Меню

Регулирование напряжения синхронного регулятора

Электронный регулятор напряжения синхронного генератора

Балаковский институт техники, технологии и управления

Кафедра Управление и информатика в технических системах

курсовая работа

теория автоматического управления

ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

студент группы УИТ -41

ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Электронный регулятор напряжения (ЭРН) предназначен для регулирования напряжения синхронных генераторов большой мощности в условиях изменяющейся электрической нагрузки.

Функциональная схема ЭРН приведена на рис.1, она вклю­чает объект регулирования — синхронный генератор большой мощ­ности (СГ), подключенный к нагрузке; измерительный элемент с RС-четырехполюсником (ИЭЧ), представляющий собой при номи­нальном напряжении Ucr уравновешенный мост; корректирующий элемент гибкой обратной связи (ЭГОС); фазочувствительный усили­тель (ФЧУ), преобразующий сигнал разбаланса моста в соответствую­щий сдвиг фаз управляющего напряжения тиристоров тиристорного усилителя <ТУ). Электромашинный возбудитель СГ с обмоткой возбуждения служит исполнительным элементом регулятора.

Электронный регулятор напряжения является автоматической системой статического регулирования, т. е. при изменении нагрузки

на СГ для поддержания напряжения на номинальном уровне необ­ходимо устанавливать различные токи возбуждения.

Принцип работы, уравнения и статические характеристики эле­ментов ЭРН. Для получения требуемой характеристики компаунди­рования в ЭРН применяют трансформаторы тока и напряжения, ко­торые формируют напряжение на входе ИЭЧ. Отклонение напряже­ния СГ от номинала вызывает изменение U 1 на выходе суммирующего трансформатора, т. е.

где k т — коэффициент трансформации; U c г — напряжение синхрон­ного генератора.

Напряжение на выходе измерительного моста

где k им — передаточный коэффициент моста.

Сигнал u им(t) поступает на четырехполюсник, состоящий из ре­зистора R и емкости С. Дифференциальное уравнение четырехпо­люсника

где U y(t) — напряжение, поступающее на вход ФЧУ; Тч = RC — постоянная времени четырехполюсника.

Напряжение на базе входного транзистора ФЧУ равно разности напряжений:

где u ос(t) — сигнал обратной связи элемента гибкой ОС.

Напряжение на выходе ФЧУ (на входе тиристорного усилителя)

Из рассмотренных выше уравнений получим сле­дующие передаточные функции:

Передаточная функция ТУ регулятора

где u в(t) — напряжение на входе возбудителя; k ту— коэффициент передачи ТУ.

С выхода оконечного каскада усилителя напряжение поступает на обмотку возбудителя, затем на якорь генератора постоянного тока и обмотку возбуждения синхронного генератора . Дифферен­циальное уравнение обмотки возбудителя и якоря генератора, питающего обмотку возбуждения СГ, имеет вид

где u вых(t) — напряжение на выходе электромашинного возбудителя; Тв — постоянная времени обмотки возбуждения генератора по­стоянного тока; Тг — постоянная времени обмотки возбуждения СГ; к в — передаточный коэффициент возбудителя.

Дифференциальное уравнение синхронного генератора

где k сг— передаточный коэффициент СГ; Тсг— постоянная времени. Экспериментальные статические характеристики электромашин­ного возбудителя и СГ приведены. Соответствующие коэффициенты передачи определяют по линеаризованным характе­ристикам. k в = tg ; k сг = tg .

Дифференциальное уравнение корректирующего элемента — гибкой ОС

где k гос — коэффициент гибкой обратной связи; i c(t) — ток коррек­тирующего элемента.

В соответствии с уравнениями получим передаточные функции:

— объекта регулирования — синхронного генератора;

— элемента гибкой ОС (здесь Тос — постоянная времени).

Структурная схема ЭРН, составленная в соответствии с переда­точными функциями W 1(s) —W7 (s) и уравнением сравнивающего элемента фазочувствительного транзисторного усилителя:

Передаточная функция системы с разомкнутой главной ОС

Используя выражение и выражения передаточных функ­ций элементов, получим Ф(s) — передаточную функцию электрон­ного регулятора напряжения как замкнутой САР:

если s 0, то получим статический коэффициент ЭРН

Читайте также:  Какое должно быть напряжение для зарядки автомобильного аккумулятора

где К=к тк чк иэк фчук тук вк сг, который характеризует статизм регу­лирования напряжения.

Анализ устойчивости процесса регулирования напряжения СГ, а также анализ качества поддержания напряжения относительно но­минального значения можно выполнить в соответствии с данными выраже­ниями.

Величина статизма регулирования в системе может изменяться с помощью схемы токовой стабилизации, состоящей из резисторов, включенных в цепь трансформатора тока. Таким образом обеспечи­вается устойчивое распределение реактивной нагрузки между парал­лельно работающими генераторами.

Для синхронных генераторов, работающих на дальние линии электропередачи, закон регулирования усложняется за счет введе­ния воздействия по отклонению напряжения и его производных по времени, а также по току статора и его производным.

Проверим систему на устойчивость, по критерию устойчивости Ляпунова.

Найдем полюса (корни характеристического уравнения) передаточной функции для замкнутой системы:

Полюс имеет отрицательную вещественную часть, следовательно, система устойчива.

Построим переходный процесс и определим прямые оценки качества системы.

1. Время переходного процесса системы – это время регулирования системы, определяется как интервал времени от момента приложения какого-либо воздействия на систему до времени вхождения системы в 5% трубку. tn = 7 51с

2. Перерегулирование (максимальная динамическая ошибка)

3. Колебательность – число колебаний системы от момента воздействия на нее до перехода в установившееся состояние. N=0

4. Время нарастания регулируемой величины – время, при котором выходная величина достигает своего максимального значения. tm=7.27с.

5. Время первого согласования – время, за которое регулируемая величина первый раз достигнет своего установившегося значения. t 1 = 0.098c.

Построим АЧХ замкнутой системы и определим косвенные оценки качества системы.

Источник



Регулирование напряжения и частоты синхронного генератора.

Изменяя величину тока в обмотке возбуждения генератора, регулируют его выходное напряжение на статорных обмотках. Регулируя ток в независимой обмотке двигателя, изменяют его скорость вращения, следовательно изменяется частота тока в трёхфазной магистрали.

Напряжение и частоту регулируют электронные блоки БУП и БРЧ воздействующие на тиристоры Тт1, Тт2.

В систему регулирования входит так же выпрямитель Д8-Д12.

1. Фаза С2-Д9-Д12- H1-H2-Тт2 -Д10-ФазаС1

2. Фаза С3-Д11-Д12- H1-H2-Тт2 – Д8-ФазаС2

3. Фаза С1 заперта диодом Д10 в этот момент запирается Тт1 и Тт2, а обмотки И1-И2 и Н1-Н2 под действием ЭДС самоиндукции замыкаются через обратные диоды Д5 и Д7.

Время открытия тиристоров определяют блоки БУП и БРЧ. Его изменения меняет ширину импульсов напряжения, а следовательно, среднее значение токов подаваемых в обмотки возбуждения И1-И2; Н1-Н2.

При пуске преобразователя предусмотрено первоначальное подмагничивание обмотки И1-И2 от батареи.

Одновременно с включением контактора КП поступает питание на вход «регулятор» блока БУП. Это обеспечивает подачу сигналов на управляющий электрод тиристора Тт1. По мере увеличения оборотов преобразователя растет напряжение генератора и питание обмотки И1-И2 осуществляется от генератора через Тт1. Включаются контакторы БК и КГ отключая цепь первоначального возбуждения.

При пуске двигатель преобразователя имеет последовательное возбуждение. При наборе оборотов блок БРЧ начинает управлять тиристором Тт2, и появляется ток, а следовательно и магнитный поток в независимой обмотке возбуждения Н1-Н2.

Для защиты элементов схемы регулирования от перенапряжений, возникающих на обмотке Н1-Н2 в переходных режимах, служит тиристорный ограничитель (тиристор Тт3, резистор R21, стабилитроны ПП2-ПП4). При наведении в обмотке напряжения более нормы открываются стабилитроны и тиристор Тт3, что приводит к шунтированию обмотки Н1-Н2 и ограничению напряжения.

Читайте также:  Защита по току схема постоянное напряжение

Защитные резисторы R15, R12 и конденсаторы С4 иС10 снимают коммутационные перенапряжения с тиристоров Тт1 и Тт2 и моста Д8-Д12. Стабилизирующий трансформатор ТрС (в минусовой цепи двигателя преобразователя) образует обратную связь, устраняя автоколебания возможные в системе регулирования.

Управление компрессорами.

Компрессора находятся под прицепными и головными вагонами и включаются под контролем регуляторов давления находящихся в головной и хвостовой кабинах.

Для пуска трехфазного асинхронного двигателя используется трехфазный контактор «К» подключающий переменное напряжение 220В к двигателю компрессора по проводам 81, 82, 83.

Цепь включения контактора компрессора:

Реле РЗП1 блокировкой 27-27А не дает включится компрессорам, если началось электрическое торможение с независимым возбуждением. Собственный контакт К (27-27Б) шунтирует блокировку РЗП1, и катушка К встает на самоподхват. Если компрессор работает до начала торможения, то он будет продолжать работать. Блокировка ПКП позволяет включить компрессор только после окончания пуска преобразователя.

Все фазы защищены тепловыми реле Тр5 и Тр6, а так же предохранителями Пр15 и Пр16. Предохранитель в третьей фазе не устанавливается так, как в случае КЗ в любых фазах один из предохранителей обязательно попадет в аварийный контур (т.к. соединение обмоток статора выполнено по схеме «звездой» КЗ возможно только между любыми двумя фазами). Между проводами 81 и 83 через Д19 и Д20 резисторы R10 и R9 включено реле РНК (реле напряжения компрессора). Реле включается в однополупериодную схему и контролирует предохранители Пр15 и Пр16. При их перегорании, срабатывании теплового реле и других неисправностях в магистрали переменного тока РНК отключится.

Ввиду большого пускового тока в момент включения компрессора происходит значительный провал напряжения генератора. Трансформатор ТрК уменьшает это явление. В одну из фаз двигателя заведена первичная обмотка трансформатора, в которой за счет броска пускового тока наводится ЭДС. При этом ЭДС вторичной обмотки выпрямляется мостом Д61-Д64. И дополнительно прикладывается к обмотке возбуждения ротора генератора. Благодаря быстрому росту тока возбуждения провал напряжения снижается.

Схема управления тягой.

Включение БВ и КЗ.

В головном вагоне при нажатии на кнопку “Возврат защиты” подается напряжение на 7-ой провод. С 7-ого провода в моторных вагонах получают питание катушки РКЗ-1.

С головного (прицепного) вагонов через блокировку ПРУ получает питание 20-ый секционный провод, по которому в моторных вагонах срабатывает цепь:

Через блокировку РКЗ-1 (20А-20И) получает питание катушка БВ-В и одновременно блокировка РКЗ-1 (700-704) подает сигнал на блок БУКЗ. Включается КЗ и замыкается его блокировка (30Ю-30) при этом через Пр21 по 20-му проводу через блокировку КЗ получает питание катушка БВ-У.

Подвижная система БВ уже сработала и за счет магнитного потока удерживающей катушки БВ-У останется в притянутом состоянии, а включающая катушка теряет питание после снятия напряжения с 7-ого провода (т.е. РКЗ-1), при этом силовые контакты БВ замыкаются.

Моторный режим.

Питание на контроллер подается от ВУ через Пр54 — ППТ(22-22Д) и кнопку “возврат защиты”.

При нажатии на кнопку безопасности КБ через Пр51 и КМ-6 подаётся питание на РКБ. Реле РКБ включается и встает на самоподхват.

Читайте также:  Величина задерживающая напряжение при фотоэффекте зависит от

Блокировка РКБ (30ТВ-30) обеспечивает минусовую цепь СК. Включаются две блокировки в цепи 22Е-2.

Для приведения поезда в движение разворачивают реверсивный вал КМ в положение “Вперед” (Назад), главную рукоятку устанавливают в положение “М”. При этом получает питание плюсовая шина КМ (22Г). От этой шины будут получать питание провода 1, 3, 5, 6 для управления реостатным контроллером.

Включился контактор времени хода КВХ.

На поездах с ЭТ2-009 и ЭД изменена схема питания контактора КВХ и реле РКБ.

С провода 22В через контакт КВХ через контакт КМ-4 реверсивного вала замкнутый в положение “Вперед” подаётся питание на 11 провод.

С провода 22В через контакт КВХ создается плюсовая цепь на лампу ЛКиТ и через две пары контактов РКБ (старые машины) подается питание на 2-й провод.

Катушка контактора КВХ запараллелена конденсатором С13.

Поэтому после выключения контроллера и снятия напряжения с катушки КВХ якорь реле в течении примерно 1 секунды удерживается в притянутом состоянии сохраняя питание 2-го и 11-ого проводов.

На моторном вагоне с 11-ого провода через контакты РУМа со стороны плюса и минуса получает питание катушка вентиля реверсора “Вперёд”.

Реверсор разворачивается в положение “Вперед”. В цепи обмоток возбуждения тяговых двигателей замыкаются контакторы В1 и В2. Включается повторитель реверсивного переключателя ПРП (реле перехода) по цепи:

Замыкаются блокировки ПРП в цепи 2-го провода и размыкается в цепи 15ГГ-15ГД проводов.

Вентиль тормозного переключателя ТП-Т теряет питание, а вентиль ТП-М получает питание и вал тормозного переключателя повернулся в режим “М” (моторный). При этом замкнулись все четные контакторные элементы и один нечетный 9.

Через 10-й контакторный элемент получила питание катушка повторителя тормозного переключателя моторного режима ПТП-М.

Включившись ПТП-М своей блокировкой замкнул контакты в цепи 2-го провода.

Включилось ЛК. Замкнулся его геркон который включил повторитель ПЛК1.

ПЛК1 в цепи проводов 22П-22ГБ выключил ПЛК

При этом лампа ЛКиТ теряет минус и гаснет.

ПЛК1 своей блокировкой 11Б-11В разрешит включиться контактору ЛКТ по цепи:

Электропоезд пришел в движение. В цепь введены резисторы общим сопротивлением 15,12 Ома. Контактор ЛКТ замыкает свой геркон и с 22П провода включается повторитель ПЛКТ1:

ПЛКТ1 в цепи 2-го провода подготовил минус вентилю ЛК при переводе вала РК с 1-й позиции.

ПЛКТ1-Д7-Д8-ПЛКТ

Блокировки ПЛКТ и ПЛКТ1 в цепи проводов 15Г-15ГГ и 2Б-2Д обесточивают вентили тормозного переключателя в моторном и тормозном режимах.

Назначение блокировок:

РУМ (все контакты)- размыкают цепи управления двигателями моторного вагона.

АВУ (2А-2Б)- предотвращают движение при незаряженной тормозной магистрали.

ПТПМ (2Б-2В)- не допускают включение ЛК пока ТП не развернулся в моторный режим.

ПРН (2И-2Г)- отключает ЛК при снятии напряжения в контактной сети или его значительном понижении.

ПРРБ (2Б-2И)- отключает ЛК в случае разносного боксования.

БВ (2Г-2Е)- отключает ЛК при срабатывании БВ.

РК-1 — гарантирует трогание с полностью введенными реостатами.

ПЛКТ(15Г-15ГГ); ПЛКТ1(2Б-2Д); ПРП(15ГГ-15ГД); ПРП(2Д-2К) — при помощи этих блокировок контролируется питание вентилей тормозного переключателя, т.е. разворот его вала в моторный или тормозной режим.

ОВ(11Б-11Г) — не допускает включение ПРП пока не отключится контактор обмоток возбуждения.

Источник