Генераторы с компаундным возбуждением и компенсирующей ёмкостью

Компаундирование возбуждения асинхронного генератора

Компаундированием возбуждения асинхронного генератора преследуется цель автоматической стабилизации напряжения на зажимах приемника при данном характере нагрузки и изменении ее в определенных пределах. Емкости шунтирующих и компаундирующих конденсаторов (рис. 25) не изменяются (С = const; С_К = const).

Напряжения генератора U₁, компаундирующих конденсаторов U_K и нагрузки U связаны между собой зависимостью U₁ = U_K + U.

Изменение нагрузки при условии U = const сопровождается изменением напряжения на зажимах генератора, что является характерной особенностью схемы с компаундированием возбуждения. Напряжение U_K также не остается постоянным, что непосредственно следует из (51). Благодаря этому и становится возможной стабилизация напряжения на зажимах нагрузки.

С уменьшением нагрузки напряжение компаундирующих конденсаторов также уменьшается. Тем самым их реактивная мощность автоматически ограничивается. Для предупреждения срыва возбуждения при слабых нагрузках в схеме используются шунтирующие конденсаторы. За счет их емкости создается необходимое начальное насыщение магнитной цепи генератора.

Реактивная мощность компаундирующих конденсаторов зависит от значения и характера нагрузки. При заданном значении нагрузки она тем больше, чем ниже коэффициент мощности приемника. По проведенным исследованиям реактивная мощность компаундирующих конденсаторов

может составлять 30 — 50 % мощности, развиваемой генератором.

Вследствие возможного снижения начального насыщения мощность шунтирующих конденсаторов принимается примерно равной 50 — 60 % мощности генератора.

При анализе распределения реактивных мощностей в системе (рис. 25) удобно пользоваться векторными диаграммами токов и напряжений статорных цепей.

Если генератор включен на активную нагрузку, то его реактивная мощность компенсируется суммой реактивных мощностей шунтирующих и компаундирующих конденсаторов.

Из диаграммы рис. 26, а видно, что реактивная мощность фазы генератора

где m_U , m_i — масштабы напряжения и тока.

Реактивная мощность фазы шунтирующих и компаундирующих конденсаторов:

Представим последнее выражение в виде

Реактивная мощность генератора:

Из диаграммы для активно-индуктивной нагрузки (рис. 26, б) находим, что реактивные мощности фазы генератора и нагрузки составляют:

Реактивные мощности фазы шунтирующих и компаундирующих конденсаторов:

Произведя вычисления, получим

Т.е. реактивные мощности генератора и нагрузки компенсируются реактивной мощностью шунтирующих и компаундирующих конденсаторов.

Отношение мощностей конденсаторов в данном случае

При применении компаундирования возбуждения возникает задача определения компаундирующей емкости по известным току и коэффициенту мощности нагрузки. Решение ее основывается на ис¬пользовании графоаналитических методов.

Применение способа стабилизации напряжения компаундированием возбуждения ограничивается из-за пониженных массовых показателей (0,5 — 0,7 Kг/KBap при частоте 400 Гц) компаундирующих конденсаторов. Другое затруднение связано с возникновением перенапряжений на конденсаторах при перегрузках и коротких замыканиях.

Уменьшение емкости компаундирующих конденсаторов может быть достигнуто при включении их во вторичную цепь трансформа торов тока (рис. 27).

Бесщеточный синхронный генератор с конденсатором в обмотке статора, самый простой вариант генератора, который может реально работать в системе энергоснабжения. У этого генератора компаундная система возбуждения, у которой конденсатор в дополнительной обмотке статора создает дополнительное магнитное поле способное регулировать напряжение в нагрузке.

Главным достоинством такого генератора является простота конструкции и минимум регулировочных компонентов. В конструкции бесщеточного синхронного генератора отсутствует коммутационный узел щеточного механизма и токосъемного устройства. Этот узел, практически в любом устройстве, будь это двигатель постоянного тока, или коллекторный электродвигатель, а тем более генератор является самым слабым звеном.

Напряжение возбуждения создается в роторе генератора, обмотка которого разделена на две секции через выпрямительные диоды таким образом, что ток в этих катушках протекает в одном направлении.

К недостаткам такого генератора можно отнести то, что генератор такого типа способен генерировать только однофазное напряжение 220В.

В статоре генератора расположены две обмотки силовая обмотка на напряжение 220В и дополнительная обмотка, к которой подключается компенсирующий конденсатор. Основная и дополнительная обмотки генератора уложены в пазы статора таким образом, что основная силовая обмотка занимает 23 пазов, а дополнительная остальную 13.

Метод регулирования выходного напряжения бесщеточного синхронного генератора заключается в следующем. В начальный период, когда напряжение на выходе генератора равно нулю, вращающийся ротор за счет остаточной намагниченности пакета магнитопровода наводит в статоре ток.

Для более быстрого и гарантированного процесса начала возбудительного процесса в торцы роторов современных генераторов вклеиваются небольшие постоянные магниты. Так как ток протекающий в обмотке ротора постоянный ( он выпрямлен замыкающими диодами) процесс возбуждения происходит лавинообразно, дополнительно усиливаясь магнитным полем дополнительной обмотки статора. Этот процесс продолжается до тех пор пока генератор не войдет в режим насыщения.После этого генератор готов к приемке нагрузки.

Рост тока возбуждения в генераторе такого типа ни чем не ограничен и может расти до бесконечности, если нагрузка будет увеличиваться. Конечно это на практике невозможно по нескольким причинам.

Мощность приводного двигателя рассчитана на долговременную работу с определенной нагрузкой, при превышении которой двигатель просто не потянет нагрузку и заглохнет.

Сечение обмоточного провода силовой обмотки и обмотки возбуждения рассчитаны на определенную силу тока, при превышении которой работа в долговременном режиме приведет к тепловому разрушению изоляционных материалов и обмотки сгорят. Ток возбуждения, в обмотке ротора достигнув определенной величины критической для выпрямительных диодов, приведет к пробою или обрыву кристалла PN перехода одного из диодов.

В силу того что магнитное поле дополнительной обмотки напрямую связано с величиной тока возбуждения ротора бесконечный рост тока возбуждения невозможен так как через компенсирующий конденсатор будет протекать ток превышающий его рабочие характеристики и конденсатор попросту взорвется. Более качественное снабжение электроэнергией вашему дому как альтернатива бесщеточному синхронному генератору с конденсатором будет синхронный генератор с регулятором AVR в цепи возбуждения ротора.

Доброго всем дня!
Один из моих хороших знакомых попросил поглядеть и разобраться почему у него перестал работать и выдавать ток генератор переменного тока, подключенный к дизельному двигателю.
Думаю — не в первой! Скорее всего "залипли" или "кончились" щетки и проблема быстро решится.
Выезжаю на место, разбираю генератор и вижу — ЩЕТКИ НЕ ПРЕДУСМОТРЕНЫ! Их НЕТ
Беру схему от генератора и правда — их нет.
По схеме — на роторе 2 обмотки последовательно и "закольцованы" с диодом, т.к. обмотки сами на себя на роторе через диод "закорочены"
На статоре 2 обмотки — с одной снимается 220в, а вторая обмотка запараллелена с конденсатором на 10 мкф (400в)
Проблемой оказалось, что эти две обмотки на статоре "пробило" и закоротило между собой. Сейчас проблема решена перемоткой статора и теперь генератор вновь работает!

Но остался вопрос: КАК ОН РАБОТАЕТ. Пытался найти принцип его действия, но не нашел. т.к., видимо, не могу точно сформулировать запрос для поиска. Увы.

Внимание вопрос: КАК ОН (генератор) РАБОТАЕТ. Ткните носом или расскажите, пожалуйста