2tom155

5. MASZYNY ELEKTRYCZNE 312

5.3.6. Układy wzbudzenia maszyn synchronicznych

Maszyny synchroniczne są wzbudzane prądem stałym. Moc wzbudzenia w warunkach znamionowego obciążenia wynosi 0,6-^ 0,4% znamionowej mocy pozornej maszyny synchronicznej. Układ wzbudzenia w warunkach pracy ustalonej powinien zapewniać wzbudzenie maszyny synchronicznej w zakresie większym od obciążenia znamionowego ze względu na możliwość jej przeciążenia do następujących wartości:

— U = U_N,    I = l,25/_v,    Cosi?*;

— U = 1,05 U_N,    I = I_N,    cos <p_lV.

W warunkach pracy nieustalonej (awaryjnej) układ wzbudzenia powinien dostarczyć zwiększoną moc prądu stałego w możliwie krótkim czasie, tzn. powinien być przystosowany do wzmożonego wzbudzenia. Wymaganie wzmożonego wzbudzenia charakteryzuje się pułapem napięcia i szybkością wzrostu napięcia.

Pułap napięcia jest to stosunek maksymalnego napięcia układu wzbudzającego (po zwarciu oporów regulacyjnych) do znamionowego napięcia wzbudzenia. Stosunek ten nosi nazwę współczynnika forsowania wzbudzenia i jest wyrażony wzorem

k =

U

(5.86)

Wynosi on zwykle 1,5 -e-1,8.

t₁=0,5s

Rys. 5.49. Wyznaczania szybkości wzrostu napięcia wzbudnicy komutatorowej prądu stałego I przebieg rzeczywisty, 2 — przebieg zlinearyzowany

t

Szybkość wzrostu napięcia we wzbudnicach komutatorowych prądu stałego określa się jako średni przyrost napięcia w czasie wywołany maksymalnym wysterowaniem układu wzbudzającego. Szybkość wzrostu napięcia wyznacza się jako tangens kąta nachylenia prostej linearyzującej (w'g zasady równych powierzchni) rzeczywisty przebieg narastania napięcia wzbudnicy w czasie 0,5 s, odniesiony do napięcia znamionowego wzbudzenia maszyny synchronicznej (rys. 5.49). Szybkość ta jest określona wzorem

(5.87)

2AU

Szybkość wzrostu napięcia dla niekomutatorowych układów wzbudzenia wyznacza się na podstawie oscylogramu wzrostu napięcia w funkcji czasu dla czasu t„ w którym

napięcie wzrasta do wartości U' = U_fN + 0,632 (07 _raax— U_/V)(rys. 5.50). Szybkość wzrostu napięcia układu wzbudzającego jest wyrażona zależnością

0,632(1-7 „„-O/,.)    (5.88)

“    TJ 1

^u fS^ll

Szybkość wzrostu napięcia w stosowanych układach wzbudzenia wynosi (0,5    1,5) 1/s.

Wymaga się, aby układ wzbudzający był przystosowany do pracy przy wzmożonym wzbudzeniu co najmniej w czasie 20 s.

Rodzaje układów wzbudzenia

W maszynach mniejszej mocy (silniki, hydrogeneratory i turbogeneratory o mocy do 100 MV • A) źródłem wzbudzenia są prądnice prądu stałego samowzbudne (w maszynach małej mocy) lub obcowzbudne, osadzone na wspólnym w'ale lub sprzęgnięte bezpośrednio z wałem maszyny synchronicznej. Zaletą takiego układu napędowego jest duża pewność ruchu. Czasami w' turbogeneratorach większej mocy stosuje się napęd wzbudnicy przez przekładnię zębatą, co umożliwia wykonanie wzbudnicy prądu stałego o większej mocy przy zmniejszonej prędkości obrotowej. Rozwiązanie takie powiększa koszt, zwiększa straty i podwyższa poziom hałasu turbogeneratora.

Wzbudnice prądu stałego obcowzbudne są wzbudzane z podwzbudnic osadzonych na tym sarnym wale.

W turbogeneratorach większych mocy są stosowane następujące układy wzbudzenia: — wzbudnica synchroniczna o zwiększonej częstotliwości (ok. 500 Hz) oraz statyczny uk/ad prostowników nicsterowanych (diody krzemowe) lub sterowanych (tyrystory) (rys. 5.51). Układ ten charakteryzuje się dużą niezawodnością, łatwością wymiany uszkodzonych diod bez przerywania pracy maszyny oraz dobrymi parametrami dynamicznymi;

wzbudnica synchroniczna o zwiększonej częstotliwości z wirującym twornikiem oraz układ wirujących prostowników połączonych bezpośrednio z uzwojeniem wzbudzającym maszyny synchronicznej (układ wzbudzenia bezszczotkowy). Układ pozwala na stosowanie dużych prądów w obwodzie wzbudzenia (brak szczotek i pierścieni), a więc w^rykonanic uzwojenia wzbudzającego niskonapięciowego. Wadą układu jest niemożliwość zastosowania układu gaszenia pola;

układ wzbudzenia statyczny złożony z tyrystorów zasilanych z zacisków generatora synchronicznego za pośrednictwem transformatora łub z szyn potrzeb własnych elektrowni (rys. 5.52). Jest to układ najbardziej nowoczesny, stosowany w' turbogeneratorach największych mocy. Charakteryzuje się bardzo dobrymi parametrami dynamicznymi(ky = 3h-4). Istnieje możliwość zrealizowania szybkiego odwzbudzenia generatora metodą pracy inwertorowej.