Системы возбуждения синхронных генераторов

Обмотки роторов синхронных генераторов получают питание от спе­циальных источников постоянного тока, называемых возбудителями.

Совокупность возбудите­ля, вспомогательных и регулирующих устройств называют систе­мой возбуждения.

Системы возбуждения генераторов можно разделить на две группы: независимое возбуждение (электромашинные возбудители постоян­ного и переменного тока, сопряженные с валом генератора) и самовозбуждение (системы возбуждения, получающие питание непосредственно от выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы.).

Независимое возбуждение генераторов состоит в том, что возбуждение синхронного генератора не зависит от режима электрической сети и поэтому является наиболее надежным.

На генераторах мощностью до 100 МВт включительно применяют в качестве возбудителя генератор постоянного тока, соединенный с валом синхронного генератора

Возбуждение самого возбудителя выполнено по схеме самовозбужде­ния (обмотка возбуждения возбудителя LGE питается от якоря самого воз­будителя). Регулирование возбуждения возбудителя осуществляется вруч­ную шунтовым реостатом RR, установленным в цепи LGE, или автомати­чески регулятором возбуждения АРВ.

Недостатки системы возбуждения:

сравнительно невысокая скорость нарастания возбуж­дения,

снижением надежности работы генератора постоянного тока из-за вибрации и тяжелых условий работы щеток и коллектора (условий коммутации).

В системе возбуждения с использованием полупроводниковых выпря­мителей с валом турбогенератора сочленен вспомогательный генератор, напряжение которого выпрямляется и подводится к обмотке ротора тур­богенератора.

В качестве вспомогательного генератора применяется высокочастотный генератор индукторного типа. Такой генератор не имеет обмотки на вращающемся роторе, что повышает его надежность в эксплуатации.

Индукторный высокочастотный генератор-возбудитель ВГТ имеет три обмотки возбуждения, расположенные вместе с трехфазной обмоткой переменного тока на неподвижном статоре. Первая из них LGE1 включает­ся последовательно с обмоткой ротора основного генератора LG и обеспе­чивает основное возбуждение ВГТ. Благодаря включению LGE1 последова­тельно с обмоткой ротора основного генератора обеспечивается резкое увеличение возбуждения ВГТ при коротких замыканиях в энергосистеме вследствие броска тока в роторе. Обмотки LGE2 и IGE3 получают питание от высокочастотного подвозбудителя GEA через выпрямители. Подвозбудитель соединен с валом турбогенератора.

Принципиальная схема системы независимого тиристорного возбужде­ния (ТН) на (рис). На одном валу с генератором G распо­лагается синхронный вспомогательный генератор GE, который имеет на статоре трехфазную обмотку с отпайками.' В схеме, имеются две группы тиристоров: рабочая VS1 и форсировочная VS2. На стороне переменного тока они включены на разное напряжение, на стороне постоянного тока — параллельно. Возбуждение генератора в нормальном режиме обеспечивает рабочая группа тиристоров VS1, ко­торые открываются подачей на управляющий электрод соответствующего потенциала.

Форсировочная группа при этом почти закрыта. В режиме форсировки возбуждения тиристоры VS2, питающиеся от полного напряжения вспомо­гательного генератора, открываются полностью и дают весь ток форси­ровки. Рабочая группа при этом запирается более высоким напряжением форсировочной группы.

Система бесщеточного возбуждения не имеет подвижных контактных соединений.

Источником энергии для питания обмотки ротора LG является вспомо­гательный синхронный генератор GE. Этот генератор выполнен по типу обратимых машин, т. е. обмотка переменного тока расположена на вра­щающейся части, а обмотка возбуждения неподвижна. Возбуждение гене­ратора GE осуществляется от возбудителя GEA.

Ток от вращающейся обмотки переменного тока вспомогательного генератора подводится через проводники, закрепленные на валу, к вра­щающемуся полупроводниковому (обычно кремниевому) выпрямителю. Выпрямленный ток подводится непосредственно к обмотке возбуждения основного генератора.

Регулирование тока возбуждения в обмотке ротора LG производится изменением тока в обмотке возбуждения вспомогательного генератора LGE.

Системы самовозбуждения: менее надежны, т.к. в них работа возбудителя зависит от режима сети переменного тока.

Принципиальная схема возбуждения синхронного генератора с электро­машинным возбудительным агрегатом показана на рис. Возбуди­тельный агрегат состоит из асинхронного двигателя М, питающегося от шин собственных нужд электростанции и генератора постоянного тока GE. Для повышения надежности работы возбудительного агрегата при форсировке возбуждения асинхронный двигатель, вращающий возбудитель GE, выбирается с необходимой перегрузочной способностью.

Такие возбудительные агрегаты получили широкое распространение на электростанциях в качестве резервных источников возбуждения.

Схема самовозбуждения с полупроводни­ковыми преобразователями представлен на рис..

Основными элементами схемы являются: две группы полупроводни­ковых преобразователей — неуправляемые вентили VD и управляемые VS, трансформатор силового компаундирования ТА и выпрямительный транс­форматор ТЕ.

Неуправляемые вентили VD получают питание от трансформаторов ТА, вторичный ток которых пропорционален току статора генератора, управляемые вентили VS получают питание от трансформатора ТЕ, вто­ричное напряжение которого пропорционально напряжению генератора.

Вентили VD, ток которых пропорционален току статора генератора, обеспечивают возбуждение машины при нагрузке и форсировку возбужде­ния при коротких замыканиях. Мощность вентилей VS рассчитывают та­ким образом, чтобы она была достаточна для возбуждения генераторов на холостом ходу и для регулирования возбуждения в нормальном режиме.