Темы для повторения. 2. Выбор рода тока и значения напряжения и их оценка.

1. Состав и назначение СЭЭС.

2. Выбор рода тока и значения напряжения и их оценка.

3. Показатели качества электроэнергии СЭЭС и их оценка.

4. Источники электроэнергии на судах речного флота.

5. Методы расчета мощности судовой электростанции.

6. Определение и рекомендации по выбору основных коэффициентов, используемых при расчете мощности судовой электростанции.

7. Формы таблиц для определения мощности электростанции постоянного и переменного тока и основы выбора комплектации судовой электростанции.

Глава 2

Автоматическое регулирование напряжения

И частоты генераторов

Общие сведения

При работе судовых электроэнергетических систем происходят изменения нагрузки работающих генераторов, вызванные изменением как количества подключенных приемников электрической энергии, так и режимов их работы. Следствием этих изменений являются отклонения параметров электрической энергии от установившихся номинальных значений. При экстремальных режимах работы СЭЭС (короткие замыкания, неудачные включения генератора на параллельную работу, пуск и отключение мощного электродвигателя) эти отклонения параметров могут быть значительными, даже превышающими допускаемое значение, что может вызвать нарушение нормальной работы СЭЭС.

Из теории электрических машин известно, что напряжение на выводах генераторов постоянного тока

где Е – электродвижущая сила;

R_a, l_a – сопротивление и ток цепи якоря.

Из указанного выражения следует, что даже при неизменной ЭДС напряжение на выводах генератора при увеличении силы тока будет снижаться. В свою очередь ЭДС генератора Е = С_EФω также будет уменьшаться из-за снижения под нагрузкой частоты вращения приводного двигателя и ослабления возбуждения, вызванного искажением магнитного поля под действием реакции якоря на снижение силы тока в параллельной обмотке возбуждения.

Для обеспечения неизменности напряжения генераторов постоянного тока необходимо воздействовать на магнитное поле генератора, при этом для уменьшения диапазона изменения магнитного поля следует обращать внимание на механическую характеристику приводного двигателя, которая должна быть жесткой.

У синхронных генераторов напряжение на выводах определяется следующим образом:

,

(36)

где E_f, E_a, E_s – ЭДС, наведенные в фазной обмотке якоря (статора) магнитными полями соответственно индуктора, реакции якоря и рассеяния;

R_a – активное сопротивление обмотки фазы якоря;

I_а – сила тока.

Или, используя принцип компенсации и заменив ЭДС E_а и F_s падением напряжения на индуктивном сопротивлении Х_а,получим:

.

(37)

Напряжение синхронных генераторов в существенной мере определяется значением тока якоря и его характером. Эта зависимость напряжения от тока у синхронных генераторов более выражена, чем у генераторов постоянного тока.

При индуктивном токе генератора реакция якоря носит размагничивающий характер, и для обеспечения неизменного значения напряжения требуется существенное увеличение тока возбуждения по сравнению с его значением при холостом ходе, а при емкостном характере тока, естественно, ток возбуждения должен быть уменьшен. Требования к приводным двигателям синхронных генераторов более жесткие, чем при постоянном токе, потому что, кроме обеспечения постоянства напряжения, необходимо обеспечение постоянства частоты. Это может быть выполнено только при неизменной частоте вращения приводного двигателя.

Если в СЭЭС небольшой мощности (несколько десятков киловатт) при относительно медленном изменении нагрузки во времени постоянство напряжения и частоты могло быть обеспечено при ручном регулировании, то в СЭЭС современных судов при наличии приемников электрической энергии (электродвигателей) изменения нагрузки СЭЭС значительны и постоянство электрических параметров может быть обеспечено только при использовании автоматических систем регулирования.

Под автоматическим регулированием понимается автоматическое поддержание в заданных пределах параметров работы судовой техники.

Таким образом, система автоматического регулирования напряжения должна обеспечивать поддержание напряжения судовых генераторов в пределах, устанавливаемых органами технического надзора и классификации. Для речного флота таким органом является Российский Речной Регистр, для морского флота – Российский Морской Регистр судоходства.

То же самое можно сказать и о системах автоматического регулирования частоты.

Систему автоматического регулирования напряжения (САРН) или иного параметра электрической энергии выбирают в зависимости от требований, которые предъявляются к качеству электрической энергии, вырабатываемой СЭС. Так, например, оценка той или иной САРН обычно проводится по следующим качественным показателям:

– статической ошибке как разности напряжений при холостом ходе и номинальной нагрузке;

– быстродействию, характеризуемому скоростью нарастания напряжения;

– времени затухания переходного процесса;

– характеру переходного процесса (апериодическому, колебательному);

– способности пропорционального распределения нагрузок совместно работающими генераторами.

Кроме этого, учитываются срок службы, надежность, стоимость, простота и удобство обслуживания, габаритные размеры, масса и другие показатели.

Задачей каждой САРН является обеспечение постоянства напряжения на выводах генератора при изменениях нагрузки воздействием на его ток возбуждения, а следовательно, МДС и магнитный поток.

По принципу регулирования в зависимости от характера величины, по которой осуществляется регулирование, различают системы с регулированием по отклонению регулируемой величины, по возмущению и с комбинированным регулированием по отклонению возмущения.

По принципу действия системы автоматического регулирования бывают электромеханические, электромашинные, электромагнитные и электронные.