Системи збудження безщіткових синхронних генераторів
Системи збудження, що використовуються в даний час на суднах флоту, є замкнутими комбінованого типу прямої дії з амплітудно-фазовим компаундуванням. Як об'єкт управління в основному застосовується надійний синхронний безщітковий генератор з передзбудником або без нього.
1.1 Безщітковий синхронний генератор
Одним із основних недоліків при обслуговуванні суднових синхронних генераторів є наявність щітково-кільцевого апарату. Цей вузол найбільше зношується в процесі роботи. Велика кількість пилу від вугільних щіток забруднює обмотки, створюючи провідникові мости між струмопровідними частинами синхронного генератора та корпусом: погіршується ізоляція генератора, зменшуючи термін їхньої служби, потрібний позачерговий ремонт з повним розбиранням.
Все це відсутнє у безщіткових синхронних генераторів. Збудження СГ здійснюється невеликим за розмірами збудником змінного струму, що складається з трифазної обмотки, розташованої на роторі генератора та електромагнітних полюсів, що знаходяться на статорі поряд зі статорною обмоткою основної машини. Обмотка збудження збудника живиться постійним струмом автоматичного регулятора напруги. Трифазний змінний струм, що генерується в роторній обмотці, випрямляється трифазним випрямлячем, розташованим на роторній обмотці збудника і надходить на роторну обмотку збудження генератора. Випрямляючий пристрій безщіткового генератора складається з кремнієвих діодів, з'єднаних за трифазною мостовою схемою, регульованого баластного резистора і конденсатора, що згладжує.
Безщітковий синхронний генератор (рис. 1.1) складається з наступних компонентів, де:
G - статорна обмотка, вихідна;
FG - роторна обмотка збудження генератора;
Si - блок кремнієвих випрямлячів, що обертаються;
E - роторна обмотка збудника, вихідна;
FE - статорна обмотка збудження;
EVA - зовнішній реостат напруги, що задає;
AVR – автоматичний регулятор напруги (АРН).
Статорна обмотка синхронного генератора укладена в пази заліза статора і є три обмотки, з'єднані зіркою.
Конструктивно БСГ об'єднаний зі збудником змінного струму і випрямлювальним пристроєм, що обертається, в один агрегат. Відмінною особливістю БСГ є відсутність контактних кілець та щіток.
Збудник є зверненим трифазним синхронним генератором, у якого обмотка збудження є нерухомою і живиться безпосередньо від автоматичного регулятора напруги. У деяких системах збудження і регулювання напруги генераторів (наприклад, “TAIYO”, “MITSUBISHI”) обмотка збудження збудника складається з двох частин: основної і керованої від AРН, що забезпечує більш надійне початкове збудження. Трифазна роторна обмотка збудника, з'єднана зіркою, підключена до роторної обмотки генератора через трифазний блок кремнієвих випрямлячів, що обертаються, який знаходиться між цими двома обмотками, ближче до збудника, на спеціально
Мал. 1.1. Безщітковий синхронний генератор
змонтоване ізоляційне кільце. Кільце та вентилі обертаються разом із роторами генератора та збудника та розміщені на загальному валу.
Трифазний змінний струм, що генерується при обертанні в роторній обмотці збудника, випрямляється трифазним кремнієвим випрямлячем, розташованим на роторній обмотці збудника, і постійна напруга надходить на роторну обмотку генератора. Розташування обертовихвипрямлячів на роторній обмотці збудника зручно як для повітряного охолодження, так і для проведення обслуговування та ремонтних робіт при перевірці та заміні вентилів.
На додаток до кремнієвого випрямляча паралельно вихідної напруги підключається конденсатор, що згладжує, і розрядний резистор для запобігання обмотки збудження і конденсатора від пробою.
Завдяки такій конструкції, зникає необхідність у контактних кільцях та щітках для підведення струму до обмотки збудження генератора. Таким чином, збудник спільно з AРН дозволяє підтримувати напругу генератора із заданим відхиленням при малих та великих навантаженнях та забезпечує захист від короткого замикання. Відсутність щіткової апаратури значно підвищує надійність БСГ, скорочує витрати на обслуговування через відсутність вугільного пилу на обмотках. Вони також можуть застосовуватися і на високих частотах обертання первинних двигунів, що забезпечує більш надійне збудження.
У БСГ, як і у звичайних синхронних генераторів, є демпферна обмотка. Вона знаходиться на явних полюсах ротора і має вигляд широких мідних шин, з'єднаних у білу клітку. Призначенням демпферної обмотки є запобігання коливанням напруги через різку зміну навантаження при паралельній роботі генераторів, а також обмеження підвищення третьої гармоніки напруги зі збільшенням навантаження.
В результаті спільних зусиль обмоток статора генератора і збудника створюється результуюча магніторушійна сила, а отже, і потік збудження, забезпечуючи реакцію ротора і падіння напруги в обмотці статора генератора у всіх режимах роботи - від холостого ходу до номінального навантаження.
Збудник змінного струмує перетвореним синхронним генераторомроторного типу. Ротор встановлений на тому ж валу, що і ротор генератора і є трифазною обмоткою змінного струму. Навантаженням збудника є обмотка збудження статора, тому необхідний збудник змінного струму високої частоти: що вища частота, то більше збудження. Однак висока частота прагне збільшити втрати у залозі. Оскільки збільшення числа полюсів пропорційно до збільшення частоти, то частота особливо обмежується при використанні на низькій частоті обертання з точки зору економічності конструкції. В основному для збудника змінного струму прийнята частота 60 Гц.
Кремнієвий випрямляч збудника змінного струму.Враховуючи електричні та механічні властивості, кремнієвий випрямляч для безщіткового синхронного генератора повинен бути високонадійним, невеликих габаритів та маси.
Він складається з кремнієвої частини, яка закріплена вертикально на тонкій пластині основи, для надійного контакту пластини, основи і елемента, і дроту живлення. Цей силовий тип контакту кремнієвого елемента випрямляча використовує свою величезну силу, коли вона прикладена вертикально разом із тиском у напрямку до пластини основи та виявляє чудові характеристики, враховуючи такі механічні недоліки як зовнішній тиск, відцентрова сила, вібрація системи у дії. Всі головні частини кремнієвого елемента типу P-N переходу поміщені в кожух, в якому знаходиться інертний газ, на роботу якого не впливають атмосферні умови.
Крім кремнієвого випрямляча паралельно підключені конденсатор і резистор для запобігання від надмірної напруги обмоток, оберігаючи їх від пробою. При збиранні вищезгаданих компонентів FUJI El. зробив ретельну перевірку їхньої механічної силита розташування, мінімізуючи простір для встановлення, домагаючись однорідної та ефективної вентиляції.
За габаритами БСГ зберіг ті самі розміри як і звичайні СГ.
В даний час безщіткові синхронні генератори успішно використовуються на суднах як основні та аварійні джерела електроенергії.
 |
Для запобігання виникненню струмів на валу генератора, що з'являються завдяки розбалансу магнітного опору магнітних ланцюгів, використовуються ізолятори на бічних кришках, як показано на рис. 1.2. Напруга на валу для генераторів підвищених напруг і частот зазвичай становить 1 і менше, і рідше кілька вольт. Значення опору ізолятора має бути 1-3 кΩ. Якщо масляна плівка з примусовим мастилом місцями зникає, це може призвести до поломки підшипника чи аварії генератора загалом.
Здебільшого БСГ вимагає особливих трудовитрат на обслуговування. Досить частіше змінювати фільтри на воздухозаборах.
Таким чином, БСГ забезпечує максимум надійності при мінімумі витрат на обслуговування.
| наступна лекція = = gt; | |
| Провідні постачальники комплектуючих для високопродуктивних комп'ютерів |