Одним из основных требовании потребителей к качеству электроэнергии является стабильность напряжения на шинах ДЭС в условиях изменения значения и характера (cos φ) нагрузки станции. При переходе от одного режима нагрузки ДЭС к другому напряжение на шинах ДЭС будет оставаться неизменным, если ток возбуждения генератора будет изменяться в соответствии с изменением нагрузки.
Поддержание стабильного напряжения генераторов ДЭС осуществляется устройствами (блоками) регулирования напряжения. Автоматические регуляторы напряжения по конструкции регулирующего органа подразделяются на два типа: электромеханические и электромагнитные.
Электромеханические регуляторы состоят из подвижных частей (электромагнитов с подвижными якорями, пружин и др.) и воздействуют на ток возбуждения с помощью изменения активного сопротивления цепи обмотки возбуждения. К этому виду относятся угольные регуляторы, которые совместно с другой аппаратурой (трансформаторами, выпрямителями и другими деталями) входят в блок регулирования напряжения (БРН). На генераторах с машинным возбуждением серий ДГС и ПС-93-4 устанавливаются блоки БРН с угольными регуляторами возбуждения.
Электромагнитные регуляторы состоят из статических (неподвижных) частей (трансформаторов, магнитных усилителей, конденсаторов, реакторов и др.) и изменяют ток возбуждения генератора с помощью дополнительного тока от регулятора обмотки возбуждения. К этому виду регуляторов относятся компаундирующие устройства с электромагнитной коррекцией, с магнитными усилителями и др.
На генераторах серии ЕСС устанавливают БРН, выполненные на принципе компаундирования, а для увеличения точности регулирования используется электромагнитный корректор напряжения.
На генераторах серий ДГФ и ГСФ БРН выполнен на принципе фазового компаундирования с полупроводниковым корректором напряжения.
На генераторах серии СГД устанавливают регуляторы напряжения типа РНА-60, работающие на принципе фазового компаундирования с управлением от электромагнитного корректора напряжения.
Блок БРН с угольным регулятором имеет четыре исполнения: 412, 421, 422, 423. Устройство и принцип работы всех блоков БРН одинаков.
Блок БРН состоит из угольного регулятора УРН, трансформатора регулятора напряжения Тр2, стабилизирующего трансформатора Tpl, селеновых выпрямителей ВС1 и ВС2, конденсаторов CI, С2 и резисторов R3, R4, R5. Все элементы БРН укреплены на каркасе и закрыты съемным кожухом.
Угольный регулятор напряжения типа УРН представляет собой прямоходовой электромеханический регулятор реостатного типа.
Рис. 1. Угольный регулятор напряжения типа УРН-423. я — общий вид; б — продольный разрез; 1 — слюдяные прокладки: 2 — фарфоровая втулка; 3, 12, 22. 29 — винты: 4 — скоба; 5 — нажимный винт; 6 — стопорные винт; 7 — неподвижный угольный контакт: 8 — корпус регулятора; 9 — керамическая (фарфоровая) трубка; 10 — угольный столб; 11 — подвижный угольный контакт; 13 — колпак; 14 — контактная пластина; 15 — пластина для крепления пружин; 16 — каркас катушки: 17 — прессшпановый поясок; 18 — магнитопровод; 19 — стопорный винт сердечника; 20 — сердечник; 21 — основание магнитопровода; 23 — обмотка электромагнита: 24 — диамагнитная шайба- 25 — опорное коническое кольцо: 26 — пакеты пружин; 27 — якорь; 28 — пластина для крепления пружин; 30 — плунжер; 31 — амортизатор.
Регулятор типа УРН (рис. 1) состоит из электромагнита с сердечником, якоря подвижной системы регулятора, над которым расположены пакеты пружин, угольных столбов, помещенных в фарфоровую трубку, расположенную на корпусе регулятора, неподвижного и подвижного угольных контактов, к которым подключены проводники.
Угольный столб 10, набранный из шероховатых отдельных шайб, включен с помощью контактов 7 к 11 в цепь обмотки возбуждения возбудителя. На угольный столб действует пружина 26, сжимающая угольные шайбы столба, и якорь 27, противодействующий сжатию пружины. Общая площадь соприкосновения угольных шайб столба, а следовательно, и его сопротивление зависят от давления, поэтому разность этих двух сил определяет сопротивление цепи обмотки возбуждения возбудителя. При номинальном напряжении генератора подвижная система угольного регулятора находится в равновесии (усилия якоря электромагнита и пружины, сжимающей шайбы угольного столба УРН, равны). При увеличении нагрузки генератора напряжение на его выводах уменьшится, в связи с этим уменьшится ток в обмотке электромагнита УРН. Под действием пружины 26 подвижная система УРН сместится, что вызовет сжатие угольного столба и изменение (уменьшение) его сопротивления. Уменьшение сопротивления приведет к увеличению тока в обмотках возбуждения возбудителя и генератора, напряжение на выводах генератора увеличится. При повышении напряжения генератора, вызванном сбросом нагрузки, сопротивление угольного столба УРН увеличится, а напряжение на выводах генератора уменьшится.
Обмотка электромагнита УРН (рис. 2) включена на напряжение генератора через понижающий трансформатор Тр2 и выпрямитель ВС1. Конденсаторы С/ и С2 установлены для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выпрямителя ВС1.
Рис. 2. Принципиальная схема БРН генератора с угольным регулятором УРН.
Г — генератор; ОВГ — обмотка возбуждения генератора; ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя; В — побудитель.
Последовательно с первичной обмоткой Тр2 включен резистор R5, служащий для компенсации температурного изменения сопротивления обмотки Тр2.
Реостат установки РУ включен в цепь вторичной обмотки Тр2 для установки уровня автоматического регулирования напряжения. Угольный столб УРН и резистор R3 включены последовательно в цепь обмотки возбуждения возбудителя. Резистор R3 служит для уменьшения мощности рассеивания в угольном столбе УРН.
Стабилизирующий трансформатор Тр1 служит для устранения неустановившихся колебаний напряжения генератора, возникающих при работе УРН. Первичная обмотка трансформатора Тр1 включена через сопротивление R4 на напряжение якоря возбудителя, а вторичная — последовательно в цепь электромагнита УРН.
Параллельно обмотке возбуждения возбудителя подключен выпрямитель ВС2 для предохранения угольного столба УРН от подгара при перенапряжениях на зажимах обмотки возбуждения возбудителя.
Приуменьшении напряжения генератора напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора Тр2 понизится, что вызовет уменьшение тока в цепи электромагнита УРН и сопротивления угольного столба УРН. Дальнейшая работа блока БРН уже была описана при рассмотрении угольного регулятора УРН.
Использование схемы компаундирования обеспечивает точность поддержания напряжения ±5%, а применение электромагнитного корректора увеличивает точность поддержания напряжения до ±2%.
Блок регулирования напряжения с электромагнитным корректором состоит из блока компаундирования, установленного на генераторе, и блока электромагнитного корректора.
Рис. 3. Принципиальная схема дизель-генератора АД-20М.
На рис. 3 изображена принципиальная схема регулятора напряжения с электромагнитным корректором.
В регуляторе использован принцип фазового компаундирования и применены три однофазных четырехобмоточных трансформатора ТТП с подмагничиванием от корректора напряжения. Одна из первичных обмоток ТТП включена последовательно с нагрузкой генератора, а другая — через линейный реактор Р параллельно нагрузке. Вторичная обмотка ТТП через выпрямитель СВ1 соединена с обмоткой возбудителя генератора.
Корректор напряжения состоит из автотрансформатора АТН, магнитного усилителя МУ и измерительного органа, имеющего нелинейный реактор HP, линейный реактор ЛР и конденсатор С2.
Небольшое увеличение напряжения на выводах генератора приводит к резкому увеличению тока реактора HP, который увеличивает ток в обмотке управления
МУ. Возросший выходной ток МУ проходит через выпрямитель СВ2 и подается на обмотку подмагничивания трансформатора ТТП. Увеличение тока в обмотке подмагничивания вызовет уменьшение тока во вторичной обмотке ТТП и в обмотке возбуждения генератора, что приведет к уменьшению напряжения на выводах генератора.
При уменьшении напряжения на зажимах генератора наблюдается обратная картина. На дизель-генераторах кроме напряжения часто меняется и частота, поэтому в корректоре предусмотрена частотная компенсация.
В схеме корректора частотная компенсация осуществляется реактором ЛP и конденсатором С2, которые изменяют напряжение на реакторе HP пропорционально изменению частоты генератора и оставляют ток HP неизменным. Эта схема обеспечивает независимость тока HP от изменения частоты и позволяет при изменении частоты от 48 до 52 Гц обеспечить изменение напряжения генератора в пределах ±2%.
Блок регулирования напряжения с полупроводниковым корректором напряжения. Полупроводниковый корректор напряжения в БРН предназначен для поддержания стабильного напряжения на выводах генератора в пределах ±2%.
Рис. 4. Принципиальная схема полупроводникового корректора напряжения.
Корректор напряжения (рис. 4) собран на полупроводниковых элементах и работает в импульсном режиме. Он состоит из измерительного органа и усилителя.
Измерительный орган корректора измеряет напряжение на зажимах генератора и сравнивает его с заданным. Разность между действительным и заданным напряжениями служит сигналом, который управляет полупроводниковым усилителем, соединенным с обмоткой управления трансформатора компаундирования.
Измерительный орган состоит из трансформатора ТИ, первичная обмотка которого подключена на линейное напряжение генератора через резистор R15 и регулируемый резистор РУН, выпрямителя В1, кремниевого опорного диода В2, конденсаторов С1—С2, резисторов Rl, R2, R3, R5, R6, терморезисторов R7 — R9, транзистора 77.
Напряжение генератора после выпрямителя В2 и сглаживающего фильтра R8—С1 поступает на вход транзистора 77. Входной сигнал 77 будет тем больше, чем больше напряжение генератора превышает опорное напряжение диода В2, т. е. измерительный орган корректора преобразует превышение напряжения генератора над опорным напряжением В2 в выходной ток транзистора 77, поступающий на вход усилителя. Если Ur<UB2, то на вход транзистора 77 не поступит никакого сигнала и ток обмотки управления на выходе корректора будет равен нулю.
Резистор R2 смещает диапазон регулирования уставки напряжения. Цепочка С2—R5 служит для устранения автоколебаний при регулировании напряжения генератора, а регулирование чувствительности корректора производится резистором R*.
Схема усилителя состоит из транзисторов Т2, ТЗ, Т4, конденсатора С3, делителей напряжения Rll, R12 и резистора R10. Напряжение подается на зажимы усилителя « + » и «—» от обмотки wn через выпрямитель ВПУ.
Параметры элементов схемы выбраны так, что при отсутствии сигнала с измерительного органа транзисторы Т2 и ТЗ усилителя полностью открыты (режим насыщения), транзистор Т4 закрыт, т. е. обмотка управления, соединенная с коллектором транзистора Т4, отключена от выпрямителя питания корректора и в ней отсутствует подмагничивающий ток. При появлении импульса выходного тока измерительного органа конденсатор СЗ заряжается этим импульсом и разряжается на сопротивление резистора R10. Образующееся на резисторе R10 падение напряжения закрывает транзистор Т2, так как оно приложено своим минусом к базе транзистора, а плюсом — к эмиттеру. Исчезновение тока через транзистор Т2, являющегося одновременно током смещения транзистора ТЗ, приводит к закрытию транзистора ТЗ и открытию транзистора Т4, так как по его переходу база — эмиттер будет протекать ток, ранее протекавший через транзистор ТЗ. С открытием транзистора Т4 напряжение питания корректора целиком прикладывается к обмотке управления. С появлением нового импульса от измерительного органа процесс повторяется. Напряжение генератора на входе измерительного органа выпрямляется двухполупериодным выпрямителем и сглаживается фильтром CI—R8 только частично, поэтому выходной ток измерительного органа будет иметь вид узких импульсов, следующих с частотой 100 Гц. Частота импульса выходного напряжения транзистора Т4 будет также 100 Гц. Выходное напряжение будет иметь вид прямоугольников, ширина которых зависит от напряжения на входе корректора. При большем напряжении на входе корректора растут импульсы выходного тока измерительного органа, т. е. до большего напряжения будет заряжаться емкость СЗ. Соответственно увеличивается время, в течение которого конденсатор, разряжаясь на резистор R10, удерживает транзистор Т2 в закрытом состоянии, а транзистор Т4 — в открытом. Время воздействия напряжения питания корректора на обмотку управления увеличивается, среднее значение тока управления возрастает; напряжение генератора поддерживается на заданном уровне.
Для термокомпенсации режимов работы транзисторов Т2—Т4 в цепь усилителя включены резисторы R14, R13 и выпрямитель В4. а для предупреждения ложного срабатывания корректора от пульсаций выпрямленного напряжения в цепь СЗ — база Т2 — эмиттер Т2 включен диод ВЗ.
Все элементы, входящие в состав корректора напряжения, смонтированы в алюминиевом корпусе и закрыты крышкой. Корректор имеет доску с зажимами, к которой с внутренней стороны подключены соответствующие элементы корректора.
