Компаундирование электрических машин, автоматическое регулирование возбуждения

Компаундирование электрических машин — система возбуждения электрических машин, при которой поток возбуждения автоматически изменяется при изменении нагрузки машин (или, в общем случае, нагрузки электрической цепи, связанной с электрической машиной).

Компаундирование машин постоянного тока осуществляется наложением на их полюса, наряду с параллельной обмоткой, включенной параллельно цепи якоря, последовательной обмотки. Такая машина называется компаундной или машиной смешанного возбуждения.

Компаундирование машин переменного тока применяется для синхронных машин — генераторов, компенсаторов, двигателей — и рассматривается обычно как система (или часть комплексной системы) автоматического регулирования возбуждения синхронной машины.

Система возбуждения — совокупность агрегатов и аппаратов, предназначенных для получения и регулирования тока возбуждения синхронных машин. Постоянный ток, протекая по обмотке возбуждения машины, образует вращающееся электромагнитное поле, создающее ЭДС на выводах статорной обмотки.

Система возбуждения являясь одним из наиболее ответственных элементов синхронной машины, оказывает существенное влияние на надежность работы электрических станций и потребителей, на устойчивость параллельной работы синхронных машин в электрической системе.

Система возбуждения синхронных машин включает:

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) выполняется более эффективно и с помощью более простой и надежной аппаратуры, если в системе АРВ используется компаундирование, т. к. оно значительно уменьшает отклонения напряжения при изменении нагрузки, повышает устойчивость работы синхронной машины (а следовательно, и энергосистем в целом), облегчает пуск двигателей, соизмеримых по мощности с генераторами. Последнее весьма важно для автономно работающих электростанций малой и средней мощности.

Предельно передаваемая мощность по линии электропередачи по условию статической и динамической устойчивости в значительной мере определяется параметрами системы возбуждения. Статическая устойчивость зависит от чувствительности системы возбуждения к изменению режима, что связано с типом и настройкой АРВ и постоянными времени элементов системы возбуждения (АРВ, возбудителя и обмотки возбуждения).

Электронные регуляторы напряжения с гибкой обратной связью и устройства компаундирования с коррекцией напряжения регулируют возбуждение пропорционально отклонению режимного параметра — напряжения или тока.

Эти АРВ наиболее широко применяются на синхронных машинах. Регуляторы сильного действия регулируют не только по отклонению, но и по скорости и ускорению изменения одного или двух режимных параметров (ток, напряжение, частота, угол сдвига между напряжением в некоторой точке системы и ЭДС синхронной машины).

Многочисленные варианты схем компаундирования синхронных машин подразделяются на:

Компаундирование прямое или косвенное — в зависимости от того, включен ли выход схемы системы возбуждения непосредственно в цепь возбуждения синхронной машины или через усилитель (при включении этой схемы в цепь возбуждения возбудителя или подвозбудителя). Они рассматриваются как электромашинные усилители;

Компаундирование по току, напряжению или углу синхронной машины и т. п.— в зависимости от того, какие режимные параметры, связанные с изменением нагрузки, действуют на входе схемы (в частности, имеются схемы системы возбуждения по среднему току группы синхронной машины, по току линии);

одно-, двух- или трехфазное — в зависимости от того, реагирует ли система возбуждения на изменение режимных параметров в одной или нескольких фазах цепи переменного тока;

фазовое или нефазовое — в зависимости от того, является ли система возбуждения фазочувствительной, т. е. реагирующей на изменение фазного угла между векторами тока и напряжения цепи переменного тока;

линейное или нелинейное — в зависимости от того, будет ли коэффициент пропорциональности между отклонением выпрямленного тока на выходе схемы и вызывающим его отклонением режимного параметра на входе схемы постоянным в заданных пределах изменения режима;

управляемое или неуправляемое — в зависимости от того, осуществляется ли автоматическое изменение указанного выше коэффициента посредством специального управляющего (корректирующего) воздействия.

Компаундирование синхронных машин получило широкое применение благодаря большому значению автоматического регулирования возбуждения, являющемуся одним из основных средств повышения устойчивости параллельной работы синхронных машин.

Для синхронных машин небольшой мощности (до 1—2 MВт) широко применяется прямое фазовое компаундирование (как управляемое, так и неуправляемое) с полной заменой машинного возбудителя выпрямителями — т. н. самовозбуждение синхронной машины.

Управляемое компаундирование осуществляется для установок, где требуется поддерживать постоянство напряжения машины с точностью, превышающей ±3-5%. Управление ведется т. н. корректором напряжения.

Для синхронных машин небольшой мощности с машинными возбудителями выпускаются автоматические регуляторы возбуждения по схеме фазового компаундирования, управляемого корректором напряжения.

В общей теории автоматического регулирования компаундирование электрических машин относится к системам регулирования по возмущающему действию нагрузки, которые могут сочетаться с регулированием по отклонению стабилизируемого параметра (комбинированные системы).

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Обмотки возбуждения в компаундной машине могут включаться

Главное меню

Судовые двигатели

Электродвигателю постоянного тока со смешанным возбуж­дением (компаундному электродвигателю) до некоторой сте­пени присущи свойства рассмотренных выше электродвигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Дан­ный электродвигатель снабжается двумя обмотками возбуждения: последовательной и па­раллельной.

Последовательная и параллельная обмотки возбуждения мо­гут включаться двояким образом. В одних случаях они вклю­чаются так, чтобы создаваемые ими ампер-витки, а следова­тельно, и магнитные потоки складывались. Такое включение обмоток принято называть согласным. Очевидно, что при согласном включении результирующий магнитный поток элект­родвигателя

В других случаях обмотки возбуждения включаются в цепь таким образом, чтобы создаваемые ими ампер-витки (и магнит­ные потоки) были направлены навстречу друг другу. Такое включение обмоток называют встречным. При встречном включении результирующий магнитный поток электродвигателя

Встречное включение обмоток возбуждения применяется лишь в машинах специального назначения. В обычных же кра­новых электродвигателях со смешанным возбуждением обмот­ки всегда включены согласно, поэтому при дальнейшем изло­жении материала будем предполагать, что ампер-витки обеих обмоток (и магнитные потоки) складываются, т. е. обмотки включены согласно и для электродвигателя справедливо равен­ство (69).

Наличие двух обмоток возбуждения позволяет конструиро­вать и изготавливать электродвигатели с различными свой­ствами и характеристиками. При естественной схеме включе­ния характеристики рассматриваемого электродвигателя жестче, чем у электродвигателей с последовательным возбуждением, и мягче, чем у электродвигателей с параллельным возбуждени­ем. Однако в зависимости от соотношения ампер-витков, созда­ваемых параллельной и последовательной обмотками, характе­ристики электродвигателя по своему характеру приближаются либо к характеристикам электродвигателя с последовательным возбуждением, либо с параллельным.

Для подъемно-транспортных машин выпускаются электро­двигатели, в которых при полной нагрузке половина ампер-вит­ков возбуждения создается параллельной обмоткой, а полови­на — последовательной.

В случае изменения нагрузки магнитный поток электродви­гателя со смешанным возбуждением не остается постоянным, так как ампер-витки, создаваемые последовательной обмоткой, определяются током якоря. Зависимость результирующего маг­нитного потока от тока якоря приведена на рис. 32, а, который показывает, что каждому значению тока якоря соответствует определенный магнитный поток и, следовательно, вращающий момент М = кФI _я при изменении нагрузки меняется не только за счет изменения тока якоря, но и за счет магнитного потока возбуждения. Зависимость М = f (I _я ) для электродвигателя со смешанным возбуждением показана на рис. 32, б.

Источник

СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ЯКОРЯ И ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цепь обмотки возбуждения может получать питание от специального источника постоянного тока и не иметь электрического соединения с обмоткой якоря. Такие машины называют маши­нами, независимого возбуждения.

Рис. 1. Схема машины независимого возбуждения

R_нагр — сопротивление нагрузки,

r_рв — сопротивление регулирующего реостата в цели возбуждения

Но обычно обмотка возбуждения имеет электри­ческое соединение с обмоткой якоря.

В зависимости от способа этого соединения различают три типа машин постоянного тока.

1. Машины параллельного возбуждения (шунтовые).

Оба зажима обмотки возбуждения непосредственно присоединены к щеткам, наложенным на коллектор. Полюсные катушки этих машин имеют много витков из тонкого про­вода.

2. Машины после­довательного возбуждения (сериесные).

Обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря. Полюсные катушки этих машин имеют мало витков из толстого провода.

3. Машины смешанного возбуждения (компаундные).

На каждом полюсном сердечнике этих машин имеется две, полюсные катушки по типу шунтовой и сериесной. Шунтовая об­мотка возбуждения компаундной машины соединяется парал­лельно якорной обмотке, а сериесная — последовательно.

Способ соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря оказывает сильное влияние на электрические свойства генерато­ров и механические свойства двигателей постоянного тока.

Источник

Обмотки возбуждения в компаундной машине могут включаться

4.4. Генераторы постоянного тока

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают генераторы:

— с независимым возбуждением;

— с параллельным возбуждением;

— с последовательным возбуждением (сериесный);

Генераторы малой мощности иногда выполняются с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.

Основными характеристиками генератора являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.

Рис. 4.8. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением (а) и его характеристика холостого хода (б)

Характеристика холостого хода U 0 =f(I в ) при I н =0 и n=const (рис. 4.8б). Расхождение входящей и нисходящей ветвей характеристики объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. E ост составляет 2. 4 % от U ном.

Рис. 4.9. Внешняя (а) и регулировочная (б) характеристики генератора с независимым возбуждением

Внешней характеристикой называется зависимость U=f(I н ) при n=const и I н =const (рис. 4.9а). Под нагрузкой напряжение генератора

С увеличением нагрузки напряжение U уменьшается по двум причинам:

— из-за падения напряжения во внутреннем сопротивлении ∑r машины;

— из-за уменьшения ЭДС E в результате размагничивающего действия реакции якоря.

Величина составляет 3. 8 %.

В генераторе с параллельным возбуждением (рис. 4.10а) обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на их зажимах, несмотря на изменение общей нагрузки генератора. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения.

Регулировочной характеристикой генератора (рис. 4.9б) называется зависимость тока возбуждения I в от тока якоря I а при постоянном напряжении U и скорости n. Такая характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянство напряжения на зажимах генератора. Эта кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх от оси абсцисс, вследствие влияния насыщения магнитопровода машины. Следовательно, в машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от самого генератора.

Рис. 4.10. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а); характер изменения ЭДС и тока возбуждения генератора в процессе возбуждения (б)

Самовозбуждение генератора возможно только при наличии гистерезиса в магнитной цепи.

Для режима холостого хода генератора:

Степень устойчивости рассматриваемого режима будет определяться производной:

Рис. 4.11. Внешние характеристики генераторов с независимым (верхняя кривая) и параллельным (нижняя кривая) возбуждением

Работа на участке ab внешней характеристики неустойчива.

Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и для генератора с независимым возбуждением.

Рис. 4.12. Схема генератора с последовательным возбуждением (а) и его внешняя характеристика (б)

Внешняя характеристика (кривая 1) и характеристика холостого хода (кривая 2) изображены на рис. 4.12б. Ввиду того, что в генераторе с последовательным возбуждением напряжение сильно изменяется при изменении нагрузки, такие генераторы практически не применяются. Их используют лишь при электрическом торможении двигателей с последовательным возбуждением, которые при этом переводятся в генераторный режим.

В генераторе со смешанным возбуждением имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Наличие двух обмоток при их согласном включении позволяет получать приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки. Подбирая число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение ΔU посл компенсировало суммарное падение напряжения ΔU при работе машины с одной только параллельной обмоткой, можно добиться, чтобы напряжение U при изменении тока нагрузки от нуля до I ном оставалось практически неизменным.

Генераторы постоянного тока имеют большей частью параллельное возбуждение. Обычно для улучшения внешней характеристики они снабжаются небольшой последовательной обмоткой (1-3 витка на полюс). При необходимости такие генераторы могут включаться и по схеме с независимым возбуждением.

Генераторы с независимым возбуждением используются только при большой мощности и низком напряжении. В этих машинах независимо от величины напряжения на якоре обмотка возбуждения рассчитывается на стандартное напряжение постоянного тока 110 или 220 В с целью упрощения регулирующей аппаратуры.

Источник

Виды возбуждения и схемы включения двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока в зависимости от способов их воз­буждения, как уже отмечалось, делятся на двигатели с независимым, параллельным (шунтовым), последовательным (сериесным) и смешанным (компаундным) возбуждением.

С независимым возбуждением выполняются в основном мощные электрические двигатели с целью более удобного и экономичного регулирования тока возбуждения. Сечение провода обмотки возбуждения определяется в зависимости от напряжения ее источника питания. Особенностью этих машин является независимость тока возбуждения, а соответственно и основного магнитного потока, от нагрузки на валу двигателя.

Двигатели с независимым возбуждением по своим характеристикам практически совпадают с двигателями параллельного возбуждения.

Особенностью двигателей этого типа является то, что при их работе запрещается отсоединять обмотку возбуждения от якорной цепи. В противном случае при размыкании обмотки возбуждения в ней появится недопустимое значение ЭДС, которое может привести к выходу из строя двигателя и к поражению обслуживающего персонала. По той же причине нельзя размыкать обмотку возбуждения и при выключении двигателя, когда его вращение еще не прекратилось. •

Рис. 8. Виды возбуждения машин постоянного тока,

Долнительное сопротивление в цепи обмотки якоря, Rв- Дополнительное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.

полностью. Отсутствие дополнительного сопротивления в обмотке якоря в момент пуска двигателя может привести к появлению большого пускового тока, превышающего номинальный ток якоря в 10. 40 раз [1,2].

Важным свойством двигателя параллельного возбуждения служит’ практически постоянная его частота вращения при изменении нагрузки на валу якоря. Так при изменении нагрузки от холостого хода до номинального значения частота вращения уменьшается всего лишь на (2.. 8)% [1,12].

Двигатели последовательного возбуждения (сериесные) включаются по схеме, рис.8, в. Выводы С1 и С2 соответствуют сериесной (последовательной) обмотке возбуждения. Она выполняется из сравнительно малого числа витков в основном медного провода большого сечения. Обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря. Дополнительное сопротивление Rд в цепи обмоток якоря и возбуждения позволяет уменьшить пусковой ток и производить регулирование частоты вращения двигателя. В момент включения двигателя оно должно иметь такую величину, при которой пусковой ток будет составлять (1,5. 2,5)Iн. После достижения двигателем установившейся частоты вращения дополнительное сопротивление Rд выводится, то есть устанавливается равным нулю.

Эти двигатели при пуске развивают большие пусковые моменты вращения и должны запускаться при нагрузке не менее 25% ее номинального значения. Включение двигателя при меньшей мощности на его валу и тем более в режиме холостого хода не допускается. В противном случае двигатель может развить недопустимо большие обороты, что вызовет выход его из строя [1,6,12 ]. Двигатели этого типа широко применяются в транспортных и подъемных механизмах, в которых необходимо изменять частоту врашения в широких пределах.

Прямое (безреостатаное) включение двигателей постоянного тока всех видов возбуждения допускается мощностью не более одного киловатта.

6. Обозначение машин постоянного тока.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили машины постоянного тока общего назначения серии 2П и наиболее новой серии 4П. Кроме этих серий выпускаются двигатели для крановых, экскаваторных, металлургических и других приводов серии Д. Изготавливаются двигатели и специализированных серий [5,6,8].

Двигатели серий 2П и 4Пподразделяются по оси вращения, как это принято для асинхронных двигателей переменного тока серии4А. Машины серии2П имеют 11 габаритов, отличающихся по высоте вращения оси от 90 до 315 мм. Диапазон мощностей машин этой серии составляет от 0,13 до 200 кВт для электрических двигателей и от 0,37 до 180 кВт для генераторов. Двигатели серий 2П и 4П рассчитываются на напряжение 110, 220, 340 и 440 В. Их номинальные частоты вращения составляют 750, 1000, 1500,2200 и 3000 об/мин.

Каждый из 11 габаритов машин серии 2П имеет станины двух Длин ( М и L ).

Обозначение машин постоянного тока (как генераторов, так и двигателей) представляется следующим образом:

По мощностям электрические машины постоянного тока условно могут быть подразделены на следующие группы [12]:

Микромашины ………………………. меньше 100 Вт,

Мелкие машины ………………………от 100 до 1000 Вт,

Машины малой мощности…………..от 1 до 10 кВт,

Машины средней мощности………..от 10 до 100 кВт,

Крупные машины……………………..от 100 до 1000 кВт,

Машины большой мощность……….более 1000 кВт.

По номинальным напряжениям электрические машины подразделяются условно следующим образом:

Низкого напряжения…………….меньше 100 В,

Среднего напряжения ………….от 100 до 1000 В,Высокого напряжения

По частоте вращения машины постоянного тока могут быть представлены как:

Источник