Системи збудження синхронних машин

Джерелом постійної напруги для обмотки збудження є спеціальні системи збудження, перед якими ставлять ряд вимог:

· надійне та стійке регулювання струму збудження при всіх режимах роботи синхронної машини;

· достатня швидкодія при форсованому збудженні (швидкого збільшення напруги збудження від номінального значення до граничного, що дорівнює не менше подвійного номінального значення);

· швидке гашення магнітного поля, тобто зменшення струму збудження машини до нуля без перенапруг на її обмотках, необхідність якого виникає при аваріях у генераторі.

У синхронних генераторах використовують переважно дві системи збудження.

Електромашинне системне збудження з генератором постійного струму (рис. 9.6).

У цій системі збудником є генератор постійного струму. Потужність збудника дорівнює 0,3-3% від потужності синхронного генератора.

Струм збудження синхронної машини досить великий та складає декілька сотень і навіть тисяч ампер. Тому його регулюють за допомогою реостатів, що встановлені в колі збудження збудника. Збудження збудника здійснюють за схемою самозбудження (рис. 9.6) або незалежним збудженням від спеціального генератора постійного струму, що називається підзбудником (рис. 9.7).

Рис. 9.6 - Електромашинна система збудження: LG – обмотка збудження синхронного генератора; LE - обмотка збудження збудника GE; RШ 1 – регульований опір	Рис. 9.7 - Електромашинна система збудження з підзбудником: LG- обмотка збудження синхронного генератора; LE – обмотка збудження збудника GE; LA – обмотка збудження підзбудника GEA

Підзбудник працює з самозбудженням, і опір резистора R_Ш2 у процесі роботи генератора не змінюється.

Для гашення магнітного поля використовують автомат гашення поля (АГП), який складається із контакторів К₁ і К₂ та резистора R_P. Гашення поля проводять в такій послідовності. При ввімкненому контакторі К₁ вмикають контактор К₂, що замикає обмотку збудження на резистор ≈ , де – опір обмотки збудження. Потім відбувається розмикання контакту К₁ і струм збудження генератора затухає зі сталою часу , де - індуктивність обмотки збудження.

Струм збудження можна було б понизити до нуля вмиканням тільки одного контакту К₂ без резистора . Але практично миттєвий розрив кола збудження недопустимий, оскільки через велику індуктивність обмотки збудження в ній індукувалася б велика ЕРС самоіндукції, яка перевищувала б у декілька разів номінальну напругу. При цьому можливе пошкодження ізоляції обмотки збудження та руйнування контактів внаслідок електричної дуги.

У потужних синхронних машинах відбувається затухання струму збудження при наявності резистора зі сталою часу ≈1с.

Форсоване збудження у схемах, наведених на рис. 9.6 і рис. 9.7 відбувається шунтуванням резисторів R_Ш1 та R_Ш2, що ввімкнені у коло збудження збудника.

Вентильні системи збудження виготовляють на великі потужності. Вони є більш надійними, ніж електромашинні. Розрізняють три різновиди вентильних систем збудження: з самозбудженням, незалежним і безщітковим.

У системі з самозбудженням (рис. 9.8) енергія для збудження синхронної машини надходить від обмотки якоря основного генератора, а потім перетворюється статичним перетворювачем ПП в енергію постійного струму, яка подається в обмотку збудження.

Початкове збудження генератора відбувається за рахунок залишкового намагнічування його полюсів.

У вентильній незалежній системі збудження (рис. 9.9) енергію для збудження створюють спеціальним збудником GN, виготовленим у вигляді трифазного синхронного генератора. Ротор його розміщений на валу головного генератора. Змінна напруга збудника випрямляється і подається в обмотку збудження.

ПП	ПП
Рис. 9.8 - Вентильна система збудження синхронного генератора з самозбудженням: LG - обмотка збудження генератора; ПП – перетворюючий пристрій з регулятором напруги; TV – трансформатор напруги; ТА – трансформатор струму.	Рис. 9.9 - Вентильна незалежна система збудження: GN - збудник змінного струму; LN – обмотка збудження збудника; GEA – підзбудник ; LA – обмотка збудження підзбудника ; ПП – перетворювач з регулятором напруги

Одним із різновидів незалежної системи вентильного збудження є безщіткова система збудження. У цьому випадку на валу основного генератора розміщений якір збудника змінного струму з трифазною обмоткою. Змінна напруга цієї обмотки через випрямляч, що закріплений на валу основного генератора, перетворюється в постійну напругу і безпосередньо (без кілець і щіток) подається на обмотку збудження основного генератора. Обмотка збудження збудника розміщена на статорі і живиться від підзбудника або регулятора напруги.