Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ)
Согласно Правилам технической эксплуатации все генераторы независимо от их мощности и напряжения должны иметь устройство форсировки возбуждения, а генераторы мощностью 3 МВт и выше должны быть также оснащены автоматическими регуляторами возбуждения (АРВ).
Рис.1. Схема релейной форсировки возбуждения генератора
Простейшим автоматическим устройством, предназначенным для быстрого увеличения возбуждения генератора в аварийном режиме, является релейная форсировка возбуждения (реле KV и контактор КМ на рис.1). Принцип действия форсировки состоит в том, что при значительном снижении напряжения на зажимах генератора (обычно ниже 85% номинального) реле минимального напряжения К V замыкает свои контакты и приводит в действие контактор форсировки КМ, который, срабатывая, закорачивает сопротивление шунтового реостата в цепи возбудителя RR. В результате ток возбуждения возбудителя быстро возрастает до максимального значения и возбуждение генератора достигает предельного значения.
Рис.2. Схема APB генератора пропорционального действия
Широко распространенными APB являются устройства компаундирования в сочетании с корректором напряжения (рис.2).
Термин «компаундирование» обозначает автоматическое регулирование тока возбуждения машины в зависимости от тока статора. В нормальном режиме в случае увеличения тока статора (при активно-индуктивной нагрузке) напряжение генератора уменьшается, но устройство компаундирования автоматически увеличивает ток возбуждения возбудителя, а следовательно, и ток ротора генератора, благодаря чему напряжение на зажимах статора генератора восстанавливается.
Устройство компаундирования успешно работает и в аварийных режимах работы генератора, когда напряжение генератора снижается, а ток в обмотке статора значительно возрастает.
В схему компаундирования входят трансформаторы тока ТА, вторичные обмотки которых включены на промежуточный трансформатор Т, а также выпрямитель VD1, который выпрямляет ток компаундирования перед подачей его в обмотку возбуждения возбудителя LGE. Ток компаундирования IK без учета коррекции пропорционален IГ.
Компаундирование в чистом виде не может обеспечить достаточно точное поддержание напряжения генератора. Поэтому одновременно с регулированием возбуждения по току статора генератора применяется еще регулирование по напряжению статора. Для введения регулирующего импульса по напряжению трансформатор Т (универсальный трансформатор с подмагничиванием) оснащается еще обмотками 2 и 4 (рис.2,а).
Ток в обмотке 2 пропорционален UГ. Фаза тока IН подобрана так, что ток IН совпадает по фазе с реактивной слагающей тока генератора. Поэтому при чисто активной нагрузке МДС обмоток 1 и 2 взаимно сдвинуты на 90°, а при чисто реактивной нагрузке генератора они совпадают по фазе.
Вследствие этого ток компаундирования при неизменных величинах IГ и UГ получается тем больше, чем ниже cosφ или выше реактивная нагрузка генератора, - это так называемое фазовое компаундирование, которое обеспечивает более точное поддержание напряжения, так как ток компаундирования зависит не только от абсолютного значения тока генератора, но и от cosφ.
Через обмотку 4 подмагничивания Т производится окончательная коррекция тока компаундирования относительно заданного значения UГ при помощи корректора напряжения.
В общем случае в состав корректора напряжения входят измерительные элементы И1 и И2, включаемые в цепь трансформатора напряжения TV через установочный автотрансформатор Т1.
Принцип действия измерительного органа корректора поясняется рис.2,б. Выпрямленный ток I1 на выходе измерительного элемента И1 прямо пропорционален входному напряжению. Поэтому этот элемент называется линейным.
Выпрямленный ток I2 на выходе элемента И2, который называется нелинейным, имеет нелинейную зависимость от входного напряжения (рис.2,б). Оба тока I1 и I2 поступают в усилитель У, который реагирует на их разность и усиливает ее. Ток выхода корректора поступает в данном случае в обмотку 4 подмагничивания Т.
Из рис.2,б видно, что при снижении напряжения на входе измерительных элементов менее U1 под действием разности токов (I1-I2) ток выхода корректора увеличивается. Корректор поддерживает то напряжение генератора, которое соответствует напряжению U1 на входе измерительных элементов. С помощью автотрансформатора T1 можно изменять настройку корректора.
Рассмотренная схема АРВ относится к группе регуляторов пропорционального действия, реагирующих на отклонение тока статора и напряжения статора генератора.
Разработаны и находятся в эксплуатации регуляторы сильного действия, реагирующие на скорости изменения параметров регулирования, а также на их ускорение. Устройство АРВ сильного действия в сочетании с быстродействующими системами возбуждения, имеющими высокие скорости изменения напряжения возбуждения и большие значения потолочного напряжения возбудителя, обеспечивает значительное повышение устойчивости параллельной работы генератора. С целью повышения эффективности в закон регулирования вводятся также составляющие Δf и f'.
Рис.3. Структурная схема АРВ сильного действия
Структурная схема АРВ сильного действия приведена на рис.3. Автоматическое регулирование возбуждения состоит из двух основных звеньев: измерительного звена и усилителя-сумматора.
В измерительное звено входят блоки измерения напряжения (БИН) и частоты (БИЧ). Блок БИН содержит предвключенный элемент БКТ, в котором происходит автоматическая коррекция измеряемого напряжения в зависимости от реактивной составляющей тока генератора. После БКТ сигнал поступает на измерительные элементы ΔU (отклонение напряжения) и U' (производная напряжения), выход которых пропорционален указанным величинам. Блок БИЧ имеет измерительные элементы, выход которых пропорционален Δf и f'.
Усилитель-сумматор представляет собой двухкаскадный магнитный усилитель, выходной сигнал которого направляется на управление рабочей и форсировочной группами тиристоров быстродействующей системы возбуждения (исполнительный элемент).
Для улучшения характеристик АРВ (повышения быстродействия и др.) в схему регулятора обычно вводят обратные связи ОС.