Меню

Регулировка тока на синхронном генераторе



Регулировка тока на синхронном генераторе

Для нормальной работы потребителей электрической энергии необходимо, чтобы значение частоты тока и напряжения соответствовали номинальным или, точнее, не выходили за допустимые пределы. Снижение частоты тока ведет к изменению частоты вращения электродвигателей, увеличению потребления мощности, а поэтому к их перегреву. Кроме того, на многих производствах изменение частоты вращения рабочей машины может самым пагубным образом сказаться на качестве выпускаемой продукции. Частоту тока на электрических станциях автоматически поддерживают на постоянном уровне при помощи регуляторов частоты вращения первичных двигателей.

Отклонение значения напряжения от номинального также приводит к нарушению нормального режима работы приемников энергии у потребителей. Известно, что вращающий момент электродвигателя пропорционален квадрату напряжения. Чтобы двигатель при снижении напряжения продолжал нести нагрузку, должно увеличиться скольжение, то есть уменьшиться частота вращения двигателя. Но при ее падении увеличивается потребляемый электродвигателем ток, что вызывает перегрев электродвигателя. Поэтому на электрических станциях наряду с устройствами регулирования частоты тока предусматривают устройства для регулирования напряжения.

В соответствии с ГОСТом в нормальном режиме работы допускаются отклонения значений частоты тока от номинального в пределах + 0,1 Гц. Временная работа энергосистемы возможна с отклонением частоты ±0,2 Гц. Для изолированно работающих станций мощностью до 100 и до 50 кВт допустимые отклонения частоты тока составляют соответственно +3 и +5 Гц.

Отклонения напряжения на зажимах приборов рабочего освещения, установленных в производственных помещениях и общественных зданиях, где требуется значительное зрительное напряжение, а также в прожекторных установках наружного освещения допускаются в пределах от —2,5 до +5% номинального. На зажимах электродвигателей и пускозащитной аппаратуры допускается отклонение напряжения в диапазоне от —5 до +10% номинального, а на зажимах остальных приемников—на ±5% номинального

В малоответственных сельскохозяйственных установках допустимые отклонения напряжения составляют от +7,5 до —7,5%.

Все рассмотренные выше схемы генераторов предполагают ручное регулирование напряжения, которое не может обеспечить надлежащего и своевременного контроля за изменением нагрузки. Современные синхронные генераторы оборудованы автоматическими устройствами, которые не только регулируют напряжение на зажимах генераторов, но и при необходимости увеличивают возбуждение до максимального значения в момент снижения напряжения (например, при аварийных режимах). Такие устройства называютавтоматическими регуляторами возбуждения (АРВ).

На маломощных сельскохозяйственных станциях устройства АРВ облегчают запуск короткозамкнутых электродвигателей. Они способствуют более быстрому восстановлению напряжения после отключения поврежденных участков электроустановки. Благодаря этому электрические двигатели, которые в момент аварии и понижения напряжения несколько притормозились, восстанавливают номинальную частоту вращения без нарушения технологического процесса — остановки рабочей машины.

Устройства автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов по принципу действия могут быть подразделены на три группы: 1) автоматические регуляторы напряжения; 2) устройства быстродействующей релейной форсировки возбуждения и 3) устройства компаундирования.

Нагрузка на генератор, определяемая числом и мощностью потребителей электроэнергии, постоянно изменяется. Увеличение нагрузки на генератор вызывает уменьшение частоты вращения первичного двигателя, а следовательно, и частоты тока. Наоборот, сброс нагрузки приводит к резкому возрастанию частоты вращения первичного двигателя и, значит, к увеличению частоты тока, в сети.

Для поддержания частоты тока на заданном уровне на электрических анциях устанавливают автоматические регуляторы частоты вращения первичных двигателей. Основным элементом аких устройств служит центробежный маятник, который воспринимает изменение частоты вращения первичного двигателя и через дополнительные устройства воздействует на орган, регулирующий частоту вращения. Регуляторы частоты вращения могут быть прямогоили косвенного действия.

Рисунок 10.9 иллюстрирует принцип работы регулятора прямого действия. При изменении частоты вращения (например, уменьшении) центробежный маятник М изменит свою первоначальную амплитуду (радиус) отклонения (показано

пунктиром) и через рычаг Р воздействует на задвижку 3, регулирующую поступление горючей смеси в цилиндры двигателя. Если нужно изменить нагрузку двигателя при постоянной частоте вращения, регулируют натяжение пружины П.

Регуляторы прямого действия применяют на двигателях малой мощности. Для поворота регулирующих клапанов паровых турбин или лопаток направляющего механизма гидротурбин энергии маятника недостаточно. В этом случае применяют регуляторы косвенного действия. Центробежный маятник воздействует на промежуточный механизм привода регулирующего органа первичного двигателя (серводвигатель).

Для автоматического регулирования напряжения на генераторах сельских электрических станций применяют обычно регуляторы напряжения реостатного, вибрационного и комбинированного типов. Изготавливают также электронные регуляторы.

Среди регуляторов напряжения угольный регулятор — один из самых простых и дешевых, однако область его применения ограничена станциями малых мощностей. Это регулятор прямого действия, так как он воздействует непосредственно на возбуждение возбудителя.

Такой регулятор (рис. 10.10, а) состоит из угольного реостата 4, полупроводникового выпрямителя 1, электромагнита 6 с рычагом 2 и пружиной 5. Угольные столбики реостата набраны из отдельных угольных шайб. Сопротивление этих столбиков зависит от степени сжатия шайб. Чем больше давление на столбики, тем меньше сопротивление реостата (и наоборот). Давление на угольные столбики создается тягой 3 и пружиной 5. Если электромагнит 6 включен, то якорь рычага 2 притягивается к сердечнику электромагнита, пружина 5 натягивается, а тяга 3, поднимаясь, уменьшает степень сжатия угольных шайб. Таким образом, и повышении напряжения в сети возрастает сила притяжения якоря, следовательно, уменьшается степень сжатия шайб в угольном реостате, возрастает его сопротивление и снижается ток в цепи возбуждения возбудителя В. Значение напряжения на зажимах генератора Г уменьшается до номинального.

Читайте также:  Как отрегулировать датчик приближения андроид

Если нагрузка на генератор возрастает, напряжение его несколько спадает, сила притяжения электромагнита уменьшается, пружина 5 увеличивает сжатие угольных шайб в столбиках реостата и сопротивление реостата уменьшается. Поэтому усиливается ток возбуждения возбудителя и напряжение на зажимах генератора возрастает до номинального. Угольный реостат типа РУН рассчитан на номинальные напряжения 115 и 230 В.

При параллельной работе генераторов для повышения устойчивости работы агрегатов в схеме включения угольного реостата возбуждения предусматривается специальное устройство (компенсатор реактивной мощности), предупреждающее возрастание реактивной нагрузки при изменении возбуждения. Этой цели служит трансформатор тока ТТ, включенный в фазу В. Вектор напряжения в этой фазе UB сдвинут на угол 90° по отношению к вектору напряжения UAc между фазами А и С (рис. 10.10, б). При cosφ =0, то есть если ток будет сдвинут по отношению к напряжению на 90°, во вторичной цепи трансформатора тока ТТ появится ток IB, совпадающий по направлению с напряжением UAc, питающим селеновый выпрямитель, и угольный реостат возбуждения воспримет это увеличение реактивной мощности как повышение напряжения. Реостат сработает на снижение возбуждения, а следовательно, и уменьшение реактивной мощности.

Стабилизирующий трансформатор СТ предназначен для сглаживания толчков тока и напряжения в момент регулирования напряжения. Этот трансформатор выполняет роль демпфирующего устройства в период регулирования возбуждения.

Кроме угольного реостата типа РУН, применяются реостатные регуляторы с проволочным резистором, имеющим отпайки от отдельных секций. Электромагнит регулятора в зависимости от значения напряжения на зажимах генератора вызывает замыкание или размыкание контактов, которые шунтируют отдельные секции реостата, включенного в обмотку возбуждения возбудителя. Этот реостат рассчитан на ток до 2 А и состоит из десяти секций (ступеней) сопротивлением 3 Ом каждая. Такой регулятор применим для отдельно работающих генераторов мощностью до 60 кВ•А. Использовать их при параллельной работе не рекомендуется, поскольку отсутствует устройство для выравнивания реактивных мощностей. При колебаниях нагрузки от нуля до номинальной напряжение генератора поддерживается на уровне ± 2.5%.

Вибрационные регуляторы напряжения типа АВРН предназначены для генератора мощностью До 60 кВ • А. Точность их регулирования ± 5% при изменении нагрузки от нуля до номинальной и колебаниях частоты тока в пределах ±20%. Комбинированные регуляторы напряжения сочетают в себе особенности регуляторов двух, первых типов.

Источник

Управляем частотой вращения синхронного двигателя переменного тока

Доброго всем времени суток!

Как-то решая задачу по автоматизации линейного перемещения фрезера (точность позиционирования не требовалась, так как выполнялась черновая обработка) из имеющегося в наличии оборудования пришлось подробно изучать вопрос управления скоростью вращения синхронных маломощных двигателей.

В наличие нашлись редукторы с двигателями на 24В 1450RPM (6Вт) и 230В 375RPM (12Вт).

Механическая доработка редукторов полностью проблему не решило, необходимо было собирать частотник.

Первая попытка управления двигателем на 220В хотя в итоге и была в целом успешная (т.к. двигатель все таки работал), но направление было выбрано в корне неправильное. За основу была взята схема преобразователя 12В -> 220В с управлением от мультивибратора, типа такой:

Соответственно, мультивибратор был доработан, чтобы выдавать 50-100Гц, причем управлять получилось даже 100Вт двигателем (12 В брались от 500Вт-ного компьютерного блока питания). Но все таки данное схемное решение годилось только для проверки возможности работы двигателей на высоких частотах, но не для практического применения.

Самое простое в итоге решение нашлось для 24В двигателя: управляющий генератор был собран на модуле Ардуино УНО, в качестве силового модуля взят ардуиновский модуль для управления коллекторными и шаговыми двигателями L298N, а также взят 24В импульсный блок питания.

Немного сложнее было с написанием подходящей программы для контроллера. Изначально решил для управления получить синус, но на практике самым действенным оказалось использование обычных прямоугольных импульсов. Программа, приведенная ниже, с небольшой доработкой позволяет регулировать площадь прямоугольника в зависимости от частоты, что необходимо учитывать особенно при управлении на низких частотах. В демонстрационном варианте для упрощения кода регулировка отдаваемой двигателю мощности не используется. Дискретность изменения частоты выбрана 5 Гц, диапазон регулировки частоты — 40 — 200Гц. При копировании программы необходимо убрать пробелы между символом «# » и ключевым словом, т.к. иначе редактор ДЗЕНа отказывался принимать текст.

# define ENC_A 2 // пин энкодера 1

# define ENC_B 4 // пин энкодера 2

# define ENC_TYPE 1 // тип энкодера, 0 или 1

int koef = 8; // минимальное значение частоты — 40 Гц для шага 5 Гц

int val = 0; // переменная для хранения считываемого значения

const int min_Hz = 16000; //для формирования шага изменения частоты: 16000 — 5 Гц, 8000 — 10 Гц, 3200 — 25 Гц, 1600 — 50 Гц

volatile int number = 0; //вспомогательная переменная для вывода в порт

volatile boolean state0, lastState, turnFlag; //переменные для обработки внешнего прерывания

// Инициализация регистров, смотрите документацию для подробной информации

//настраиваем регистры для формирования ШИМ

ICR1 = int(min_Hz/koef); //начальная частота — 40Гц

DDRB = 0b00000110; // PB1 и PB2 выходные каналы ШИМ

sei(); // Разрешаем глобальные прерывания

encCounter += (digitalRead(ENC_B) != lastState) ? -1 : 1; //шаг

encCounter += (digitalRead(ENC_B) != lastState) ? -1 : 1; //шаг

Источник

Регулировка тока на синхронном генераторе

Напряжение генератора сильно зависит от оборотов двигателя

Читайте также:  Регулировка редуктора рулевой колонки уаз 469

Напряжение в сети автомобиля должно быть постоянным по величине.

Генератор приводится ремнем от двигателя и, соответственно, обороты генератора все время меняются. Если не регулировать напряжение, то оно будет сильно меняться — увеличиваться при разгоне автомобиля и уменьшаться при сбросе газа и снижения скорости. Свет будет, то слишком яркий, то слишком тусклым, обороты электромоторов будут меняться, Аккумулятор быстро разрушится от избыточного напряжения, электроника станет работать непредсказуемо.

Регулирование напряжения – это поддержание напряжения на постоянном уровне 14,2 – 13,8 Вольта, при изменениях оборотов и нагрузки генератора. Генератор стремится поднять напряжение, а регулятор напряжения ограничивает его на заданном уровне.

Посмотрим графики, которые показывают как меняется скорость нарастания и убывания напряжения на разных оборотах при включении и выключении тока возбуждения

Для возбуждения генератора необходимо раскрутить ротор и включить ток возбуждения. Ток возбуждения создает магнитное поле ротора, которое генерирует в обмотке генератора Электродвижущую силу. На выходе генератора появляется напряжение. Напряжение не может появиться скачком, потому что в генераторе происходят переходные процессы, замедляющие нарастания и спады напряжения. Чем быстрее крутится ротор, тем быстрее нарастает напряжение и достигает большей величины. При размыкании цепи возбуждения, напряжение генератора снижается, чем больше обороты генератора, тем медленнее спадает напряжение.

Проводим три опыта: Генератор крутится со скоростью 800 об. в мин, 3000 об. в мин., 5000 об. в мин.

На графике показано нарастание напряжения при включении тока возбуждении и спада напряжения, при выключении тока возбуждения. Чем выше обороты, тем быстрее нарастает напряжение достигает большей величины.

Расчетные параметры генератора, должны быть такими, чтобы уже на малых оборотах холостого хода, напряжение оказалось выше регулируемого значения — 14,2 Вольта, только в этом случае, регулятор сможет ограничить напряжение на заданном уровне. Генератор должен гарантировано обеспечить работу электрооборудования на холостом ходу двигателя 800 об. в мин., напряжение должно быть 16- 17 Вольт. На высоких оборотах (3000, 5000) предельное напряжение на выходе генератора получается значительно выше, регулируемого уровня — в два – три раза.

Регулирование напряжение – это поддержание напряжения на постоянном уровне 14,2 – 13,8 Вольта, при сильных изменениях оборотов и нагрузки генератора. Для выполнения этой функции, в конструкции генератора предусмотрен регулятор напряжения. Генератор стремится поднять напряжение, а регулятор напряжения ограничивает его на заданном уровне.

Задержка нарастания и плавный спад напряжения используются для регулирования напряжения. Между разными уровнями нарастающего и спадающего напряжения, есть определенный временной промежуток, который позволяет разнести по времени включение и выключение тока возбуждения.

Как только нарастающее напряжение превысит регулируемый уровень, регулятор отключает обмотку возбуждения, и начинается спад напряжения. Как только на спаде, напряжение станет ниже регулируемого уровня, регулятор снова включает ток возбуждения, напряжение снова начинает расти. Так происходит пилообразный рост и спад напряжения. Моменты включения и выключения тока возбуждения выбираются так, чтобы среднее значения этого пилообразного напряжения, получилось 14,2 Вольта.

Дополнительные особенности регулирования напряжения.

Постоянство напряжение дополнительно поддерживается тем, что с увеличение оборотов напряжение генератора (в пределах регулирования) быстрее нарастает и медленнее убывает. (см графики) Это помогает скомпенсировать увеличение ЭДС генератора.

Тот факт, что при увеличении нагрузки ток возбуждения спадает быстрее, приводит к относительному росту среднего значения тока возбуждения и, значит, компенсирует снижение напряжения генератора при увеличении нагрузки.

Эти две туманные фразы можно попытаться понять, если разобраться, как меняется среднее значение тока возбуждения при нарастании и убывании оборотов

Зависимость среднего значения тока возбуждения от скорости нарастания и убывания напряжения генератора

На малых оборотах напряжение медленно нарастает и быстро спадает, на средних быстрее вырастает и медленнее спадает, на высоких оборотах быстро вырастает и заметно медленнее спадает. Это видно на верхних графиках.

Более длительное разомкнутое состояние означает, что среднее значение тока в цепи возбуждения снижается, это важно для поддержания постоянного уровня напряжения. При увеличении скорости вращения ротора увеличивается скорость изменения магнитного потока и, значит, повышается ЭДС генератора, но, так как, величина тока возбуждения снижается, происходит снижение ЭДС, то есть, происходят два встречных процесса – один повышает ЭДС, другой понижает, в среднем, значение ЭДС остается на прежнем уровне.

Похожие процессы происходят при увеличении нагрузки, когда генератор вынужден отдавать большой ток. Как для любого источника, в этом случае увеличивается падение напряжения внутри источника, уменьшается скорость нарастания напряжение и его верхнее значение, и ускоряется спад напряжения. В этом случае увеличивается среднее значение тока возбуждения. То есть, регулятор, для того чтобы удержать выходное напряжение, при увеличении нагрузки, увеличивает ток возбуждения.

Читайте также:  Регулятор давления воды в системе водоснабжения в квартире регулировка

Частота, с которой происходит включение – выключение тока возбуждения определяется качеством и чувствительностью схемы регулятора. Увеличение частоты приводит к повышению энергозатрат и дополнительному нагреву схемы, а значит потребует увеличения размеров.

В современных ШИМ регуляторах напряжения, частота переключения выбирается задающим генератором.

Источник

Принцип работы синхронного генератора переменного тока

Для того, чтобы рассмотреть принцип работы синхронного генератора, наиболее удобно воспользоваться простой моделью синхронной машины. Потому как понять основы принципа работы генератора легче на упрощенной модели, имеющей минимум деталей. Модель, как и реальный генератор, состоит из ротора и статора. Ротор — подвижная (вращающаяся) часть генератора. Статор — неподвижная (статичная) его часть.

Статор состоит из стального сердечника в виде полого цилиндра. Изготовлен статор из множества отдельных тонких листов электротехнической стали. На своей внутренней поверхности статор имеет два продольных паза. Пазы располагаются вертикально напротив друг друга. В этих пазах находятся стороны витка, который является обмоткой статора.

Внутри статора находится ротор генератора. Разумеется, он, как и любой другой ротор, является вращающейся частью генератора. В данном случае ротор — это просто постоянный магнит с двумя полюсами S и N. Ротор посредством вала связывается с двигателем, который вращает этот вал. Безусловно, двигатель может быть какой угодно. Например, для настоящего генератора может применяться двигатель внутреннего сгорания, а также паровая или ветровая турбина.

Двигатель приводит ротор во вращательное движение. Соответственно ротор вращается по часовой стрелке с частотой (n). В результате, в обмотке статора наводится электродвижущая сила (ЭДС), согласно явлению электромагнитной индукции . Если к обмотке статора подключить нагрузку, то в цепи это нагрузки будет течь электрический ток.

ЭДС в обмотке статора появляется следующим образом. Когда ротор вращается, магнитное поле постоянного магнита тоже вращается вместе с ним. Стоит отметить, что вращающееся магнитное поле имеет ту же частоту, что и частота вращения ротора. В результате вращения ротора каждый из проводников обмотки статора оказываются по очереди то в зоне южного полюса магнита S, то в зоне северного полюса N. Разумеется, при смене полюсов изменяется направление ЭДС в обмотке статора. То есть, в обмотке статора индуцируется переменная электродвижущая сила. А потому в цепи нагрузки будет течь переменный электрический ток.

У синхронного генератора частота электродвижущей силы (f) прямо пропорциональна частоте вращения ротора (n). То есть, частота вращения ротора и частота вращения ЭДС синхронны друг другу. А такая частота ЭДС называется синхронной частотой вращения.

p — число пар полюсов статора (для данной упрощенной модели генератора число пар =1),

n — частота вращения ротора (об/мин — оборотов в минуту),

60 — количество секунд в минуте, за которую ротор делает определённое число оборотов.

Для получения электрического тока с промышленной частоты нужно, чтобы и ротор вращался с определенной частотой. Эта частота вращения составляет 3000 об/мин. При такой частоте вращения ротора частота переменного тока будет составлять 50 герц.

В данной упрощенной модели синхронного генератора, для создания магнитного поля, на роторе закреплён постоянный магнит. Такую систему возбуждения применяют лишь на синхронных генераторах малой мощности. В большинстве случаев для того, чтобы получить магнитное поле, на роторе наматывают медную проволочную обмотку возбуждения. То есть, в синхронном генераторе статор является якорем, а ротор индуктором . Выводы этой обмотки подключают к контактным кольцам, расположенным на валу. А на контактные кольца подается питание постоянным током посредством двух неподвижных контактных щеток. В качестве источника питания часто используют генератор постоянного тока. Обычно этот генератор располагают на одном валу с ротором синхронного генератора.

Разумеется, у промышленных синхронных генераторов обмотка статора состоит не из одного витка обмотки, как у упрощенной модели. Как правило, на синхронных генераторах располагают трехфазные обмотки статора. Как уже упоминалось, ротор у синхронного генератора вращается с синхронной частотой. Магнитное поле ротора также вращается с той же самой частотой. При вращении магнитное поле индуцирует в трехфазной обмотке статора переменные ЭДС. Эти ЭДС одинаковы по значению, но сдвинуты по фазе на 120 электрических градусов.

При подключении нагрузки в обмотках статора начинают течь токи. Причем параметры переменного тока, протекающего по этим обмоткам, отличаются друг от друга на 1/3 периода. Одновременно трехфазная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора.

То есть, поле статора и ротор в данном случае вращаются синхронно. Потому подобные генераторы и называются синхронными.

Для вашего удобства подборка публикаций

Спасибо за посещение канала, чтение заметки, упоминание в социальных сетях и других интернет — ресурсах, а также подписку, лайки, дизлайки и комментарии ( Лайки и дизлайки можно ставить не регистрируясь и не заходя в аккаунт )

Источник

Adblock
detector