Системы возбуждения с возбудителем переменного тока и полупроводниковыми выпрямителями
Система возбуждения с возбудителем повышенной частоты и неподвижными полупроводниковыми выпрямителями.
В системе возбуждения в качестве вспомогательного генератора применяется высокочастотный генератор индукторного типа. Такой генератор не имеет обмотки на вращающемся роторе, что повышает его надежность в эксплуатации. Повышенная частота (500 Гц) позволяет уменьшить габариты и повысить быстродействие системы возбуждения.
Индукторный высокочастотный
генератор-возбудитель ВГТ имеет три
обмотки возбуждения, расположенные
вместе с трехфазной обмоткой переменного
тока на неподвижном статоре. Первая из
них 
включается последовательно с обмоткой
ротора основного генератора ОВГ и
обеспечивает основное возбуждение ВГТ.
Благодаря включению
последовательно с обмоткой ротора
основного генератора обеспечивается
резкое увеличение возбуждения ВГТ при
коротких замыканиях в энергосистеме
вследствие броска тока в роторе. Обмотки
и 
получают питание от высокочастотного
подвозбудителя ВЧП через выпрямители.
Подвозбудитель (высокочастотная машина
400 Гц с постоянными магнитами), как и
вспомогательный генератор ВГТ, соединен
с валом турбогенератора.
Регулирование тока в и в осуществляется с помощью двух устройств — соответственно регуляторов электромагнитного типа АРВ (автоматический регулятор возбуждения) и УБФ (устройство бесконтактной форсировки возбуждения).
Устройство АРВ обеспечивает поддержание напряжения генератора в нормальном режиме работы изменением тока в обмотке . Устройство УБФ обеспечивает начальное возбуждение генератора и его форсировку при снижении напряжения более чем на 5%.
Высокочастотная система (рис. 20.16) установлена на некоторых турбогенераторах мощностью 160-320 МВт. По своему быстродействию она эквивалентна электромашинной системе возбуждения. Поэтому в дальнейшем предполагается замена этой системы более быстродействующими системами.
Система возбуждения с возбудителем 50 Гц и статическими выпрямителями (статическая тиристорная система независимого возбуждения). В этой системе возбуждения (рис. 20.17) группа статических выпрямителей преобразует переменный ток возбудителя GE с частотой50 Гц в постоянный. Возбудителем является синхронный генератор, расположенный на одном валу с возбуждаемым генератором (независимое возбуждение). Статическая выпрямительная установка состоит из управляемых полупроводниковых кремниевых выпрямителей - тиристоров.
Высокочастотная система возбуждения:
FV – разрядник; R-разрядный резистор; АГП — автомат гашения поля; КМ - контакты контактора; LC – обмотка возбуждения генератора; LE - обмотка возбуждения возбудителя; GEA — подвозбудитель; А - магнитный усилитель
Рис 20.16
Статическая тиристорная система независимого возбуждения:
ТА1 – трансформатор, питающий системы управления вентилями рабочей группы AVD1 и форсировочной группы AVD2;
Рис 20.17
Если необходимы небольшие потолки возбуждения (порядка ), возможно применение одной группы тиристоров. В системах возбуждения с высокими потолками возбуждения (более ) и одной группой тиристоров после коммутации тока с одного вентиля на другой возникает большой скачок напряжения на погасшем тиристоре. Это увеличивает вероятность пробоя тиристоров, искривляет форму кривой выпрямленного напряжения и создает перенапряжения в обмотке ротора. Поэтому при высоких потолках возбуждения обычно применяют две группы тиристоров - рабочую VD1 и форсировочную VD2. Обе группы соединяют параллельно по трехфазной мостовой схеме. За счет коммутации тиристора одной группы на тиристор другой группы обратное напряжение тиристоров рабочей группы уменьшается. Рабочая группа тиристоров обеспечивает основное возбуждение генератора в нормальном режиме, форсировочная группа форсировку и гашение поля генератора в аварийных режимах, поэтому в нормальном режиме она работает с небольшими токами (20-30% номинального тока ротора); при форсировке форсировочная группа (полностью либо частично) открывается и обеспечивает весь ток форсировки, а рабочая группа тиристоров запирается более высоким напряжением форсировочной группы.
Для питания двух групп тиристоров обмотку каждой фазы возбудителя выполняют из двух частей: части низкого напряжения, сечение проводников которой рассчитано на длительное прохождение рабочего тока, и части высокого напряжения, сечение проводников которой рассчитано на кратковременное прохождение тока форсировки. К первой подключены тиристоры рабочей группы, а ко второй - форсировочной группы.
Независимая система возбуждения с
возбудителем переменного тока и
статическими преобразователями обладает
высоким быстродействием
(
),так
как она имеет высокие потолки возбуждения
(до 
и,
вследствие безынерционности тиристоров,
малые постоянные времени (
).
Кроме того, система позволяет производить
замену вышедших из строя тиристоров
без останова генератора и осуществлять
гашение поля генератора путем перевода
тиристоров в инверторный режим. К
недостаткам этой системы возбуждения
следует отнести наличие возбудителя
переменного тока, который усложняет
эксплуатацию и увеличивает стоимость
всей системы возбуждения(по сравнению
с системой самовозбуждения, рассмотренной
ниже), а также наличие скользящих
контактов (в ней сохраняются контактные
кольца и щетки ротора). Эта система
целесообразна для возбуждения гидро-
и турбогенераторов мощностью 250 - 300 МВт
и более, если генераторы работают на
длинные линии электропередачи или
расположены вблизи потребителей, у
которых вследствие работы дуговых
печей, прокатных станов резко колеблется
напряжение.
. Бесщеточная систсма возбуждения:
а - принципиальная схема; б - схема взаимного расположения основного оборудования
Рис. 20.18
Система возбуждения с возбудителем 50 Гц и вращающимся выпрямителями (бесщеточюя система). В этой системе (рис. 20.18, а) в качестве возбудителя GE используется синхронный генератор частотой 50 Гц особой конструкции: его обмотка возбуждения LE расположена на неподвижном статоре, а трехфазная обмотка переменного тока - на вращающемся роторе. Обмотка LE получает питание через выпрямители VDE от подвозбудителя GЕА индукторного типа с постоянными магнитами. Переменный ток трехфазной обмотки якоря возбудителя выпрямляется с помощью вращающихся с той же частотой вращения выпрямителей, в качестве которых используют неуправляемые полупроводниковые (кремниевые) выпрямители - диоды и управляемые - тиристоры. На рис. 20.18, б показана бесщеточная система с тиристорами VD, которые смонтированы на дисках Д1, расположенных на валу между возбудителем и соединительной муфтой Y. В том же месте на других дисках Д2 расположены делители напряжения, выравнивающие распределение напряжения на тиристорах, и плавкие предохранители, отключающие пробитые тиристоры. Количество тиристоров выбрано с таким расчетом, чтобы при выходе из работы части их (около 20%) оставшиеся в работе могли обеспечить возбуждение в режиме форсировки. Поскольку обмотка переменного тока возбудителя, тиристоры и обмотка возбуждения генератора вращаются с одной частотой вращения, то их можно соединить между собой жестким токопроводом без применения контактных колец и щеток. Регулирование тока возбуждения возбуждаемой машины осуществляется от АРВ путем воздействия на тиристоры через импульсное устройство А и вращающийся трансформатор ТА.
Статическая тиристорнзя система возбуждения
Рис 20.19
Достоинством бесщеточной системы возбуждения является отсутствие коллекторов, контактных колец и щеток, благодаря чему значительно повышается надежность ее работы и облачается эксплуатация. Недостатком этой системы возбуждения является необходимость останова машины для подключения резервного возбуждения и замены вышедших из строя выпрямителей и перегоревших предохранителей.
Безщеточная система используется для возбуждения синхронных компенсаторов мощностью 50 MB∙А и более и турбогенераторов мощностью 800 MBт и более.