, выполненный на базе ТФК.