Влияние автоматического регулирования возбуждения

Расчет параметров режима переходного процесса при наличии АРВ у генераторов можно упростить, если воспользоваться методом наложения. При этом рассматриваются два независимых режима: при неизменном напряжении возбуждения (U_f=пост.), т.е. приращение за счет АРВ отсутствует ∆U_f=0 и дополнительного напряжения за счет действия АРВ ∆U_f. Из первого режима находят приращение тока при неизменном возбуждении ∆I_пtб/АРВ, из второго - от действия АРВ ∆I_пtАРВ.

Естественно, что этот ток, благодаря действию регулятора, не может превысить ток генератора при номинальном напряжении U_н. Как только на выводах генератора установиться режим нормального напряжения, дальнейшее изменение тока прекращается.

Величину ∆I_пtАРВ можно определить, если известна система возбуждения и закон регулирования возбуждения. Пусть нам задана функция F(t), характеризующая закон изменения единичного тока статора при действии АРВ. Её граничные значения известны: для t=0 F(t)=0 и для t=µ функция F(t)=1.

Действующее значение периодической слагающей тока КЗ с учетом АРВ определяется выражением

I_пtАРВ=I_пtб/АРВ+∆I_прF(t),

где I_пtб/АРВ - периодическая слагающая тока при отсутствии АРВ; ∆I_пр - предельное приращение установившегося тока КЗ, равное разности установившихся токов при предельном и предшествующем возбуждениях.

При машинном возбуждении для генератора без демпферных обмоток функция F(t) имеет вид

F(t)=1 - (Тʹ_d е^{-t/ Тʹd} - Т_е е^{-t/ Те})/(Тʹ_d - Т_е),

где Т_е - постоянная времени экспоненциальной функции, приближенно заменяющей сложную функцию нарастания возбуждения.

Для машин с демпферными обмотками функция F(t) имеет более сложный вид. В случае тиристорной системы возбуждения, когда Т_е ≈ 0

F(t)=1 - е^{-t/ Тʹd} .

Для машин без демпферных обмоток при Т_е ≈ 0 периодическая составляющая тока КЗ генератора с АРВ выражается зависимостью

I_пt = +[ - ]е^{-t/ Тʹd}.

При известных значениях I_пt можно определить ЭДС E_qt и Eʹ_qt

E_qt=I_пt(Х_d+Х_вн); Eʹ_qt=I_пt(Хʹ_d+Х_вн).

Напряжение на выводах генератора рассчитывается как U_гt=I_пtХ_вн.

При отключении генератора от поврежденных шин ток статорной обмотки прерывается. Размагничивающая реакция статора прекращается. Однако она компенсируется благодаря возникновению размагничивающего свободного тока в обмотке возбуждения так, что результирующее потокосцепление в генераторе не изменяется. В начальный момент отключения переходная ЭДС Eʹ_q, обусловленная результирующим потокосцеплением также не изменяется. Отключенный генератор находится в режиме холостого хода. Очевидно, что при этом Eʹ_q=E _q=U в любой момент времени.

Если в момент коммутации t₁ величина E′ _qt1=E _qt1=U _t1 < U_ном, то даже при отключении генератора с АРВ от поврежденной цепи форсировка будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на выводах генератора не станет равным U_ном. С учетом действия форсировки режим будет изменяться по закону

Eʹ_qt1=E_qt1=U_t1=E_qпр+(Eʹ_qt1 - E_qпр)е^{-(t-t1)/ Тfo} £ U_ном,

где t₁- момент времени, когда произошло отключение генератора (момент коммутации).

Форсировка возбуждения не всегда действует в момент отключения. При отключенных удаленных КЗ может возникнуть расфорсировка возбуждения, если Eʹ_qt1=E _qt1=U_t1 > U_ном.

При неограниченно длительном процессе (т.е.I_f=0 и E_q= 0) расфорсировку генератора, работающего вхолостую можно описать уравнением

Eʹ_qt1=E_qt1=U_t1=E_qt1е^{-(t-t1)/ Тfo} £ U_ном.

При аварийных отключениях генератора от сети, а также при эксплуатационных отключениях вступает в действие (автоматически или полуавтоматически) автомат гашения поля. Его контактная система сначала подключает к обмотке возбуждения (возбудителю) резистор, а затем быстро отключает возбудитель (тиристорный возбудитель запирается). Электромагнитная энергия, запасенная обмоткой возбуждения, поглjщается резистором, генератор развозбуждается.

Процесс развозбуждения отключенного от сети генератора протекает без скачкообразного изменения режимных параметров генератора с постоянной времени

T_г=T_f0/(1+R_г /R_f),

где R_г, R_f - активные сопротивления соответственно резистора и обмотки возбуждения.

При полном развозбуждении I_f=0 и E_q=0 уравнение имеет вид

Eʹ_qt=E_qt=U_t=E_qt2е^{-(t-t2)/ Тг} ,

где E_qt2 - значение синхронной ЭДС в момент включения автомата t₂.

Если автомат гашения поля (АГП) вступает в действие не при отключенном от сети генераторе, то уравнение описывающее переходной процесс имеет вид

E_qt=E_qt2е^{-(t-t2)/Тʹг} , I_пt=U_t2е^{-(t-t2)/Тʹг} ,

I_пt=I_пt2е^{-(t-t2)/Тʹг} , E_qt=E_qt2е^{-(t-t2)/Тʹг} ,

где T^ʹ_г=T^ʹ_d/(1+R_г/R_f) - постоянная времени АГП.