Бесщеточное возбуждение

Переход на тиристорное возбуждение при возрастании единичной мощности генераторов позволил избавиться от электромашинного возбуждения, использующего машины постоянного тока с их системой выпрямления в виде коллектора с громоздким щеточным аппаратом. С вводом ТВ удалось расширить используемые режимы работы генератора, улучшить характеристики регуляторов возбуждения, а с вводом сильного регулирования повысить статическую и динамическую устойчивость энергосистем.

Однако с дальнейшим ростом единичной мощности генераторов и увеличением их тока возбуждения потребовалось увеличить размеры щеточного аппарата на кольцах ротора, что вызвало увеличение биений вала генератора и ухудшение температурного режима щеточного аппарата генератора.

Решением этих вопросов мог стать переход на бесщеточное возбуждение, в котором нет коллектора машин постоянного тока и токосъемных колец на валу главного генератора.

Системы бесщеточного возбуждения сейчас разрабатываются и реально используются,

однако при существующем уровне их разработки они не отвечают всем требованиям к возбуждению мощных генераторов, поэтому пока используются на генераторах малой и средней мощности.

Силовая схема БЩВ

(Рис. 3.5.1. приложения)

Условные обозначения в схеме бесщеточного возбуждения.

БДВ – возбудитель генератора,

ПВ – подвозбудитель, возбудитель возбудителя,

СВВ – силовые вращающиеся выпрямители,

СМ – муфта сочленения,

В1 - выпрямитель (тиристорный преобразователь) подвозбудителя,

В2 - выпрямитель схемы регулирования тока ротора,

В3 - выпрямитель (тиристорный преобразователь) возбуждения подвозбудителя,

ОВВ – основная обмотка возбуждения возбудителя,

ОВВд – дополнительная обмотка возбуждения возбудителя,

АРВ-ВГ – регулятор напряжения возбудителя,

АРВ-ПВ - регулятор напряжения подвозбудителя.

Источником мощности в БЩВ является обращенный синхронный генератор переменного тока, трехфазный, повышенной частоты. Генератор возбуждения БДВ размещен на общем валу с главным генератором. У обращенного генератора обмотки возбуждения расположены на статоре, неподвижны, а силовые обмотки переменного тока (якоря) – на роторе, т.е. вращаются. Выходы якоря обращенного генератора подключены к ротору главного генератора через СВВ, - силовые вращающиеся выпрямители, собранные на неуправляемых диодах и укрепленные внутри полого вала генератора возбуждения. Между возбудителем БДВ и ротором генератора имеется СМ – муфта сочленения, которая служит для механического сочленения вала возбудителя с укрепленными на нем вращающимися выпрямителями с валом главного генератора.

Независимое возбуждение возбудителя БДВ обеспечивается подвозбудителем ПВ, - генератором переменного тока повышенной частоты. Через преобразователи В1 его выпрямленный ток подается в основную обмотку возбуждения возбудителя ОВВ. Подвозбудитель сочленятся с валом возбудителя торсионной связью, допускающей некоторое аксиальное смещение. Возбуждение подвозбудителя ПВ выполнено по типу параллельного самовозбуждения и имеет свой регулятор напряжения АРВ-ПВ.

Возможен вариант использования в качестве источника мощности возбуждения возбудителя ВБД тока трансформатора возбуждения ТВ, включенного на выводы главного генератора.

Изменение тока ротора главного генератора Iрот. производится, как и в электромашинном возбуждении, изменением возбуждения возбудителя ВБД.

Регулирование напряжения генератора выполняет регулятор возбудителя АРВ-ВГ, включенный на дополнительную обмотку возбуждения ОВВд. Регулятор подвозбудителя АРВ-ПВ поддерживает напряжение основной обмотки возбуждения возбудителя.

Изменение Iрот. главного генератора производится изменением возбуждения возбудителя БДВ, поэтому бесщеточное возбуждение, как и электромашинное возбуждение, является медленнодействующей системой возбуждения и использоваться для мощных генераторов не может.

Обеспечить быстродействие возможно, если для выпрямления тока ротора вместо диодов применить тиристоры, и для передачи управляющих сигналов на вращающиеся преобразователи использовать легкие кольца. Однако, пока еще не разработан удобный и надежный аппарат передачи большого количества сигналов на вращающиеся элементы электрических схем.

Кроме того, в БЩВ имеется еще ряд нерешенных вопросов:

- не обеспечена достаточная надежность крепления элементов схемы выпрямления внутри вала, - диодов, резисторов и др.,

- требуется специальное шумопоглощающее устройство против шума, создаваемого системой охлаждения преобразователей СВВ тока ротора,

- все еще нет надежной конструкции муфты сочленения для турбогенераторов большой мощности.

Сейчас для генераторов малой и средней мощности выпускаются системы БЩВ, в которых управление, регулирование и защиты возбуждения выполнены на базе устройств МП-техники. Такие системы возбуждения имеют весь свои необходимый для эксплуатации набор функций возбуждения, обеспечивают достаточную надежность устройств и при этом могут собираться в очень компактные конструкции. Так, для генераторов малой мощности вся аппаратура управления, включая тиристорные преобразователи возбуждения возбудителя, размещается в одном шкафу управления возбуждением.