Глава 14.СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕнИЯ И АРН ТИПА NISHISHIBA

Система возбуждения представляет собой амплитудно-фазовое компаундирование с автоматическим регулятором напряжения. Схема,представленная на рисунке 14.1,состоит из:

Рис. 14.1. Система возбуждения для генератора фирмы NISHISHIBA

§ бесщеточного синхронного генератора (AC Generator) с возбудителем (AC Exciter);

§ силового выпрямительного моста SIRF с разрядным резистором RS;

§ токового трансформатора СТ 1 с одной обмоткой (l-k) в фазе S;

§ токового трансформатора СТ 2 с двумя обмотками, включенными встречно;

§ реактора RSX;

§ кнопки PBS кратковременного возбуждения генератора при исчезновении его остаточного магнетизма;

§ автоматического регулятора напряжения AVR, который в свою очередь состоит из следующих цепей:

o выпрямления, определения ∆U и его усиление (PT2, D1, EVA, Z, D2, Q1);

o контроля фазы (D3, D4, R9, R10, RS, C2, UJT);

o формирование импульсов (Q2, PuT, C3, C4, D6, D7, R11÷R13);

o выходной (SCR, D8, D9, S4, R14);

o демпферной (R3, R4, DT, C5, R15, R16);

o распределения реактивной мощности при параллельной работе генераторов (CCR)

На рис.14.2 представлена блочная схема автоматического регулятора напряжения, состоящая из:

Рис. 14.2. Структурная схема АРН

§ цепи определения, выпрямления и усиления напряжения ∆U;

§ цепи контроля фазы;

§ цепи формирования импульсов;

§ силовой цепи;

§ выходной цепи;

§ демпфирующей

Принцип действия.

Пониженное, выпрямленное и сглаженное напряжение, пропорциональное напряжению генератора Uг и заданное Uзад (EVA) поступают на измерительный мост, состоящий из диодов Зенера Z, Z1 и резисторов R3, R5. Измеряемая величина разности напряжений

∆U = Uтек – Uзад

поступает на биполярный транзистор Q1 для усиления. Усиленный сигнал ∆U поступает в цепь контроля фазы, состоящую из однопереходного транзистора UJT (Unity Junction Transistor), конденсатора задержки С2 и резисторов R8, R10.

Конденсатор С2 обеспечивает кривую заряда, которая зависит от выходного напряжения на R7 первой цепи, емкости С2 и переменного резистора R8. Как показано на рис. 14.3 и 14.4, напряжение заряда С2 является управляющим для включения UJT-транзистора. Поэтому при достижении определенной величины «U» на обкладках конденсатора С2 транзистор UJT включается — подает одиночный импульс, который усиливается транзистором Q2 и обеспечивает формирование импульсов в импульсном трансформаторе PuT (Pulse Transformer), а затем поступает на выходную цепь для подачи импульса зажигания тиристора.

Обнуление напряжения в каждом цикле используется для синхронизации цепи фазового контроля. Поэтому нет необходимости в каких-то дополнительных сложных цепях.

Работу системы амплитудно-фазового компаундирования по выполнению задачи стабилизации напряжения удобно объяснить при помощи векторной диаграммы (рис. 14.5).

Рис. 14.3 Схема автоматического регулятора напряжения

Рис. 14.4. Цепь контроля фазы (а) и эпюры формирования импульсов (б)

За базисные вектора приняты вектор напряжения Uг и тока Іхх. Вектор тока холостого хода Іхх отстаёт от напряжения генератора Uг на угол, примерно равный 90^о из-за большой индуктивности дросселя. При подаче на генератор нагрузки появляется составляющая Ін — ток нагрузки, измеряемый трансформатором тока СТ. Геометрическая сумма Іхх и Ін даёт ток возбуждения Ів. При увеличении нагрузки увеличивается ток трансформатора тока СТ, и как следствие, увеличивается результирующий ток, который поступая через выпрямители на обмотку возбуждения, компенсирует падение напряжения на генераторе. При увеличении угла φ, т.е. при уменьшении cos φ, происходит то же самое. Так как ток возбуждения зависит как от тока нагрузки, так и угла φ, это означает, что система обеспечивает амплитудно-фазовое компаундирование.

Рис. 14.5. Векторная диаграмма системы амплитудно-фазового компаундирования генератора фирмы NISHISHIBA

Демпферный контур предназначен для предотвращения колебаний. В этом контуре напряжение с выхода АРН сглаживается RC фильтром и посредством обратной связи поступает в контур выпрямления через демпфирующий трансформатор, чтобы скомпенсировать действие чрезмерных реакций. Контур имеет резистор R15 для уставки величины демпфирования.

В данной схеме автоматический регулятор напряжения получает сигналы по току (т. С2 и С1), по напряжению (т. U1, V1, W1), а воздействует (т. U2, V2) на силовой выпрямитель и далее на обмотку возбуждения возбудителя Ех.

Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения типа NISHISHIBA ELECTRIC имеет достаточную точность регулирования (± 1%) и используется на современных судах под наблюдением Японского Веритас.

Ниже в таблице приведены данные электрогенераторов фирмы NISHISHIBA ELECTRIC.

Таблица 14.1. Электрогенераторы фирмы NISHISHIBA ELECTRIC

Заключение

Автор пытался в небольшом пособии отразить наиболее использованные на судах системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения бесщеточных синхронных генераторов.

Так как пособие в основном рассчитано на курсантов электромеханического факультета, необходимо было преподнести материал не только анализа, но и синтеза автоматических регуляторов напряжения.

В будущем материал книги будет исправляться и добавляться согласно появлению этой темы в новых источниках.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пипченко А.Н. и др. Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления. –Одесса: ТЭС, 2005. – 370 с.

2. Воскобович Ю.В. и др. Электроэнергетические установки и силовая электроника транспортных судов. – СПб.: Элмор, 2001.

3. Голубев В.К. и др. Справочник по информатике и эксплуатации судовой электроники. – Одесса: Маяк, 1990. Берков К.,

4. Котриков К., Васильев В. Справочник электромеханика по судовым электрическим машинам. – Одесса: Маяк, 1979. – 240 с

5. Баранов А.П. Автоматическое управление судовыми электроэнергетическими установками. – М.: Транспорт, 1988. - 320 с.

6. Константинов В.Н. Устройства и системы автоматизированных электроэнергетических установок. – Л.: Судостроение, 1988. - 310 с.

7. Лейкин В.С., Михайлов В.А. Автоматизированные электроэнергетические системы промысловых судов. – М.: Агропромиздат, 1987. – 326 с.

8. Максимов Ю.И., Павлюченков А.М. Эксплуатация судовых синхронных генераторов. – М.: Транспорт, 1969. – 264 с.

9. Мещанинов П.А. Автоматизация судовых электроэнергетических систем. – Л.: Судостроение, 1970. – 367 с.

10. Правила класифікації та побудови морських суден, т.т. III та IV. – К.: Регістр судноплавства України, офіційне видання, 2003. – 84 с. и 230 с.

11. Manuals automatic voltage regulator: Basler El., Mitsubishi El. Co. TR, Siemens-Thyripart Exc. Sys., Tayo El. MFG. Co. Ltd.

12 Инструкции по технической эксплуатации АРН типов: ТРН, ЦТРН, WGSY и др.

13 Яковлев Г. С.Судовые электроэнергетические системы. – Л.: Судостроение, 1987. – 270 с.

Учебное издание

Анатолий Аркадьевич Толстов

к.т.н., доцент кафедры ЭО и АС ОНМА

Устройство и эксплуатация
судовых синхронных генераторов:
учебное пособие для курсантов
и студентов морских вузов

[1] Глава подготовлена совместно со старшим преподавателем кафедры ЭО и АС Лещенко В. В.

[2] Глава подготовлена совместно со старшим преподавателем Тумольским А.П.