Причины отклонения напряжения генераторов и требования к его стабилизации

Совершенно очевидно, что для нормальной работы судовых потребителей электроэнергии необходимо обеспечить неизменность напряжения работающих генераторов СЭС, т. е. обеспечить стабильность его на шинах ГРЩ. Но в силу ряда причин напряжение генератора имеет тенденцию к изменению.

Рассмотрим более подробно причины, влияющие на изменение напряжения синхронного генератора переменного тока. Источником э. д. с. синхронного генератора является его трехфазная обмотка, неподвижно лежащая на статоре. Во время работы она через шины ГРЩ соединена с потребителями электроэнергии, причем это соединение параллельное. Для упрощенной схемы СЭС, представленной на рис. 1, величину тока одной фазы генератора можно выразить суммой токов одноименных фаз всех включенных на шины потребителей:

Чем больше потребителей включено на шины ГРЩ, тем больше ток статорной обмотки генератора:

Ток I_г статорной обмотки создает магнитный поток статора (реакция статора), который уменьшает магнитный поток вращающегося ротора.

1. Колебание тока статора

Напряжение генератора с ростом числа потребителей и увеличением тока статора уменьшается. Можно сказать, что основной причиной изменения напряжения синхронного генератора является колебание тока статора под действием изменения величины нагрузки.

Рис. 1. Упрощенная схема СЭС

2. Изменение характера нагрузки

Ток статора генератора может быть разным по характеру, точнее, полный ток I_г содержит определенную долю активного и индуктивного токов. Чем больше в полном токе доля индуктивного тока (ниже cos ɸ), тем в большей степени магнитный поток реакции статора размагничивает основной поток ротора, и генератор снижает напряжение.

Следовательно, второй причиной колебаний напряжения генератора является изменение характера нагрузки, определяемого коэффициентом мощности.

3. Непостоянство частоты вращения приводного двигателя

Третьей причиной изменения напряжения генератора является непостоянство частоты вращения приводного двигателя: чем больше частота вращения ротора, тем интенсивнее его магнитный поток пересекает неподвижные обмотки статора и тем больше напряжение генератора.

4. Температура обмоток

Существенное влияние на величину напряжения на шинах оказывает также температура его обмоток. Например, при прогреве обмоток проходящим по ним током или просто при увеличении температуры окружающей среды их омическое сопротивление растет, падение напряжения внутри генератора будет больше, а во внешней цепи (на шинах) напряжение снизится. Это можно рассмотреть на уравнении э. д. с. генератора:

Если E_г=const, а величина I_гr_вн увеличена, то U_ш уменьшится.

На основании вышеизложенного можно сделать заключение о том, что, если не осуществлять дополнительного регулирования, напряжение генератора будет колебаться в широких пределах. В режимах включения и отключения крупных потребителей будут возникать так называемые провалы и пики напряжения. Все это создало необходимость установки автоматических регуляторов напряжения генераторов и регуляторов частоты вращения приводных двигателей. Регуляторы напряжения генераторов, согласно Правилам Регистра, должны обеспечивать следующую стабилизацию напряжения:

1. точность поддержания напряжения при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной при cos ф = 0,4 — 1 (±2,5%);
2. отклонение напряжения при включении 100%-ной нагрузки или отключении 50%-ной нагрузки — до 20%, причем восстановление напряжения должно быть с точностью ±2,5% за время не более 1,5 с;
3. точность распределения реактивной нагрузки при параллельной работе генераторов — 10%.