Компаундирование электрических машин, автоматическое регулирование возбуждения

Компаундирование электрических машин — система возбуждения электрических машин, при которой поток возбуждения автоматически изменяется при изменении нагрузки машин (или, в общем случае, нагрузки электрической цепи, связанной с электрической машиной).

Компаундирование машин постоянного тока осуществляется наложением на их полюса, наряду с параллельной обмоткой, включенной параллельно цепи якоря, последовательной обмотки. Такая машина называется компаундной или машиной смешанного возбуждения.

Компаундирование машин переменного тока применяется для синхронных машин — генераторов, компенсаторов, двигателей — и рассматривается обычно как система (или часть комплексной системы) автоматического регулирования возбуждения синхронной машины.

Система возбуждения — совокупность агрегатов и аппаратов, предназначенных для получения и регулирования тока возбуждения синхронных машин. Постоянный ток, протекая по обмотке возбуждения машины, образует вращающееся электромагнитное поле, создающее ЭДС на выводах статорной обмотки.

Система возбуждения являясь одним из наиболее ответственных элементов синхронной машины, оказывает существенное влияние на надежность работы электрических станций и потребителей, на устойчивость параллельной работы синхронных машин в электрической системе.

Система возбуждения синхронных машин включает:

• обмотку возбуждения, располагающуюся либо в пазах ротора, либо на его полюсах в виде катушек. Концы ее выводятся контактным кольцам, к которым от возбудителя подается постоянное напряжение;
• возбудитель — источник питания постоянного тока и вспомогательное оборудование к нему;
• автоматический регулятор возбуждения, изменяющий ток возбуждения синхронной машины в соответствии с выбранным законом регулирования возбуждения.

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) выполняется более эффективно и с помощью более простой и надежной аппаратуры, если в системе АРВ используется компаундирование, т. к. оно значительно уменьшает отклонения напряжения при изменении нагрузки, повышает устойчивость работы синхронной машины (а следовательно, и энергосистем в целом), облегчает пуск двигателей, соизмеримых по мощности с генераторами. Последнее весьма важно для автономно работающих электростанций малой и средней мощности.

Предельно передаваемая мощность по линии электропередачи по условию статической и динамической устойчивости в значительной мере определяется параметрами системы возбуждения. Статическая устойчивость зависит от чувствительности системы возбуждения к изменению режима, что связано с типом и настройкой АРВ и постоянными времени элементов системы возбуждения (АРВ, возбудителя и обмотки возбуждения).

Электронные регуляторы напряжения с гибкой обратной связью и устройства компаундирования с коррекцией напряжения регулируют возбуждение пропорционально отклонению режимного параметра — напряжения или тока.

Эти АРВ наиболее широко применяются на синхронных машинах. Регуляторы сильного действия регулируют не только по отклонению, но и по скорости и ускорению изменения одного или двух режимных параметров (ток, напряжение, частота, угол сдвига между напряжением в некоторой точке системы и ЭДС синхронной машины).

Многочисленные варианты схем компаундирования синхронных машин подразделяются на:

Компаундирование прямое или косвенное — в зависимости от того, включен ли выход схемы системы возбуждения непосредственно в цепь возбуждения синхронной машины или через усилитель (при включении этой схемы в цепь возбуждения возбудителя или подвозбудителя). Они рассматриваются как электромашинные усилители;

Компаундирование по току, напряжению или углу синхронной машины и т. п.— в зависимости от того, какие режимные параметры, связанные с изменением нагрузки, действуют на входе схемы (в частности, имеются схемы системы возбуждения по среднему току группы синхронной машины, по току линии);

одно-, двух- или трехфазное — в зависимости от того, реагирует ли система возбуждения на изменение режимных параметров в одной или нескольких фазах цепи переменного тока;

фазовое или нефазовое — в зависимости от того, является ли система возбуждения фазочувствительной, т. е. реагирующей на изменение фазного угла между векторами тока и напряжения цепи переменного тока;

линейное или нелинейное — в зависимости от того, будет ли коэффициент пропорциональности между отклонением выпрямленного тока на выходе схемы и вызывающим его отклонением режимного параметра на входе схемы постоянным в заданных пределах изменения режима;

управляемое или неуправляемое — в зависимости от того, осуществляется ли автоматическое изменение указанного выше коэффициента посредством специального управляющего (корректирующего) воздействия.

Компаундирование синхронных машин получило широкое применение благодаря большому значению автоматического регулирования возбуждения, являющемуся одним из основных средств повышения устойчивости параллельной работы синхронных машин.

Для синхронных машин небольшой мощности (до 1—2 MВт) широко применяется прямое фазовое компаундирование (как управляемое, так и неуправляемое) с полной заменой машинного возбудителя выпрямителями — т. н. самовозбуждение синхронной машины.

Управляемое компаундирование осуществляется для установок, где требуется поддерживать постоянство напряжения машины с точностью, превышающей ±3-5%. Управление ведется т. н. корректором напряжения.

Для синхронных машин небольшой мощности с машинными возбудителями выпускаются автоматические регуляторы возбуждения по схеме фазового компаундирования, управляемого корректором напряжения.

В общей теории автоматического регулирования компаундирование электрических машин относится к системам регулирования по возмущающему действию нагрузки, которые могут сочетаться с регулированием по отклонению стабилизируемого параметра (комбинированные системы).

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое трансформатор фазового компаундирования

Последние новости

Самое популярное

Компаундирование возбуждения синхронных генераторов

Компаундирование возбуждения синхронного генератора — это автоматическое регулирование его напряжения, основанное на изменении тока возбуждения в зависимости от тока в статоре.

Принципиальная схема компаундирования приведена на рисунке 10.11. В силовой цепи генератора Г установлены трансформаторы тока 1. Их вторичные обмотки нагружены реостатами 3 и первичной обмоткой трансформатора 2, вторичная обмотка которого питает выпрямитель 4. Подводимое к выпрямителю напряжение можно регулировать реостатами 3. Выпрямленный ток поступает в обмотку ОВВ возбуждения возбудителя и является тем добавочным током, который приводит к увеличению напряжения на зажимах генератора. Чем больше ток нагрузки генератора, протекающий в его силовой цепи, тем больше выпрямленный ток, дополняющий ток возбуждения возбудителя, и тем полнее восстанавливается напряжение на зажимах генератора.

Компаундирующие устройства просты, легко настраиваются, в них отсутствуют подвижные части, контакты, нет зоны нечувствительности. Такое устройство не только улучшает внешнюю характеристику синхронного генератора благодаря увеличению тока возбуждения при росте нагрузки, но и обеспечивает форсировку возбуждения при пуске короткозамкнутых асинхронных электродвигателей соизмеримой с генератором мощности: облегчается запуск двигателя и одновременно улучшается режим напряжения для работавших ранее электродвигателей.

Компаундирующее устройство типа УКУ-ЗМ, схема которого дана на рисунке 10.11, устанавливают на генераторах серий С и СГ мощностью до 60 кВ • А при условии, что напряжение возбудителя не более 45 В, а ток возбуждения возбудителя не превышает 4,5 А. Вторичный ток трансформатора выпрямителя регулируется в нем, однако не при помощи реостатов 3, а путем изменения сечения магнитопровода трансформатора. Для этой цели устройство имеет рукоятку настройки, вращая которую, изменяют вторичный ток трансформатора, а следовательно, добиваются необходимой характеристики работы.

Схеме, приведенной на рисунке 10.11, присущ ряд недостатков. Наиболее существенный заключается в том, что дополнительный ток в обмотке возбуждения возбудителя пропорционален общему току в силовой цепи генератора, а не его реактивной составляющей. Поэтому схема не может обеспечить надлежащего поддержания напряжения при всех изменениях нагрузки независимо от ее характера, то есть при малых cos φ, но при тех же токах в статоре (по абсолютному значению) напряжение на зажимах генератора ниже, чем при больших cos φ С целью устранения недостатков компаундирующего устройства его дополняют специальным аппаратом, получившим название корректора напряжения.

Источник

Фазосдвигающие трансформаторы

Фазовый сдвиг возникает в сетях переменного тока и представляет собой модуль разности начальных фаз. Являясь величиной постоянной, он не зависит от того, в какой момент начался отсчет. В электрических коммуникациях поток мощности пропорционален синусу угла этого модуля. Фазовый сдвиг возникает между направлением потока источника электричества в начале сети и приемником в ее конце.

Если линии электропередачи отличаются передаваемой мощностью, их потоки можно перераспределить. Для этого меняется фазовый сдвиг (его угол) между направлениями источника и приемника в трехфазной сети. В этом случае удается загрузить линии максимально корректно. При естественном распределении маломощные линии слишком нагружаются. Возрастают потери энергии. Мощные же линии ограничиваются в своей пропускной способности.

Менять фазовый сдвиг можно при помощи специального оборудования. Им является фазосдвигающий трансформатор (ФСТ).

Принцип работы

Фазовый сдвиг лежит в основе работы представленного оборудования. Он появляется в момент прохождения и задержания в системе электрического сигнала. Специальные четырехполюсные приборы вносят сдвиг на пути между поступающим и исходящим напряжением.

Измеритель фазового сдвига может быть разным. Для этого применяются разные методы. Например, измерение фазового сдвига может выполняться при помощи компенсационного, осциллографического, преобразовательного подхода, а также метода дискретного подсчета.

В электрическую цепь сдвиг вводится при помощи фазовращателей. Это позволяет контролировать и регулировать весь процесс. При использовании мостовой схемы с фазовым сдвигом применяется, например, RC-фазовращатель. На плечи с равным сопротивлением подается напряжение. Между источником и приемником образуется сдвиг. Их напряжения сдвигаются относительно друг друга на 90º. Но сумма показателей всегда равна входному значению. Могут использоваться и другие схемы.

При осуществлении внесения сдвига в систему могут применяться также индуктивные, емкостные, диэлектрические, поляризационные или ступенчатые фазовращатели. Выбор методики зависит от частот, которые присутствуют в цепи.

Для уменьшения величины погрешности при замерах малых сдвига используют подход умножения частоты. Для высоких и сверхвысоких частот применяют понижение при помощи гетеродинного преобразования.

Широкие возможности при измерении фазового сдвига открываются при использовании для их построения микропроцессора. Он работает совместно с измерителями. Наблюдения проводятся в установленном периоде. При этом удается вести их статистику (дисперсию, математическое ожидание, отклонения и т. д.).

Общая характеристика

Применение фазоповоротных трансформаторов началось еще с 1969 года в Великобритании. В Европе подобные агрегаты устанавливают с конца прошлого столетия. Их еще называют кросс-трансформаторами. Такие устройства обладают сложным устройством. Встречаются приборы двухтрансформаторной мостовой схемы с фазовым сдвигом или иные разновидности. Они предназначены для управления активной и реактивной мощностью для трехфазных сетей.

Применение представленных агрегатов позволяет в режиме максимальной загруженности снять напряжение и перераспределить его оптимальным образом. Установка такого сооружения обходится дорого. Однако оно окупается быстро. Условия работы коммуникаций энергоснабжения оптимизируется. Это особенно важно для мощных линий электропередач.

Конструкция оборудования сложна. Она включает в себя множество обмоток, регуляторов напряжения и соединений между тремя фазами. Одним из таких регуляторов может быть трансформатор фазового компаундирования.

Конструкция

Фазосдвигающие трансформаторы состоят из двух отдельных установок. Это последовательный и параллельный трансформаторы. Второй агрегат имеет первичную обмотку в виде треугольника. Она отвечает за организацию трехфазной системы со смещением на 90º. Вторичная обмотка может представлять собой изолированные фазы с отпаечным блоком и заземленным центром.

Вторичная обмотка параллельного трансформатора подключается к первичной обмотке последовательного аппарата при помощи выхода переключателя блока. Этот процесс осуществляется по схеме звезда.

Вторичные катушки последовательного агрегата имеют вид трех изолированных фаз. Они последовательно включаются в рассечку проводов. Они соотносятся по фазе. Их подводят к вектору источника напряжения с добавлением элемента, сдвинутого по фазе на 90º.

На выходе определяется нагрузка, равная сумме направлений напряжений генератора и элемента влияния фазоповоротного трансформатора. Основные характеристики воздействия прибора можно регулировать при помощи устройства отпаек. Настройку можно производить для каждой линии.

Компаундирование

Стоимость фазоповоротных трансформаторов достаточно велика. В России пока не применяется ни одной подобной установки. Однако разрабатывается множество проектов по внедрению в энергетические коммуникации подобного оборудования. Это финансово оправдано особенно в масштабных, высоковольтных коммуникациях. Их эффективность работы значительно увеличивается. Оборудование не подвергается нагрузкам, меньше изнашивается. Оптимальное распределение электричества выгодно во всех отношениях. Поэтому представленное направление сегодня развивается и в нашей стране.

Возможно регулировать электричество в сети посредством управления напряжением генератора. Устройство, которое стабилизирует напряжение по току, называется компаундирующим. Если же прибор управляет величиной фазы нагрузки, его называют фазовым компаундированием. В этом случае геометрически складываются два сигнала. Первый из них пропорционален току, а второй – напряжению генератора.

Компаундирующие трансформаторы работают с однофазной сетью. Их вторичные обмотки соединяются в треугольник. Такие приборы при включении их в схему генератора компенсируют падение напряжения на источнике тока. На зажимах этот показатель изменится значительно меньше, чем без применения компаундирующего трансформатора.

Развитие системы распределения напряжения в энергетических сетях актуально для нашей страны. Представленное оборудование позволяет повысить качество электроснабжения, снизить затраты на осуществление этого процесса.

Источник