Системы возбуждения синхронных генераторов с применением тиристоров

В настоящее время тиристоры получили широкое распространение в различных отраслях электротехники в связи с их преимуществами по сравнению с другими управляемыми эле­ментами.

Большая надежность, незначительная масса, небольшие габа­риты, малое время переходного процесса и ряд других положитель­ных качеств тиристоров позволяют применить их в самых разно­образных схемах автоматического управления и, в частности, в схе­мах регулирования напряжения ССГ. В настоящие годы создано значительное число систем возбуждения с применением тиристоров. Основные направления, по которым шло развитие этих схем:

• использование тиристоров в цепях коррекции по напряжению систем прямого фазового компаундирования;

• применение тиристоров в схемах токового компаундирования;

• создание чисто тиристорных систем возбуждения;

• создание бесщеточных систем возбуждения.

Система возбуждения ССГ типа (TUR). В ПНР разработана система возбуждения (СВ) типа TUR с тиристорами в силовом выпрямителе для судовых генераторов серии GBM мощностью 100-800 кВА, напряжением 400 В, cos  = 0,8, 500 об/мин, частотой 50 Гц. Первые опытные образцы системы возбуждения установле­ны на траулерах для валогенераторов 800 кВА и на углерудовозах для генераторов 250 и 400 кВА. В настоящее время генераторы с СВ аналогичного типа устанавливаются на судах серии «Ленинская гвардия», построенных в ПНР.

Система обеспечивает точность регулирования напряжения 1,7% при изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения, cos  — от 0,6 до 1,0 и частоты — от 47,5 до 52,5 Гц. Нерав­номерность распределения реактивной мощности при параллельной работе генераторов не превышает 3% номинальной реактивной мощности меньшего генератора.

Данные проведенных испытаний СВ показали, что при подклю­чении к генератору 250 кВА заторможенного короткозамкнутого электродвигателя мощностью 80 кВт, напряжением 380 В, а к гене­ратору 400 кВА — одновременно двух электродвигателей по 145 кВт, 380 В и при набросах режима нагрузки до 1,25 I_н время восстановления напряжения до установившегося значения с точ­ностью ± 2,5 % не превышает 0,2 с.

СВ с тиристорами в среднем весит 40—50 кг, размером 573453353 мм, в то время как масса ранее применявшейся СВ типа WGSR с каналом компаундирования составляет 450 кг, раз­мером 1000600600 мм.

Рассматриваемая СВ обеспечивает регулирование напряжения по отклонению и состоит из следующих основных узлов (рис. 85):

• измерительного элемента в виде моста на стабилитронах Ст1, Ст2 и резисторах R3, R4, блока его питания (трансформатор Тр4, выпрямители В₂), настроечных резисторов R_K1, R_K2 и дросселя Др2;

• блока параллельной работы (БПР), состоящего из ТТ, потен­циометра R_п, трансформатора Tpl, выпрямителя В1, резисторов Rl, R2, дросселя Др1;

• силового выпрямителя на тиристорах Т_У1, Т_У2, диодах Д6, Д7 с конденсаторами Cl, C2 и резисторами RIO, R11 защиты;

• системы импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами;

• схемы начального самовозбуждения.

Измерительный элемент собран по известной мостовой схеме с кремниевыми стабилитронами в двух плечах; питание получает от трехфазного трансформатора, имеющего две вторичные обмотки, одна из которых соединена в звезду, а другая — в треугольник. Напряжение этих обмоток выпрямляется, а затем суммируется. Благодаря такому соединению и подключению дросселя Др2 обеспечивается достаточная фильтрация входного напряжения измери­тельного элемента. Параметры измерительного элемента не изме­няются под воздействием температуры за счет подбора кремниевых стабилитронов с соответствующими температурными коэффициен­тами.

БПР выполнен по типовой схеме, обеспечивающей геометриче­ское сложение напряжения вторичной обмотки трансформатора Tpl с падением напряжения на сопротивлении резистора R_П, зави­сящим от характера нагрузки. При параллельной работе выводы а и b блоков возбуждения соединяются вместе.

В случае неравномерного распределения реактивной мощности напряжения на сопротивлениях резистора R1 будут разными, и это вызовет появление уравнительного тока и дополнительное падение напряжения на сопротивлениях резисторов R2, суммируемое с вы­ходным напряжением измерительных элементов. Этим обеспечи­вается изменение тока возбуждения и выравнивание распределения реактивной мощности.

Выпрямитель схемы возбуждения состоит из двух тиристоров и диодов, соединенных по однофазной мостовой схеме, что сущест­венным образом отличает данную схему от других схем возбужде­ния, в которых в основном применяется трехфазный мостовой выпрямитель. Выбранный однофазный выпрямитель позволил упростить СИФУ, пульсации же выпрямленного напряжения не оказали влияния на нагрев ротора.

Рис. 85. Система возбуждения типа TUR для СГ производства ПНР

СИФУ тиристорами выпрямителя содержит следующие элементы:

• усилитель — формирователь импульсов для каждого из тиристоров, представляющий собой блокинг-генератор (БГ) на транзистоpax Т1 и Т2. Длительность формируемых импульсов при отсутствии конденсаторов определяется в первую очередь формой кривой на­магничивания сердечника трансформатора;

• трехобмоточный трансформатор Тр2 для питания транзисторов Т1 и Т2 БГ. Форма напряжения питания близка к прямоугольной, что достигается применением схемы параллельного двустороннего ограничения на кремниевых стабилитронах Ст4, Ст5. Отношение напряжения одной половины вторичной обмотки к напряжению стабилитрона составляет 5:1, что позволяет осуществлять управле­ние тиристорами при 20 % U_Н. С третьей обмотки Тр2 снимается синусоидальное опорное напряжение для обеспечения фазового сдвига импульсов БГ.

СИФУ служит для преобразования непрерывного сигнала в им­пульсы с переменной фазой относительно анодных напряжений тиристоров. Фазовый сдвиг импульсов осуществляется на входе БГ, где сигналы управления измерительного моста (рис. 86, кри­вые 2, 3, 4) суммируются с синусоидальным опорным напряжением третьей обмотки Тр2 (синусоида 1), опережающим по фазе на 90° фазное напряжение питания тиристоров вследствие включения дросселя Др3.

В моменты равенства (точки М₁, М₂, М₃) результирующих зна­чений напряжений (кривые 2, 3, 4) с напряжением смещения лави­нообразно открывается триод БГ под действием обмотки положи­тельной обратной связи. Импульсы БГ, воздействуя на управляю­щие электроды тиристоров, открывают последние в положительные полупериоды приложенного напряжения.

При увеличении напряжения генератора (кривая 4) угол откры­тия тиристоров  увеличивается, угол проводимости уменьшает­ся, среднее выпрямленное напряжение уменьшается и, следова­тельно, напряжение возбуждения также понижается.

Рис. 86. Диаграмма напряжений: а — управления при отклонениях напряжения генера­тора от U_Н ; 1 — напряжение опорное синусоидальное; 2, 3, 4— результирующие значения напряжений управ­ления (U_y); 5 — напряжение смещения транзисторов; 6 — напряжение питания выпрямителя; 2' 3' 4' углы открытия тиристоров; б — векторная диаграмма опор­ного напряжения питания выпрямителя; 1 — напряже­ние опорное синусоидальное; 2 — фазное напряжение питания выпрямителя; 3 — напряжение вторичной об­мотки трансформатора Тр2

Наоборот, при пони­жении напряжения гене­ратора (кривая 2) угол проводимости увеличива­ется и напряжение воз­буждения повышается. Схема СИФУ обеспечива­ет изменение угла  в пре­делах от 5 до 175° при но­минальной нагрузке  = 85  90°, что свидетель­ствует о возможности большой форсировки воз­буждения.

Для обеспечения на­чального самовозбужде­ния генератора в схеме начального возбуждения используются те же тири­сторы и диоды выпрямителя основной схемы возбуждения. Остаточное напряжение генера­тора (не менее 6В) при достижении номинальной частоты вращения прикладывается к выпрямителю, в котором у тиристоров T_У1, Т_У2 управляющие электроды соединяются с анодом посредством кон­тактов реле Р1, диодов Д8 и токоограничивающих дросселей Др4, благодаря чему тиристоры работают как обычные диоды. Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока ток возбуждения не достигнет тока срабатывания реле Р1, после чего функцию регу­лирования принимает СИФУ. В случае замыкания контактов реле при возбужденном генераторе по причине какой-либо неисправно­сти, дроссель Др4 ограничивает ток управляющего электрода до допустимого значения при положительном напряжении на аноде тиристора, диоды Д8 запирают управляющие электроды при отри­цательном напряжении.

Схема возбуждения при высокой точности поддержания напря­жения и распределения реактивной мощности в статических и ди­намических режимах, независимости работы от изменений темпе­ратуры окружающей среды и степени нагрева отдельных элементов и генератора обладает следующими эксплуатационными до­стоинствами:

• достаточной безынерционностью в связи с отсутствием конден­саторов в измерительном элементе и других узлах;

• возможностью замены поврежденного регулятора возбуждения без тщательной подгонки параметров и точной регулировки эле­ментов;

• возможностью параллельной работы с сетью, что приобретает значение при переводе нагрузки от береговой сети после длитель­ной стоянки в порту;

• наличием своеобразной защиты в виде реле Р1 от потери воз­буждения генератора;

• 

  Рис. 87. Кривая затуха­ния тока КЗ генератора 400 кВА с системой воз­буждения типа TUR

  относительно небольшим количеством полупроводниковых эле­ментов и несложной схемой СИФУ тиристорами.

Вместе с тем схема возбуждения не лишена и недостатков, к числу которых следует отнести:

• трудность обеспечения селективности срабатывания защиты фидеров в связи с иным характером изменения тока КЗ по сравне­нию со схемами возбуждения, имеющими канал компаундирова­ния. Из рис. 87 видно, что ток симметричного КЗ синхронного ге­нератора 400 кВА спадает до нуля за время, равное 0,6с. Возможно, что за этот период сердечники электромагнитных расцепителей КЗ фидерных автоматов вернутся в исходное состояние в связи с уменьшением тока, так и не отключив КЗ, что приведет к потере возбуждения генератора и, следовательно, к обесточиванию всей судовой сети. Для восстановления нормального состояния необходимо сначала отключить поврежденный фидер, а затем приступить к повторному включению генератора. В судовых сетях, к которым не предъявляются требования селективности срабатывания защиты, а также в сетях, защищаемых только предохранителями, быстро спадающий ток КЗ не на­рушит функционирования защиты КЗ;

• отсутствие выключателя для снятия воз­буждения, что необходимо в процессе ре­монта и регулировки, когда требуются неод­нократные опробования схемы возбуждения без остановки дизеля;

недостаточно надежное начальное само­возбуждение в некоторых случаях эксплуа­тации, особенно после длительного бездей­ствия генератора. Это обстоятельство за­ставляет предусмотреть возможность уста­новки автономного источника питания или коммутирующего устройства для подачи низкого напряжения в ротор.

Система АРН типа SMUI фирмы «Стромберг». Данная система является унифицированной и изготавливается в следующих моди­фикациях: SMUI 75 К3 на ток до 75 A; SMUI 200 К1 на ток до 200 А при напряжении 145—190 В. Блок-схема системы изображе­на на рис. 88. Она является системой регулирования по откло­нению. Обмотка возбуждения (I— К) получает питание через управляемый выпрямительный мост 7, собранный на тиристорах по трехфазной нулевой схеме с шунтирующим

Рис. 88. Блок-схема АРН типа SMUI фирмы «Стромберг»

диодом. Ток возбужде­ния регулируется углом открытия тиристоров. Длительность им­пульсов управления, вырабатываемых в блоке 6, зависит от величи­ны напряжения на выходе усилителя 5. Эталонное напряжение — 6,2В формируется блоком 3 и может регулироваться потенциометром 4. От блока 3 получает питание усилитель 5 (±12 В). С помощью резистора 2, подключенного на трансформатор тока, устанавливается наклон характеристики регулятора. Напряжение на САРН от статора генератора подается через понижающий трех­фазный трансформатор 1 380/127 В. Блок 9 осуществляет защиту генератора от перенапряжения. Пер­воначальное возбуждение генерато­ра осуществляется блоком 8.

Точность регулирования напря­жения составляет ±1,5 %, время восстановления — 0,2с (регулируе­мое в пределах 0,1— 0,5 с). Напря­жение генератора может изменяться вручную в пределах ± 10 % от номи­нального значения. Регулятор устав­ки напряжения управляется дистан­ционно с помощью сервомотора.

Генераторы могут работать па­раллельно с генераторами других типов и с береговой сетью.

Работа схемы. Блок начального возбуждения. Для обеспечения самовозбуждения генератора в схеме предусмотрен блок первона­чального возбуждения (рис. 89), обеспечивающий повышение на­пряжения на обмотке статора до момента включения тиристоров. При напряжении 200В вступает в работу основная схема возбуж­дения. Угол открытия тиристоров в начальный момент возбуждения — максимальный, т.е. 120°, и уменьшается при дости­жении напряжения генератора до номинальной величины.

Схема состоит из автотрансформатора т3 380/220 В, диода на­чального возбуждения п5 и реле dl со схемой отключения. При пуске генератора напряжение фазы R повышается за счет транс­форматора т3 и через диод п5 подается на обмотку ротора, что приводит в свою очередь к увеличению напряжения фазы R. На­пряжение обмотки статора, таким образом, вырастает до 200В, лри этом происходит включение тиристоров и схема выходит на рабочий режим. При напряжении на обмотке статора 200В проис­ходит срабатывание реле dl, и схема первоначального возбуждения отключается. Напряжение питания реле dl — 48В обеспечивается от выпрямителя п16 через стабилизатор напряжения на транзисто­рах р3-р4 и стабилитронах п17-п18. Непосредственное включение реле dl осуществляется тиристором п20, напряжение включения ко­торого подбирается резисторами r31 и r35 таким образом, чтобы оно соответствовало напряжению статора генератора около 200В. Для более четкой работы схемы последовательно с управляющим электродом тиристора п20 включен стабилитрон п2.

Рис. 89. Схема блока первоначального возбуждения

Рис. 90. Схема регулирования

В случае полной потери остаточного намагничивания генератор необходимо подмагнитить от аккумулятора 12—24В. Однако необ­ходимо учесть, что так как напряжение возбуждения ротора выше 100В, то для защиты от перенапряжения других потребителей, если таковые подсоединены к аккумулятору, необходимо применить разделительный диод.

Схема регулирования. На рис. 90 представлена схема регулиро­вания напряжения. Для упрощения показано только одно плечо регулируемого тиристорного моста. На рис. 91 представлены эпюры напряжения и токов на элементах тиристорного моста: 1 — на­пряжение на входе тиристорного моста — U (напряжение статора); 2 — напряжение на обмотке возбуждения — U₀; 3 — ток в обмотке возбуждения — I_В; 4 —ток через обратный диод п4 — I_п4; 5 — ток через тиристор nl при холостом ходе — Iп1; 6 — напряжение на ти­ристоре nl при холостом ходе— U_n1.

Рис. 91. Эпюры напря­жения на элементах схе­мы	Рис. 92. Зависимость угла включения тиристора от величины выходного напряжения

Как уже говорилось, ток возбуждения генератора изменяется за счет регулирова­ния угла включения силовых тиристоров nl-п3 (см. рис. 90). Управление последними осуществляется через маломощные вспомо­гательные тиристоры п7, имеющие значи­тельно меньший ток управления.

При увеличении напряжения фазы R (U_R), конденсатор К9 заряжается через ре­зистор r13 до величины, равной напряжению включения тиристора. При открытии тири­стора конденсатор разряжается. Напряжение включения тиристоров (U_А5) складыва­ется из напряжения выхода усилителя (U_А4) и напряжения, поступающего по це­почке r13-r14. Диод п6 защищает конденса­тор от возможности подзарядки через со­противления r15-r16 при отрицательном значении напряжения выхода усилителя U_А4. С помощью сопротивления r13 устанавли­вается одинаковый угол включения всех тиристоров.

На рис. 92 показана зависимость угла включения тиристора от величины выходного напряжения усилителя U₄ и напряжения на конденсаторе U₅, где сплошная линия — напряжение усилителя 10В, ток возбуждения отсутствует; пунктирная линия — напряжение усилителя 8В; штрих-пунктирная линия — генератор под номинальной нагрузкой, напря­жение на выходе усилителя 5В; А — напряжение включения ти­ристора п7.

Рис. 93. Зависимость напряже­ния возбуждения генератора от напряжения усилителя

На рис. 93 представлена зависимость напряжения возбуждения генератора от напряжения усилителя.

При нарушении равновесия между напряжениями U_действ и U_этал (сброс или наброс нагрузки) происходит изменение на­пряжения на входе усилителя А4 (см. рис. 90), что приводит к изменению угла включения тиристоров, т.е. изменению тока воз­буждения, которое продолжается до восстановления равновесия напряжений U_изм и U_этал на входе усилителя. Угол включения ти­ристоров меняется от 46° (холостой ход) до 120° (форсировка воз­буждения генератора до 1,7 от номинального).

Для обеспечения параллельной работы в схеме регулятора предусмотрен токовый трансформатор fl, обеспечивающий необхо­димый статизм характеристики по реактивному току. Величина статизма устанавливается резистором r2. Работа данного узла схе­мы не отличается от существующих широко известных схем, поэто­му здесь не рассматривается.

Защита от перенапряжения. Защита от перенапряжений осу­ществляется схемой, приведенной на рис. 94. Диапазон настройки на срабатывание составляет 0,8 —1,5 U_ном. Схема воздействует на катушку расцепителя el, обеспечивающего отключение генератор­ного автомата и контактора схемы возбуждения генератора.

С помощью усилителя происходит сравнение напряжений устав­ки (вход 2) с фактическим (вход 3). При увеличении последнего относительно первого выходное напряжение усилителя возрастает до +10 В, ток через стабилитрон п14 и транзистор п15 включает тиристор п15 и защита срабатывает. Учитывая, что при возбуждении генератора наблюдается заброс напряжения до 1,1 —1,3 U_ном в течение 0,3—0,5с и при сбросе нагрузки заброс до 1,1 — 1,2 U_ном, в схеме предусмотрена цепь задержки К10-r25-К11, обеспечивающая выдержку до 600 мс.

Рис. 94. Схема защиты от перенапряжения

Тиристорная система регулирования напряже­ния фирмы «Стромберг» на судах типа «Белорус­сия». Блок-схема регуля­тора напряжения приве­дена на рис. 23. На ней изображены основные узлы регулятора: 1 — измерительный транс­форматор; 2 — выпрямительный мост; 3 — стабилизатор напряже­ния питания; 4 — потенциометр установки уровня напряжения; 5 — интегральный усилитель; 6 — блок управления тиристорами; 7 — тиристорный мост; 8 — трансформатор тока; 9 — потенцио­метр обратной связи. Как видно из рисунка, напряжение с шин генератора через трансформатор 1 поступает на выпрямитель 2. Оттуда сигнал подается на стабилизатор питания 3. Для полу­чения напряжения 12В, питающего цепи управления регулятора сравнения 6,2В, служат выпрямительный мост 2 и стабилизатор 3.

Б 63

Рис. 23. Блок-схема регулятора напря­жения СГ фирмы «Стромберг»

Разница напряжений сравнения и постоянного тока поступает на интегральный усилитель 5, который воздействует на блок уп­равления тиристорами 6. Блок 6, в свою очередь, управляет тиристорным мостом 7. Когда изменяется (увеличивается) нагрузка на генераторе, его напряжение падает, пропорционально умень­шается и напряжение постоянного тока. Однако напряжение срав­нения будет поддерживаться постоянным благодаря стабилизато­ру 3. Усилитель 5 усилит сигнал рассогласования. Чем больше этот сигнал, тем длительнее отперт тиристорный мост 7, который увеличивает напряжение возбуждения, а, следовательно, и ток, что приводит к повышению напряжения генератора. Таким обра­зом, усилитель 5 при различных нагрузках поддерживает ток воз­буждения в таких пределах, чтобы напряжение генератора оста­валось на заданном уровне.

Точность регулирования напряжения составляет ±1,5 %, вре­мя восстановления — 0,2с (регулируемое в пределах 0,1  0,5с). Напряжение генератора может изменяться вручную в пределах ± 10 % от номинального значения. Регулятор уставки напряжения управляется дистанционно с помощью серводвигателя. Для обес­печения самовозбуждения генератора в схеме предусмотрен блок первоначального возбуждения, обеспечивающий повышение напря­жения на обмотке статора до момента включения тиристоров. При напряжении 200В вступает в действие основная схема воз­буждения. Угол отпирания тиристоров в начальный момент воз­буждения — максимальный, т.е. 120°, и уменьшается при дости­жении напряжения генератора номинальной величины

Схема состоит из автотрансформатора т₂ 380/220В, диода начального возбуждения п₅ и реле d₁, (рис. 24). При пуске гене­ратора напряжение СГ повышается с помощью трансформатора т₃ и через диод п₅ подается на обмотку ротора, что приводит в свою очередь к увеличению напряжения СГ. Напряжение об­мотки статора повышается до 200В, при этом происходит вклю­чение тиристоров и схема выходит на рабочий режим. При на­пряжении на обмотке статора 200В срабатывает реле d₁ и схе­ма первоначального возбуждения отключается. Напряжение пита­ния реле d₁ — 48 В обеспечивается от выпрямителя п₁₆ через стабилизатор напряжения на транзисторах Р₃  Р₄ и стабилитро­нах п₁₇-п₁₈.

Непосредственное включение реле d₁осуществляется тири­стором п₂₀, напряжение включения которого подбирается резисто­рами R₃₁ и R₃₅ таким образом, чтобы оно соответствовало напря­жению статора генератора около 200В. Для более четкой работы схемы последовательно с управляющим электродом тиристора п₂₀ включен стабилитрон п₂.

Б 64

Рис. 24 Принципиальная схема первоначального возбуждения СГ фирмы «Стромберг»

Защита от перенапряжения. Блок защиты от перенапряжения представляет собой отдельную электронную схему. Во время пус­ка и разгона приводного двигателя регулятор поддерживает мак­симальное напряжение до тех пор, пока напряжение статора не превысит установленную величину эталонного напряжения. Затем возбуждение уменьшается за счет сокращения времени отпирания тиристоров. Время колебаний напряжения находится в пределах 0,3 — 0,5с.

Подмагничивание генератора. Остаточный поток может ока­заться недостаточным для самовозбуждения генератора. В этом случае для начального возбуждения используется внешний источ­ник питания. Для этой цели может быть применена аккумулятор­ная батарея 12  24В или другой источник постоянного тока. На рис 25 представлена схема регулирования напряжения. Для уп­рощения показано только одно плечо регулируемого тиристорного моста.

Как уже отмечалось, ток возбуждения генератора изменяется за счет регулирования угла включения силовых тиристоров Т₁—Т₃. Управление последним осуществляется через маломощ­ные вспомогательные тиристоры Т₄, имеющие значительно мень­ший ток управления.

При увеличении напряжения СГ конденсатор K₅ заряжается через резистор R₁₃ до величины, равной напряжению включения тиристора. При отпирании тиристора конденсатор разряжается. Напряжение включения тиристоров складывается из напряжения выхода усилителя и напряжения, поступающего по цепочке R₁₃ — R₁₄. Диод n₆ защищает конденсатор от возможности подзарядки через сопротивления R₁₅ — R₁₆ при отрицательном значении напря­жения выхода усилителя. С помощью сопротивления R₁₃ уста­навливается одинаковый угол включения всех тиристоров.

Для обеспечения параллельной работы в схеме регулятора предусмотрен трансформатор тока ТТ₁, создающий необходимый статизм характеристики, величина которого устанавливается ре­зистором R₂.

Б 66

Рис. 25 Тиристорная схема регулятора напряжения СГ фирмы «Стромберг»

Тиристорная система возбуждения СГ фирмы ASEA (рис. 22) состоит из системы управления, системы отпирания тиристоров, источника питания, выпрямителя возбуждения с пусковой системой, корректора распределения реактивной мощности при парал­лельной работе.

Система управления. Напряжение генератора (зажимы 54  56) подается через трехфазный многообмоточный трансформа­тор 27, выпрямитель 26, дроссель 25, сопротивления 31 и 32 на измерительный мост, состоящий из двух сопротивлений 23 и двух диодов Зенера 24. Выходное напряжение модулируется перемен­ным падением напряжения на сопротивлении 17 блокинг-генератора, сдвинутого на 90 эл.град. по отношению к напряжению, питаюшему через дроссель 18 выпрямитель возбуждения.

Изменение напряжения СГ вызывает изменение сигнала на вы­ходе измерительного моста и, в конечном счете, вертикальное перемещение синусоиды падения напряжения. Полученное таким образом напряжение является сигналом управления системы от­пирания тиристоров.

Система отпирания тиристоров состоит из двух блокинг-генераторов, которые преобразовывают напряжение управления в управляющие импульсы после превышения некоторого значения напряжения срабатывания. Блокинг-генератор питается прямо­угольным напряжением. Отпирающие импульсы частотой около 1,5 кГц снимаются с вторичной обмотки импульсных трансфор­маторов 11. Для ограничения возрастания напряжения на тран­зисторе 13 во время его запирания он шунтируется диодом Зе­нера 12 с напряжением около 30В. Диод 14 в цепи эмиттера транзистора 13 служит для создания отрицательной обратной связи, препятствующей работе блокинг-генератора в случае от­сутствия задающего напряжения.

В зависимости от величины сигнала на измерительном мосту (пропорционально напряжению генератора) момент запуска бло­кинг-генератора, а следовательно, и момент отпирания тиристора меняется от 0 до 180 эл. град.

Номинальное напряжение возбуждения генератора по отно­шению к напряжению его статора подобрано таким образом, что­бы при номинальной нагрузке угол проводимости тиристоров составлял около 90 эл. град. Система отпирания тиристоров выра­батывает пакет синхронизированных с сетью импульсов.

Источник питания. Трансформатор 19 питается фазным напря­жением. Он имеет три вторичных обмотки. Обмотки с зажимами 43—44—45 дают напряжение питания блокинг-генераторам. Эти напряжения выпрямляются и «обрезаются» диодами Зенера 22. Напряжения, питающие блокинг-генераторы, имеют вид, прибли­женный к прямоугольнику. Преимущество питания блокинг-гене­ратора полупериодным напряжением состоит в том, что тиристоры могут управляться только тогда, когда на управляющем элек­троде появляется положительный полупериод напряжения.

Обмотка трансформатора 19 с зажимами 41  42 питает цепь, состоящую из дросселя 18 и сопротивления 17. Протекающий по этой цепи ток создает падение напряжения на сопротивлениях 17, моделирующих входное напряжение измерительного моста. Коэффициент трансформации трансформатора 19 подобран таким об­разом, чтобы блокинг-генератор мог работать уже при 30 % но­минального напряжения генератора.

Б 60	Рис. 22 Тиристорная система возбуждения СГ фирмы ASEA

Выпрямитель напряжения с пусковой системой питается фаз­ным напряжением СГ через дроссель 5, задачей которого являет­ся ограничение крутизны нарастания тока в тиристорах, а также радиопомех.

Для предохранения тиристоров от короткого замыкания при­меняются быстродействующие предохранители 3, а для защиты от перенапряжения RC—цепочки (37, 38).

Пусковая система, содержащая дроссель 6 и диод 7, вклю­ченные через размыкающиеся контакты реле 4, дает возможность первоначального самовозбуждения генератора от остаточного на­пряжения до значения, при котором начинается управление тири­сторами с помощью пакета импульсов, вырабатываемых блокинг-генераторами.

При соединении управляющего электрода тиристора с анодом через дроссель 6 и диод 7 тиристор работает как диод. После пуска приводного двигателя начинается процесс самовозбуждения генератора за счет остаточного напряжения. Когда ток возбуж­дения возрастает до значения, необходимого для срабатывания реле, размыкаются контакты реле 4 в цепи управления тиристо­рами. В момент срабатывания этого реле значение напряжения является достаточным для запуска блокинг-генератора и поэтому начинается процесс управления тиристоров блокинг-генераторами, что вызывает возрастание напряжения СГ до поминального зна­чения.

Диоды 7 и дроссель 6 защищают управляющие электроды ти­ристоров от повреждений.

В случае понижения или исчезновения остаточного намагни­чивания предусмотрена система подпитки от аккумуляторной ба­тареи 43 при нажатии на кнопку 40.

Корректор распределения реактивной мощности. Результирую­щее напряжение на выпрямителе 33 и выпрямленное напряжение на сопротивлении 29 дают геометрическую сумму вышеперечис­ленных напряжений, которая зависит от величины и характера нагрузки генератора.

В случае временного неравномерного распределения нагрузки между генераторами напряжение на сопротивлениях 29 регулято­ров, соединенных между собой, будет отличаться друг от друга, что вызовет появление уравнительного тока. Падение напряже­ния, обусловленное этим током в сопротивлениях 28, суммируется с выходным сигналом измерительного моста, что обеспечивает корректировку тока возбуждения и сравнение распределения реак­тивной нагрузки. Регулятор напряжения работает по отклонению.

Его быстродействие ве­лико не только вслед­ствие использования ти­ристоров, но и потому, что используются СГ с малыми постоянными времени как цепи стато­ра, так и ротора. Он на­дежен в работе, его мас­са и габариты во много раз меньше по сравне­нию с существующими системами амплитудно-фазового компаундиро­вания.

Тиристорная система возбуждения СГ на судах типа «Иван Франко». Данная система состоит из СГ с самовозбуждением и электронной схемы, позволяющей поддерживать с высокой точ­ностью напряжение генератора при изменении нагрузки от 0 до 110 % с соs  от 1 до 0,4.

Стабилизация напряжения достигается изменением тока воз­буждения генератора.

Электронная схема системы регулирования (рис. 26) содер­жит четыре функциональных блока: управляемого выпрямителя; контроля частоты вращения; регулятора напряжения; контроля неисправностей.

Управляемый выпрямитель. Напряжение на обмотку возбуж­дения подается от зажимов генератора через выпрямительную схему, которая состоит из тиристора Р и двух диодов п02 и п03. Регулирование тока возбуждения производится путем изменения угла отпирания тиристора Р. Тиристор отпирается серией высо­кочастотных импульсов, поступающих на его управляющий элек­трод из блока регулирования напряжения.

В момент времени, когда тиристор заперт, ток обмотки воз­буждения проходит через диоды п04 и п05, включенные с ней параллельно.

Для подавления радиопомех, возникающих при работе тири­стора, в схеме выпрямителя применяется фильтр, состоящий из трех конденсаторов К06, К07, К08.

Для защиты и аварийного отключения выпрямителя исполь­зуются два быстродействующих предохранителя el и el.

Величина напряжения на управляющем электроде тиристора ограничивается стабилитроном п01. Параллельно диодам и тири­стору включены RC-цепочки, которые ограничивают импульс об­ратного напряжения, возникающий на них при работе.

Регулятор напряжения нормально работает при провалах вы­ходного напряжения генератора до 30 % от номинального. При более глубоком провале происходит аварийное отключение генератора.

Блок контроля частоты вращения обеспечивает возбуждение генератора в момент его запуска и осуществляет контроль ча­стоты выходного напряжения генератора. При разгоне генератора его выходное напряжение, возникающее за счет остаточной намагничености, поступает на реле d51. Цепь тока реле образуется замкнутыми контактами реле d53, контактами пакетного выклю­чателя b5 дросселем т51 и конденсатором К51, диодами схемы выпрямления п53, п54, п51, п52, контактами пакетного выключа­теля b5 и замкнутыми контактами реле d53. Так как в цепи реле d51 находится контур последовательного резонанса d 51 и К51, настроенный на частоту 50 Гц, то резкое увеличение тока в цепи реле d51 происходит при достижении частоты выходного напря­жения генератора, близкой к номинальному.

Реле d51 должно срабатывать, когда частота напряжения до­стигает значения порядка 47 Гц. При срабатывании реле d51 замыкаются его контакты, через которые на управляющий элек­трод тиристора Р подается выходное напряжение генератора по цепи: фаза R, предохранитель е3, контакты пакетного выключа­теля b5, контакты реле d53, диод п56. В период пуска угол от­пирания тиристора практически равен нулю, и напряжение на выходе генератора начинает быстро увеличиваться. Когда на­пряжение на выходе генератора достигнет 200В, срабатывает реле d53 и размыкает свои контакты. К этому моменту вступает в действие блок регулятора напряжения и на управляющий элек­трод тиристора поступают импульсы с его выхода.

Б 68	Рис. 26 Принципиальная схема регулятора напряжения СГ на судах типа «Иван Франко»

Кроме этого, при срабатывании реле d53 происходит пере­ключение питания цепи реле d51 с резонансным контуром с вы­ходных шин генератора на вторичную обмотку понижающего трансформатора т52. Так завершается пуск генератора.

В таком состоянии схема работает до тех пор, пока по ка­ким-либо причинам не уменьшится частота вращения генератора, а, следовательно, частота выходного напряжения.

Снижение частоты вращения генератора вызывает увеличе­ние тока возбуждения, так как регулятор пытается поддерживать номинальное напряжение. Однако ток возбуждения не должен выходить за допустимые границы. При частоте 39Гц происходит выключение реле d51, и подача запускающих импульсов на уп­равляющий электрод тиристора прекращается. Тиристор закры­вается и прерывает цепь тока возбуждения, выходное напряже­ние генератора начинает падать. Когда напряжение на выходе генератора достигает номинального значения, происходит обесточивание реле d53, и цепь реле d51 с резонансным контуром от­ключается от вторичной обмотки трансформатора т2 и подклю­чается к выходным зажимам генератора.

Напряжение на выходе генератора при пониженной скорости вращения будет недостаточным для срабатывания реле d51 и поэтому повторного возбуждения генератора не произойдет. Для его возбуждения необходимо увеличить частоту вращения до номинальной. Приведенные значения частоты, при которых проис­ходит включение и выключение реле d51, являются ориентировоч­ными. В действительности схема должна быть отрегулирована таким образом, чтобы ток возбуждения не превышал допустимого значения. Настройка резонансного контура производится путем переключения отводов на дросселе т51.

В блоке регулятора напряжения осуществляется контроль отклонения выходного напряжения генератора от заданного. С величиной этого отклонения связан момент возникновения гене­рации в блокинг-генераторе, с выхода которого на управляющий электрод регулируемого тиристора поступает серия импульсов.

Схемой, чувствительной к отклонению выходного напряжения генератора, является мостик, образованный стабилитронами п21, п22, п23, п24 и резисторами R23  R28.

Постоянное напряжение на мостик подается от трехфазной мостовой схемы выпрямителя (диоды п121  п126) через фильтр, образованный резистором R21 и конденсаторами К21 и К22.

Величина тока через мостик может регулироваться резисто­ром R21, который служит для установки выходного напряжения генератора. Постоянное напряжение, пропорциональное отклоне­нию напряжения генератора от заданного, снимается с диагонали мостика и складывается с переменным синхронизирующим напря­жением, поступающим с обмоток трансформаторов m11, m12, m13.

Результирующее напряжение подается в цепь базы транзи­стора Р3 блокинг-генератора. Режим блокинг-генератора выбран таким образом, что он начинает генерировать импульсы, если в цепь базы его транзистора подается напряжение менее 1,8В. Если это напряжение становится больше 1,8В, то генерация сры­вается.

Импульсы с вторичной обмотки трансформатора т3 через диод п31 и резистор R34 поступают на стабилитрон п32, который ограничивает их по амплитуде. Со стабилитрона импульсы через диод п33 подаются на управляющий электрод тиристора.

На схему, контролирующую отклонение напряжения генера­тора с трансформаторов тока, подается напряжение, пропорцио­нальное току нагрузки, которое снимается с резисторов R0l, R02, R03. Эта цепь обратной связи вызывает снижение напряжения генератора в пределах 2 %  6 % при низком значении коэффициен­та мощности.

Блок контроля неисправностей производит аварийное отклю­чение генератора при повышении или падении выходного напря­жения генератора выше или ниже допустимого в результате какой-либо неисправности.

Питание блока осуществляется от трансформатора т6 через выпрямительный мостик, состоящий из диодов п611— п614 и фильтра R61 и К61.

С экранированной обмотки трансформатора 6 через выпря­мительные диоды п621—п624 и фильтр R621, К621 постоянное напряжение подается на потенциометр R622.

При поминальном напряжении генератора напряжение на вы­ходе фильтра равно 30В. Напряжение, поступающее на потен­циометр R622, меняется пропорционально изменению выходного напряжения генератора.

Движок потенциометра R622 устанавливается таким образом, чтобы пробой стабилитронов п681 и п682 происходил при увели­чении напряжения генератора выше номинального на 2 %.

При исправном регуляторе повышение напряжения генера­тора на 2 % вызывает прекращение поступления импульсов на управляющий электрод тиристора Р. Поэтому такое повышение напряжения возможно только при неисправном регуляторе или поврежденном тиристоре. При пробое стабилитронов п681 и п682 и наличии возбуждения отпирается транзистор Р64. При этом напряжение с резистора R625 через разделительный диод п65 поступает на базу транзистора Р62. Транзисторы Р62 и Р63 от­пираются, и происходит срабатывание реле d61, которое своими контактами включает контактор с6 и закорачивает накоротко вход регулируемого выпрямителя цепи возбуждения. Это приво­дит к немедленному перегоранию предохранителя тиристора е1 (время срабатывания предохранителя около 10мкс), и напряже­ние возбуждения падает до нуля.

Если по какой-либо причине происходит резкое снижение на­пряжения возбуждения, то исчезает положительное напряжение на потенциометре R632. В результате транзистор р61 запирается, транзисторы р62 и р63 отпираются и реле d51 срабатывает.

Контактор С6 не включается из-за отсутствия на нем напря­жения.

Контактами реле d61 разрывается цепь питания генератор­ного выключателя. Тем самым полностью отключается повреж­денный генератор от сети. Контактами реле d61 замыкается так­же цепь сигнализации повреждения возбуждения.