Расчет системы возбуждения и тока короткого замыкания генератора типа TAIYO

Министерство образования и  науки, молодежи и спорта Украины

                      Одесская национальная морская академия

 

 

Расчетно-графическая работа

По  дисциплине: «СЭЭС»

На  тему: «Расчет системы возбуждения и тока короткого замыкания генератора типа TAIYO»

 

 

 

 

 

 

                                                                                                   Выполнил курсант

                                                                                                   Гр..2331 ФЭМ и РЭ

                                                                                                   Салабутин Д.С.

 Проверил:

 Толстов А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

                                                       Одесса 2013

Содержание

 

 

1. Введение.
2. Устройство.
3. Расчет системы возбуждения генератора типа «TAIYO».
4. Расчет тока короткого замыкания генератора.
5. Вывод.
6. Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Система возбуждения синхронного  генератора, СВГ, предназначена для  питания обмотки возбуждения  турбогенератора, автоматически регулируемым постоянным током, в нормальных и  аварийных режимах работы генератора.

Система возбуждения обеспечивает:

• пуск, по одной команде с заданным алгоритмом и темпом нарастания напряжения генератора. На завершающем этапе пуска при поступлении на соответствующие входы напряжения пропорционального напряжению сети обеспечивается подгонка уставки напряжения турбогенератора к напряжению сети;
• работу генератора в автономном режиме и в энергосистеме с нагрузками, от холостого хода до номинальной и с перегрузками, допускаемыми турбогенератором;
• устойчивую работу турбогенератора в переходных и аварийных режимах, при сбросах и набросах нагрузки, режимах недовозбуждения допускаемых генератором по условиям устойчивости и нагрева;
• форсировку возбуждения или развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих снижение или увеличение напряжения генератора;
• гашение поля обмотки возбуждения генератора при нормальном останове генератора инвертированием через тиристоры, а в аварийных режимах генератора и отключением АГП;
• автоматическое регулирование тока возбуждения турбогенератора с использованием пропорционально – интегрального (ПИ) закона регулирования по отклонению напряжения генератора и изменению реактивной составляющей тока статора и отклонению тока ротора;
• дистанционное изменение уставки напряжения генератора в пределах от 80 до 110 % номинального значения;
• ручное регулирование тока возбуждения в диапазоне от 0 % до 200 % (задается уставками);
• ограничение тока возбуждения генератора двукратным значением по отношению к номинальному току, а также ограничение перегрузки по току ротора генератора по время-зависимой характеристике;
• контроль перегрузки по току статора генератора по время-зависимой характеристике;
• контроль и ограничение реактивной мощности генератора в зависимости от значения активной;
• «подгонку» уставки напряжения турбогенератора к напряжению сети с точностью 0,3 % от установившегося напряжения сети;
• точность поддержания напряжения на выводах турбогенератора в пределах 0,5 % от заданной статической характеристики;
• постоянный контроль сопротивления изоляции цепей ротора;
• начальное возбуждение генератора от сети постоянного напряжения 220 В. или 110 В.;
• контроль токов фаз первичной обмотки питающего трансформатора.

УСТРОЙСТВО

Система возбуждения генератора состоит из следующих функциональных систем:

• силовая схема;
• автоматические регуляторы;
• защиты;
• система управления.

 

Системы возбуждения, используемые в настоящее время на судах  действующего флота, являются замкнутыми комбинированного типа прямого действия с амплитудно-фазовым компаундированием. В качестве объекта управления в  основном применяется надежный бесщеточный  синхронный генератор с предвозбудителем или без него.

 

 

Расчет системы  возбуждения генератора типа «TAIYO»

 

Функциональная схема  системы возбуждения беcщеточного синхронного генератора показана на рисунке 7.1.

Рис. 7.1. Функциональная схема системы  возбуждения

Компоненты схемы следующие:

• F1 — основная обмотка возбуждения возбудителя;
• F2 — управляющая обмотка возбуждения (от АРН);
• Ex — возбудитель переменного тока;
• Si1 — вращающийся выпрямитель;
• Si2 — кремниевый выпрямитель;
• G — синхронный генератор ;
• CT — трансформатор тока;
• S1, S2 — защита от перегрузки;
• RT — реактор;
• Rc — разрядное сопротивление;
• PT — силовой трансформатор;
• CCT — трансформатор тока для компенсации уравнительного тока;
• DCT — дифференциальный трансформатор тока;
• CCR — компенсационное сопротивление реактивного тока;
• AVR — автоматический регулятор напряжения ;
• EVA — реостат уставки напряжения;
• F — роторная обмотка возбуждения синхронного генератора.

Из рисунка  видно, что выходной ток якоря  с возбудителем переменного тока, расположенного на валу ротора генератора, предназначен для того, чтобы возбуждать обмотку возбуждения F системы синхронного генератора, через вращающийся выпрямитель, расположенный на конце вала генератора. Возбудитель переменного тока имеет две отдельные обмотки возбуждения: F1 и F2. Ток проходит через реактор RT и трансформатор тока CT, при этом он суммируется и выпрямляется. Выпрямленный ток течет через первую обмотку возбуждения F1, которая служит для основного возбуждения генератора, в то время как ток, выходящий из автоматического регулятора напряжения течёт через обмотку управления F2 и предназначен для более точной стабилизации напряжения.

Принцип действия (рис.7.2).

Статическое возбуждение  системы состоит из реактора RT, трансформатора токаCT, силиконового выпрямителя Si, силового трансформатора PT и тиристорного автоматического регулятора напряжения AVR.

 Выходной  ток якоря с возбудителем переменного  тока, расположенного на валу  ротора генератора, служит для  возбуждения обмотки статора  F генератора через вращающийся выпрямитель, расположенный на роторе генератора. Возбудитель переменного тока имеет две отдельные обмотки возбуждения: F1 - основную и F2 - обмотку  управления.

Первая обмотка возбуждения  питается постоянным током, который  создается в результате суммирования тока, протекающего через реактор, и  тока трансформатора так же как и в самовозбуждающихся синхронных генераторах переменного тока.

Рис.7.2 Принципиальная схема системы  возбуждения TAIYO.

Вторая обмотка возбуждения  является управляющей и предназначена  для стабилизации и точного регулирования  напряжения генератора при помощи АРН.

Реактор и трансформатор  тока настроены так, чтобы обеспечивать ток возбуждения  , сравнивая их с требуемыми значениями, а также, чтобы поддерживать требуемое напряжение на клеммах генератора и компенсировать падение напряжения при изменении тока нагрузки. В результате АРН питает управляющую обмотку F2, обеспечивая дифференциальное управление обмотки возбуждения. Поэтому напряжение на клеммах генератора остаётся стабильным.

Схема АРН (рис. 7.3) включает в себя следующие цепи: измерения отклонения регулируемой величины, усиления этого отклонения и источника импульсов. Они смонтированы на одной печатной плате, которая находится в отдельной коробке вместе с измерительным трансформатором PT1 и главным тиристором.

Рис. 7.3. Блок-схема АРН

Рис. 7.4. Принципиальная схема  АРН

В цепь измерения отклонения (рис. 7.4) поступает напряжение Е_¹, которое пропорционально напряжению генератора E_^G и которое преобразуется в постоянное напряжение необходимой величины, и опорное напряжение E_², которое независимо от E_^G, всегда постоянно и создаёт напряжение отклонения Е_³:

E_³ = E_¹ – E_².

Отношение между E_^G, E_¹, E_² и E_³ показано на рисунке 7.5.

Рис. 7.5. Эпюры соотношения напряжений

Основные части (цепь усиления отклонившейся величины и колебательный  контур) составлены из гибрида интегральных схем (ICs). Сигнал отклонения E_³, усиленный операционным усилителем, который находится в цепи усиления отклонения, и сигнал отклонения E'_³ преобразованы в колебательном контуре в одиночный отрегулированный в фазовом отношении импульс, как показано на рисунке 7.6.

Рис. 7.6. Зависимость сигнала отклонения E'_³ от угла открытия тиристора α

В усилительной схеме одиночный  импульс преобразован в широкий  импульс с помощью вспомогательного тиристора и этот сигнал подается к управляющему электроду главного тиристора, чтобы управлять его  углом открытия.

В этой цепи R — переменный резистор, регулирующий приращение АРН.

Демпфирующая цепь предотвращает  колебания напряжения. Она реагирует  на изменение сигнала на выходе главного тиристора и работает при резком изменении нагрузки. В этой цепи R4 и R17 — демпфирующие регулируемые резисторы.

Конструкция статического возбудителя (рис.7.11).

Обычно, внешний реостат  напряжения,EVA, питающий трансформатор,PT и элементы цепи параллельной работ установлены в ГРЩ, в то время как другие элементы системы возбуждения размещены в отдельной коробке каплезащищенной конструкции, установленной на верхней части генератора.

Данные бесщёточного синхронного  генератора фирмы TAIYO: тип  TW,  модель FE-418-8 — 500 кВА,  450 В,  900 об/мин:

Рис. 7.7. Клеммная коробка каплезащищенной конструкции

Из таблицы  книги «Синтез систем электроэнергетики  судов» Супрун Г.Н. выбираем генератор  типа МСК-500-1500 со следующими данными:

 

                  

 

Режим холостого хода генератора.

Ток ротора генератора

Напряжение обмотки ротора

Падение напряжения на выпрямителе

Расчетное сопротивление выпрямителя, отнесенное к одной фазе и стороне  постоянного тока

Эквивалентное активное сопротивление  цепи возбуждения

Напряжение цепи возбуждения на эквивалентном сопротивлении 

 

где коэффициент трансформации компаундирования по напряжению, принимаемым равным 0,3 из условия

Ток возбуждения, приведенный к  стороне переменного тока выпрямителя,

Ток возбуждения, приведенный к  обмотке напряжения,

 

Сопротивление компаундирования (дросселя) в цепи напряжения

 

Нормальный режим работы генератора при  .

Ток ротора

Принимаем угол фазировки схемы

Активная составляющая напряжения подпитки

Ток компаундирования

Уравнение связи параметров

 

 

 эквивалентоное сопротивление цепи возбуждения, приведенное к токовой обмотке ТФК;

 напряжение на эквивалентном сопротивлении цепи возбуждения, приведенное к токовой обмотке ТФК.

 

Следовательно имеем

При решении данного уравнения  получим значения

      

Сопротивление компаундирования, приведенное  к обмотке компаундирования,

Активная составляющая  тока подпитки  напряжения

Реактивная составляющая тока подпитки напряжения

Ток подпитки напряжения

Форсировка возбуждения до при снижении напряжения до 0,85

 

Напряжение на обмотке ротора

Ток ротора генератора

 

 

 

Падение напряжения на выпрямителе

Далее аналогично нормальному расчету  режима работы генератора при  , определяется ток подпитки .

Трехфазное короткое замыкание.

 

Принимается форсировка возбуждения при коротком замыкании до

Напряжение на обмотке ротора

Ток ротора генератора

Падение напряжения на выпрямителе

Расчетное сопротивление выпрямителя, отнесенное к одной фазе и к стороне постоянного тока,

Эквивалентное сопротивление цепи возбуждения

Напряжение цепи возбуждения на эквивалентном сопротивлении 

Напряжение цепи возбуждения, приведенное  к стороне переменного тока выпрямителя,

 

 

 

 

Ток возбуждения, приведенный к  стороне переменного тока выпрямителя,

Напряжение цепи возбуждения, приведенное  к обмотке напряжения ТФК.

Ток отсоса в сопротивлении компаундирования

Отношение тока отсоса к току возбуждения

Определение основных параметров трансформатора ТФК

Число витков выходной обмотки W3 определяется исходя из режима номинальной нагрузки генератора.

По конструктивным соображениям принимаем  W1=3. Тогда,

Сечение магнитопровода