Цель работы
Изучить устройство, принцип действия, особенности настройки, эксплуатации и исследовать основные режимы работы систем стабилизации напряжения.
Краткие теоретические сведения
Одним из основных параметров электрической энергии является напряжение, от стабильности которого в значительной степени зависит надежная работа судового электрооборудования. В установках переменного тока уменьшение напряжения на 15—20% вызывает значительное ухудшение механических характеристик асинхронных электродвигателей и затрудняет их пуск. Даже кратковременные глубокие провалы напряжения (свыше 35% от номинального) приводят к самоотключению обычных типов пусковой аппаратуры. Согласно Правилам Регистра напряжение генераторов переменного тока должно поддерживаться в статических режимах с точностью ±2,5% номинального значения при изменениях нагрузки от холостого хода до номинальной, а в динамических режимах при набросе 100% нагрузки и сбросе 50% изменение не должно превышать 20% номинального значения при времени переходного процесса не более 1,5 с. Поэтому синхронные генераторы снабжаются регуляторами напряжения, воздействующими на них возбуждение с целью стабилизации напряжения при действии внешних возмущений (величины и характера нагрузки, изменения частоты, температурного и гистерезисного влияния).
Основным возмущением при этом является ток нагрузки, носящий в судовой сети, как правило, активно-индуктивный характер. Наиболее сильное влияние на изменение напряжения оказывает индуктивная составляющая тока нагрузки, создающая магнитодвижущую силу (МДС), направленную встречно МДС полюсов и ослабляющую поток возбуждения машины.
Задача регулятора сводится к изменению тока возбуждения с целью компенсации влияния вышеперечисленных возмущающих воздействий на напряжение генератора. В общем случае ток возбуждения генератора, обеспечиваемый регулятором, состоит из суммы двух составляющих: постоянной, пропорциональной напряжению генератора и обеспечивающей его возбуждение на холостом ходу, и переменной (компаундирующей), пропорциональной току нагрузки и учитывающей его фазу с целью компенсации размагничивающего действия реакции статора. Эти составляющие тока возбуждения могут быть получены за счет двух каналов обратной связи — канала напряжения и канала тока, питающих обмотку возбуждения через ряд статических элементов (трансформаторы, выпрямители, сопротивления).
Если суммирование указанных составляющих производится в регуляторе после выпрямления, то регулятор не обеспечивает фазочувствительности. Системы, действующие по этому принципу, называют системами прямого токового компаундирования (ПТК). Они получили широкое распространение в маломощных судовых электромеханических преобразовательных агрегатах. Подобная система с электропреобразователем типа ПТ-2,5 исследуется в данной лабораторной работе. Принципиальная схема и ее описание приводятся ниже.
Если суммирование сигналов, получаемых по каналам обратной связи, происходит до выпрямления, то регулятор напряжения дизель генератора обеспечивает не только амплитудное, но и фазовое компаундирование. Системы, работающие по этому принципу, называются системами амплитудно-фазового компаундирования (АФК). В настоящее время они находят широкое применение в судовых электрических станциях.
Чтобы исключить влияние изменения частоты, температурного режима обмоток генератора и ряда других факторов на напряжение генератора, системы ПТК и АФК оборудуются корректорами напряжения.
В качестве системы АФК с корректором напряжения в данной лабораторной установке исследуется система стабилизации напряжения с регулятором типа УБК-М.
Описание лабораторной установки.
Экспериментальное исследование системы стабилизации напряжения с регулятором типа УБК-М осуществляется на лабораторной установке, выполненной в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.
В этой системе приводным двигателем (ПД) является асинхронный электродвигатель, питающийся от сети напряжением ≈ 220 В через автоматический выключатель АВ1 синхронный генератор СГ имеет встроенный машинный возбудитель В, обмотка возбуждения ОВВ которого подключена к якорю через реостат возбуждения Rв и к регулятору через выпрямитель ВВ. Переключателем УП можно подключать обмотку на ручное и автоматическое управление током возбуждение. Ручное управление производится посредством реостата Rв. Для изменения тока нагрузки служит трехфазное сопротивление Rн подключаемое посредством выключателя АВ2.
Для исследования систем стабилизации напряжения согласно заданной программе в лабораторных установках предусмотрены все необходимые контрольно-измерительные приборы.
1. Снять внешние характеристики генераторов. Для этого отключить с помощью УП в УБК-М и П1 П2 в системе ПТК каналы регулирования, запустить приводные двигатели и возбудить синхронные генераторы до 230 В. Затем, изменяя сопротивлениями Rн ток нагрузки, снять зависимость Uг = f(Iг) при Iв = const, f = const.
2. Снять статические характеристики отдельных элементов и каналов системы с УБК-М. Для этого установить УП в положение «ручное» и при подключенном корректоре, изменяя с помощью Rв напряжение генератора от 240 до 150 В, установить зависимости:
Iн.э = f(Uг); Iл.э = f(Uг); Iму = f(Uг);
3. Снять статические характеристики системы ПТК. Для этого переключить П2, П1 в положение «ручное», установить напряжение генератора 230 В и, изменяя Rн установить зависимость Iш.0 = f(Uг). Опыт повторить при П1 в положении «авт.». Включить П2. Изменяя сопротивлением Rн ток генератора, снять зависимость Iк.0 = f(Iг).
4. Снять статические характеристики генераторов с подключенными регуляторами, но без корректора напряжения. Для этого установить в системе УБК-М УII в положение «авт.», АВ3 отключить, в системе ПТК П1 — в положение «ручное», П2 включить. Снять зависимость
Uг = f(Iг) при f г = const.
5. Снять статические характеристики системы с подключенными регуляторами и корректорами напряжения (УП — в положении «авт.», АВ3 включен; П1 — в положении «авт.», П2 включен).
При обработке результатов эксперимента построить все вышеуказанные характеристики, дать им краткий анализ.
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип прямого токового и амплитудно-фазового регулирования напряжения судовых синхронных генераторов.
2. В чем преимущество амплитудно-фазового регулирования по
сравнению с прямым токовым?
3. Из каких основных элементов состоят система ПТК и регулятор УБК-М?
4. Объясните принцип действия регулятора УБК-М, систем возбуждения ПТК, МСК, МСС, ГМС.
5. Назовите установочные сопротивления в схемах, с помощью которых можно осуществлять настройку заданного напряжения и контуров регулирования систем.
6. Назовите характерные неисправности регулятора УБК-М и способы их устранения.
7. Объясните способы и перечислите средства стабилизации напряжения генераторов постоянного тока.
Литература
1. Константинов В. Н. Системы и устройства автоматизации судовых электроэнергетических установок. Л., «Судостроение», 1972.
2. Никифоровский Н. Н., Нор невский Б. И. Судовые электрические cтанции. М.—Л., «Транспорт», 1974.
3. Яковлев Г. С. Судовые электроэнергетические системы. Л., «Судостроение», 1967.
Изучить устройство, принцип действия, особенности настройки, эксплуатации и исследовать основные режимы работы систем стабилизации напряжения.
Краткие теоретические сведения
Одним из основных параметров электрической энергии является напряжение, от стабильности которого в значительной степени зависит надежная работа судового электрооборудования. В установках переменного тока уменьшение напряжения на 15—20% вызывает значительное ухудшение механических характеристик асинхронных электродвигателей и затрудняет их пуск. Даже кратковременные глубокие провалы напряжения (свыше 35% от номинального) приводят к самоотключению обычных типов пусковой аппаратуры. Согласно Правилам Регистра напряжение генераторов переменного тока должно поддерживаться в статических режимах с точностью ±2,5% номинального значения при изменениях нагрузки от холостого хода до номинальной, а в динамических режимах при набросе 100% нагрузки и сбросе 50% изменение не должно превышать 20% номинального значения при времени переходного процесса не более 1,5 с. Поэтому синхронные генераторы снабжаются регуляторами напряжения, воздействующими на них возбуждение с целью стабилизации напряжения при действии внешних возмущений (величины и характера нагрузки, изменения частоты, температурного и гистерезисного влияния).
Основным возмущением при этом является ток нагрузки, носящий в судовой сети, как правило, активно-индуктивный характер. Наиболее сильное влияние на изменение напряжения оказывает индуктивная составляющая тока нагрузки, создающая магнитодвижущую силу (МДС), направленную встречно МДС полюсов и ослабляющую поток возбуждения машины.
Задача регулятора сводится к изменению тока возбуждения с целью компенсации влияния вышеперечисленных возмущающих воздействий на напряжение генератора. В общем случае ток возбуждения генератора, обеспечиваемый регулятором, состоит из суммы двух составляющих: постоянной, пропорциональной напряжению генератора и обеспечивающей его возбуждение на холостом ходу, и переменной (компаундирующей), пропорциональной току нагрузки и учитывающей его фазу с целью компенсации размагничивающего действия реакции статора. Эти составляющие тока возбуждения могут быть получены за счет двух каналов обратной связи — канала напряжения и канала тока, питающих обмотку возбуждения через ряд статических элементов (трансформаторы, выпрямители, сопротивления).
Если суммирование указанных составляющих производится в регуляторе после выпрямления, то регулятор не обеспечивает фазочувствительности. Системы, действующие по этому принципу, называют системами прямого токового компаундирования (ПТК). Они получили широкое распространение в маломощных судовых электромеханических преобразовательных агрегатах. Подобная система с электропреобразователем типа ПТ-2,5 исследуется в данной лабораторной работе. Принципиальная схема и ее описание приводятся ниже.
Если суммирование сигналов, получаемых по каналам обратной связи, происходит до выпрямления, то регулятор напряжения дизель генератора обеспечивает не только амплитудное, но и фазовое компаундирование. Системы, работающие по этому принципу, называются системами амплитудно-фазового компаундирования (АФК). В настоящее время они находят широкое применение в судовых электрических станциях.
Чтобы исключить влияние изменения частоты, температурного режима обмоток генератора и ряда других факторов на напряжение генератора, системы ПТК и АФК оборудуются корректорами напряжения.
В качестве системы АФК с корректором напряжения в данной лабораторной установке исследуется система стабилизации напряжения с регулятором типа УБК-М.
Описание лабораторной установки.
Экспериментальное исследование системы стабилизации напряжения с регулятором типа УБК-М осуществляется на лабораторной установке, выполненной в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.
Рис.1. Система стабилизации напряжения с регулятором типа УБК-М
В этой системе приводным двигателем (ПД) является асинхронный электродвигатель, питающийся от сети напряжением ≈ 220 В через автоматический выключатель АВ1 синхронный генератор СГ имеет встроенный машинный возбудитель В, обмотка возбуждения ОВВ которого подключена к якорю через реостат возбуждения Rв и к регулятору через выпрямитель ВВ. Переключателем УП можно подключать обмотку на ручное и автоматическое управление током возбуждение. Ручное управление производится посредством реостата Rв. Для изменения тока нагрузки служит трехфазное сопротивление Rн подключаемое посредством выключателя АВ2.
Для исследования систем стабилизации напряжения согласно заданной программе в лабораторных установках предусмотрены все необходимые контрольно-измерительные приборы.
Методика проведения и обработка результатов эксперимента.
1. Снять внешние характеристики генераторов. Для этого отключить с помощью УП в УБК-М и П1 П2 в системе ПТК каналы регулирования, запустить приводные двигатели и возбудить синхронные генераторы до 230 В. Затем, изменяя сопротивлениями Rн ток нагрузки, снять зависимость Uг = f(Iг) при Iв = const, f = const.
2. Снять статические характеристики отдельных элементов и каналов системы с УБК-М. Для этого установить УП в положение «ручное» и при подключенном корректоре, изменяя с помощью Rв напряжение генератора от 240 до 150 В, установить зависимости:
Iн.э = f(Uг); Iл.э = f(Uг); Iму = f(Uг);
3. Снять статические характеристики системы ПТК. Для этого переключить П2, П1 в положение «ручное», установить напряжение генератора 230 В и, изменяя Rн установить зависимость Iш.0 = f(Uг). Опыт повторить при П1 в положении «авт.». Включить П2. Изменяя сопротивлением Rн ток генератора, снять зависимость Iк.0 = f(Iг).
4. Снять статические характеристики генераторов с подключенными регуляторами, но без корректора напряжения. Для этого установить в системе УБК-М УII в положение «авт.», АВ3 отключить, в системе ПТК П1 — в положение «ручное», П2 включить. Снять зависимость
Uг = f(Iг) при f г = const.
5. Снять статические характеристики системы с подключенными регуляторами и корректорами напряжения (УП — в положении «авт.», АВ3 включен; П1 — в положении «авт.», П2 включен).
При обработке результатов эксперимента построить все вышеуказанные характеристики, дать им краткий анализ.
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип прямого токового и амплитудно-фазового регулирования напряжения судовых синхронных генераторов.
2. В чем преимущество амплитудно-фазового регулирования по
сравнению с прямым токовым?
3. Из каких основных элементов состоят система ПТК и регулятор УБК-М?
4. Объясните принцип действия регулятора УБК-М, систем возбуждения ПТК, МСК, МСС, ГМС.
5. Назовите установочные сопротивления в схемах, с помощью которых можно осуществлять настройку заданного напряжения и контуров регулирования систем.
6. Назовите характерные неисправности регулятора УБК-М и способы их устранения.
7. Объясните способы и перечислите средства стабилизации напряжения генераторов постоянного тока.
Литература
1. Константинов В. Н. Системы и устройства автоматизации судовых электроэнергетических установок. Л., «Судостроение», 1972.
2. Никифоровский Н. Н., Нор невский Б. И. Судовые электрические cтанции. М.—Л., «Транспорт», 1974.
3. Яковлев Г. С. Судовые электроэнергетические системы. Л., «Судостроение», 1967.
