Примем такой порядок изучения схемы: самовозбуждение генератора; трансформатор фазового компаундирования (ТрФК); корректор напряжения; прочие элементы схемы.
Самовозбуждение генератора
Самовозбуждение генератора на холостом ходу осуществляется за счет как остаточного намагничивания ротора, так и дополнительной меры — с помощью генератора начального возбуждения ГНВ (рис. 1).
Ротор, имея небольшое остаточное намагничивание, при вращении приводным двигателем своим слабым магнитным полем пересекает неподвижную трехфазную обмотку статора. На зажимах генератора в точках А, В, С появляется небольшая э. д. с., которая создает ток в обмотке напряжения ОН. Через обмотки ОТ ток не протекает, потому что еще разомкнут автомат генератора. Так как обмотка ОН имеет большое число витков, то ее сопротивление большое, следовательно, ток в ней очень мал.
Рис. 1. Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС
Естественно, обмоткой ОН в трансформаторе ТрФК наводится малая по величине м. д. с., которая в суммирующей обмотке ОС наводит небольшой потенциал (э. д. с.). Теперь обмотка ОС является источником электроэнергии и через выпрямитель Вп1 в обмотку возбуждения течет ток подмагничивания. Но резкого увеличения магнитного потока ротора может не произойти, так как ток возбуждения, поступающий с обмотки ОС, может оказаться незначительным. Это объясняется большим сопротивлением обмоток ОН, ОС и выпрямителей Вп1 в еще не открывшемся состоянии (нужен более высокий потенциал на обмотке ОС, чтобы открыть выпрямитель Вп1).
Для начального возбуждения применяют генератор начального возбуждения ГНВ. Небольшой по габариту, он установлен прямо в подшипниковом щите генератора. Ротор генератора ГНВ — постоянный магнит, вращается вместе с ротором основного генератора; его магнитное поле пересекает двухфазную обмотку статора. После запуска приводного двигателя еще при низкой частоте вращения в обмотке ГНВ индуктируется достаточная э. д. с., которая выпрямляется выпрямителем Вп3 и поступает в обмотку возбуждения генератора. Таким образом обеспечивается надежное самовозбуждение.
На зажимах генератора появляется близкая к номинальной величина э. д. с. Теперь ток в обмотке ОН больше. Это обеспечивает большую э. д. с. обмотки ОС и на выходе выпрямителя Вп1. Например, на выходе выпрямителя Вп1 э. д. с. равна 60 В, а ГНВ развивает только 20 В, которые были вполне достаточны для самовозбуждения, а теперь более высокое напряжение от выпрямителя Вп2 запирает вентили выпрямителя Вп3 и ток от ГНВ на обмотку возбуждения генератора не поступает. Через нее проходит ток от выпрямителя Bп1 — ГНВ автоматически отключен.
Назначение трансформатора фазового компаундирования
Трансформатор фазового компаундирования состоит из двух первичных обмоток (см. рис. 1): токовой — ОТ, напряжения — ОН и одной вторичной — суммирующей ОС. На рис. 2 представлена векторная диаграмма м. д. с. трансформатора ТрФК, но нужно иметь в виду, что направление векторов м. д. с. совпадает с направлением векторов тока в соответствующих обмотках.
Рис.2. Векторная диаграмма компаундирования ТрФК системы МСС
Будем считать, что при номинальном напряжении генератора в суммирующей обмотке действует м. д. с. Fос. Ток в обмотке ОН (см. рис. 1 и 2), следовательно, вектор Fон, отстает от вектора напряжения на 90° из-за большой индуктивности обмотки ОН и наличия магнитного шунта в районе расположения обмотки напряжения. При изменении нагрузки по величине и характеру положение вектора Fон остается неизменным, так как ток нагрузки протекает только через обмотку ОТ. Положение вектора м. д. с. токовой обмотки Fот определяется определенным коэффициентом мощности cos ф. Ток в обмотке возбуждения генератора пропорционален величине вектора Fос.
При росте нагрузки по величине (Fот') или при снижении cos ф (угол ф1) генератор уменьшает свое напряжение из-за действия размагничивающей реакции статора. Но трансформатор ТрФК осуществляет амплитудно-фазовое компаундирование; увеличиваются векторы м. д. с. в суммирующей обмотке (Fоc', Fоc") и ток возбуждения генератора, напряжение генератора восстанавливается до нормальной величины.
Действие ТрФК при колебаниях нагрузки в сторону снижения по величине или увеличения cos ф будет направлено в сторону снижения тока возбуждения, так как в этих случаях напряжение генератора стремится увеличиться.
Корректор напряжения в системе возбуждения генератора — небольшой и отличается простотой. Он собран на базе дросселя, который в схеме (см. рис. 1) именуется дросселем отсоса ДрО. Корректор выполняет несколько функций.
Функции корректора напряжения в системе возбуждения
Предположим, что после колебаний нагрузки, несмотря на работу ТрФК, напряжение на шинах генератора не доведено до нормальной величины. Корректор напряжения должен в дополнение к действию ТрФК более точно воздействовать на ток возбуждения генератора с целью подрегулирования напряжения на шинах. ТрФК реагировал на первопричину изменения напряжения — изменение нагрузки, датчиком являлась обмотка ОТ. Корректор, осуществляя коррекцию по напряжению, реагирует на его величину.
Например, напряжение на шинах осталось несколько повышенным, увеличено оно и в точках 1, 2 обмотки ОН, откуда получает питание корректор. Следовательно, увеличен постоянный ток в обмотке управления ОУ, железо дросселя ДрО получает большее подмагничивание, рабочие обмотки переменного тока ОР из-за большего намагничивания железа уменьшают свое индуктивное сопротивление.
Электроэнергия, которая индуктируется в обмотке ОС ТрФК, расходуется на два канала. Первый канал: обмотка ОС, выпрямитель Вп1, обмотка возбуждения генератора. Второй канал: обмотка ОС, рабочие обмотки ОР дросселя ДрО. Так как индуктивное сопротивление обмоток ОР уменьшилось, то большая доля тока идет через них, а меньшая, индуктируемая обмоткой ОС, течет через выпрямитель Вп1 на возбуждение генератора. Генератор понижает свое напряжение до нормальной величины.
Если напряжение на шинах понижено, то ток в обмотке ОУ уменьшается, железо ДрО менее намагничено — это и есть причина увеличения индуктивного сопротивления обмоток ОР. Ток в них меньше, доля тока отсоса уменьшилась, больший ток течет через выпрямитель Вп1 на возбуждение генератора, его напряжение восстанавливается до нормы.
Через корректор напряжения осуществляется также коррекция по температуре. Например, при прогреве генератора сопротивление его обмоток возрастает, на них увеличивается падение напряжения, при неизменной э. д. с. генератора напряжение на шинах несколько понижено.
Однако вместе с генератором нагревается резистор термокомпенсации Rт, встроенный в генератор. В результате нагрева Rт его омическое сопротивление увеличивается, а так как оно включено последовательно с обмоткой ОУ, то в последней уменьшается ток. Железо дросселя ДрО менее насыщено, сопротивление обмоток ОР увеличивается, ток, идущий через них, уменьшается, большая часть тока течет через выпрямитель Bпl, возбуждение генератора и его э. д. с. увеличиваются, напряжение на шинах достигает заданной величины.
При параллельной работе генераторов нужно осуществлять равномерное автоматическое распределение реактивной нагрузки. Это осуществляется через корректор напряжения с помощью контура распределения реактивной нагрузки, в который входят трансформатор тока ТрТ и резистор контура Rк.
При одиночной работе генератора переключатель П замкнут и весь ток, индуктируемый во вторичной обмотке трансформатора ТрТ, замыкается через него, а не через резистор Rк. В этом случае контур не работает.
При параллельной работе генераторов переключатель П следует разомкнуть. Посмотрим, какое напряжение поступает на выпрямитель Вп2 (рис. 3). Прежде всего это часть линейного напряжения Uвс; именно на эти фазы включен корректор точками 1, 2 (см. рис. 1 и 3). Так как переключатель П разомкнут, то э. д. с., индуктируемая во вторичной обмотке трансформатора ТрТ, создает свой ток через резистор Rк корректора. Трансформатор ТрТ включен в фазу А, поэтому ток в его обмотках, а следовательно, и падение напряжения ΔURк на резисторе Rк, создаваемое этим током, отстает на угол ф от фазного напряжения Ua, куда включен ТрТ.
Рис.3. Векторная диаграмма напряжений контура распределения реактивной нагрузки
Угол ф определяется какой-то величиной cos ф нагрузки на генератор, т. е. определяет долю реактивной нагрузки. Если вектор ΔURк перенести в конец вектора Uвс и произвести их геометрическое суммирование, то получим вектор UВп2. Величина этого вектора определяет величину напряжения питания выпрямителя Вп2 и тока в обмотке ОУ.
Допустим, что доля индуктивной нагрузки на данный генератор увеличилась, это значит, что у этого генератора понизился cos ф (увеличился угол до значения ф1), вектор ΔURк переместился в положение ΔU'Rк.
Если его просуммировать с вектором Uвс, то получим больший по величине вектор U'Вп2, чем вектор UВп2. Это говорит о том, что напряжение питания выпрямителя Вп2 увеличилось, повысился ток в обмотке ОУ, сопротивление ОР понизилось, в них идет больший ток, снижается ток через выпрямитель Bпl на возбуждение. Генератор понижает э. д. с.
При рассмотрении параллельной работы генераторов было отмечено, что для уменьшения реактивной нагрузки на генератор нужно уменьшить его ток возбуждения — это было сделано регулятором автоматически. Вывод: данный генератор сбросит часть индуктивной нагрузки на параллельно работающий, так как у данного генератора э. д. с. стала ниже.
Прочие элементы схемы
К прочим элементам данной схемы можно отнести обмотку стабилизации ОС, уравнительное соединение УС и настроечные резисторы Rp, Ro, Ry.
Обмотка стабилизации ОС служит для успокоения работы системы регулирования. Контур распределения реактивной нагрузки не всегда справляется полностью со своей задачей, поэтому с помощью уравнительного соединения УС соединяются параллельно обмотки возбуждения обоих генераторов, работающих параллельно.
Теперь если один из регуляторов произведет регулирование тока возбуждения, то регулирование будет произведено в равной степени и для второго генератора. Этим обеспечивается стабильность реактивной нагрузки на генераторах, а не перераспределение ее в процессе регулирования. Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС обеспечивает поддержание постоянства напряжения на шинах с заданной Правилами Регистра точностью 2,5%, в то время как большинство регуляторов работает с точностью 1 —16%. Это объясняется несовершенством корректора напряжения регулятора МСС.
