Автоматический бесконтактный регулятор напряжения УБК-М поддерживает постоянное напряжение синхронных генераторов в эксплуатационных режимах судовой электростанции.
Он предназначен для судовых синхронных генераторов с машинными возбудителями, работает по принципу быстродействующего управляемого фазового компаундирования с корректором напряжения.
Регулятор УБК-М (рис. 1) состоит из трансформатора фазового компаундирования Т1 и трансформатора тока Т2 с выпрямителем U2, предназначенных для подмагничивания усилителя А и корректора напряжения Т3, U3, U4. Трансформатор Т1 имеет две первичные токовые обмотки L1 и L2, включенные в две фазы генератора G2 (с соответствующей геометрической разностью токов в этих обмотках), и первичную обмотку напряжения L3, которая питается от линейного напряжения генератора через дроссель L4 с регулируемым воздушным зазором и резистор R3. Вторичная обмотка трансформатора L5 через выпрямитель U1 питает обмотку возбуждения возбудителя LG1.
Рис. 1. Принципиальная схема регулятора напряжения УБК-М
Корректор напряжения состоит из измерительного трансформатора Т3 с контуром частотной компенсации и магнитного усилителя А, воздействующих на обмотку подмагничивания L6 трансформатора Т1.
Током выхода трансформатора Т1 управляют, изменяя его подмагничивание, которое зависит от тока обмотки управления L6. Например, при увеличении подмагничивания уменьшается индуктивность обмотки трансформатора и увеличивается ток выхода. Таким образом, трансформатор Т1 обеспечивает управляемое фазовое компаундирование генератора, т. е. при возрастании тока нагрузки или уменьшении коэффициента мощности он увеличивает возбуждение генератора.
К преимуществам регуляторов УБК-М относится большая надежность благодаря отсутствию у них подвижных механических устройств и контактов. Регуляторы имеют высокую чувствительность и обеспечивают устойчивую параллельную работу генераторов, а также максимальное возбуждение при значительных провалах напряжения на шинах электростанции.
Главная особенность системы автоматических регуляторов напряжения УБК-М, РНА-65, а также РУН — возможность применения их лишь при наличии возбудителя, который существенно снижает надежность установки и быстродействие системы регулирования, значительно увеличивает массу и габаритные размеры.
Синхронные генераторы трехфазного тока типов МСС, МСК, и ГСС имеют статическую систему самовозбуждения автоматического регулирования напряжения. Она работает по принципу фазового компаундирования с применением трехобмоточного трехстержневого трансформатора, силовых полупроводниковых выпрямителей (рис. 2). Основные элементы системы: G — синхронный генератор, VI—V6 - выпрямители, С1— СЗ — конденсаторы, Т — трансформатор фазового компаундирования, имеющий три обмотки: L1, включенную последовательно в статорную обмотку генератора; L2, включенную последовательно с конденсаторами на напряжение генератора, и L3, обеспечивающую питанием обмотку возбуждения генератора.
Принцип самовозбуждения синхронных генераторов, так же как и генераторов постоянного тока, основан на использовании остаточного магнитного поля. Так как сопротивление выпрямителей при малых токах гораздо больше, чем при номинальном, то для начального возбуждения генератора необходимо, чтобы э. д. с., наводимая в обмотке, была достаточно большой. Это достигается включением последовательно с обмоткой L2 конденсаторов С.
Реактивные сопротивления обмотки и конденсаторов подобраны таким образом, что при пуске генератора, когда частота тока в обмотке L2 достигнет 80% номинальной, в контуре наступит резонанс напряжений. Поэтому, несмотря на то, что напряжение, индуцируемое за счет остаточного поля, будет незначительным, по обмотке L2 пройдет большой ток. Вследствие этого в обмотке L3 наводится достаточная э. д. с., и генератор самовозбудится.
Рис. 2. Принципиальная схема самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронного генератора
При работе генератора э. д. с., индуцируемая в обмотке L3, а следовательно, и ток в обмотке возбуждения генератора зависят от результирующей намагничивающей силы, создаваемой обмотками L1 и L2. Эти обмотки рассчитаны и включены таким образом, что при увеличении тока нагрузки генераторов или при снижении коэффициента мощности (соs ф) увеличиваются результирующая намагничивающая сила и э. д. с., наводимая в обмотке L3. Вследствие этого возрастают ток возбуждения и напряжение генератора. Для повышения точности регулирования в подобные системы фазового компаундирования вводят корректор напряжения.
Рассмотренная система позволяет уменьшить массу и габаритные размеры судовых дизель-генераторных установок, а также провалы напряжения в судовых электрических сетях.
Системы самовозбуждения генераторов имеют также устройство, обеспечивающее равномерное распределение нагрузок при параллельной работе генераторов. Такие системы отличаются большим быстродействием, что достигается исключением возбудителя из системы регулирования.
Автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами
На новых судах применяются автоматические системы регулирования напряжения с тиристорами. Применяются различные схемные решения системы регулирования напряжения с использованием тиристоров. Регулирование по отклонению напряжения генератора выполняется путем сравнения регулируемого и эталонного напряжения с выдачей управляющего сигнала на систему управления тиристором. Эталонное напряжение устанавливается с помощью стабилитронов. Структурная схема тиристорного регулятора напряжения (рис. 3) имеет следующие элементы: ИБ — измерительный блок; ФИ — формирователь импульсов; БП — блок питания; Т — трансформатор; V — тиристор управления. Выходной сигнал измерительного блока преобразуется в сигнал управления тиристором с последующим регулированием тока обмотки возбуждения генератора.
Рис. 3. Структурная схема тиристорного регулятора напряжения
В судовых генераторах применяется система амплитудно-фазового компаундирования с тиристорным управлением корректора напряжения. Применение тиристорной коррекции напряжения повышает быстродействие и чувствительность системы автоматического регулирования напряжения судовых генераторов.
В настоящее время в судовых электростанциях устанавливают бесщеточные синхронные генераторы типа ОС, а также типа S. Если в генераторах типов МСК, ГСС, МСС со статическими системами автоматического регулирования напряжения регулируемый ток возбуждения подается в обмотку возбуждения полюсов вращающегося индуктора (ротора) при помощи щеточных скользящих контактов, то в бесщеточных генераторах постоянный ток в роторе создается за счет индуцируемого тока в самом роторе. Принцип автоматического регулирования напряжения генераторов типа ОС, S показан на рис. 4.
С помощью системы автоматического регулирования напряжения АРН в зависимости от нагрузки на генератор G1 регулируется постоянный ток в обмотке LG1.2, установленной на специальных полюсах статора. При вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой LG1.2, индуцирует в трехфазной обмотке LG1.3 переменный ток. Выпрямленный ток в роторе при помощи выпрямителя V создает обмоткой возбуждения LG1.1 основной магнитный поток синхронного генератора. Самовозбуждение генераторов типов ОС, S осуществляется аналогично самовозбуждению генераторов типов МСК, МСС, ГСС с наличием щеточного механизма передачи постоянного тока возбуждения во вращающуюся часть машины.
Рис. 4. Принцип автоматического регулирования напряжения бесщеточных генераторов
