Обзор литературных источников по современным генераторам с электромагнитным возбуждением (стр. 4 )

Внешний реостат EVA используется в качестве задатчика эталонного напряжения, с которым сравнивается текущее напряжение генератора. В целом, заданное напряжение устанавливается в диапазоне ±5 % от номинального значения и регулируется внешним резистором.

Питающий трансформатор PT предназначен для питания цепей AРН. Он удовлетворяет предъявленным требованиям к питанию цепей управления и стандартизирован.

Компенсатор уравнительного тока используется при работе генератора в параллели. Он состоит из компенсационного токового трансформатора ССТ и разностного токового трансформатора DCT, резистора CCR и нормально замкнутого контакта автоматического выключателя ACB. Данный контакт размыкается при включении на параллельную работу второго СГ. Таким образом, наличие обмотки DCT AРН2, у подключённого в параллель СГ, обеспечивает равномерное распределение реактивной нагрузки между ними.

Шунтовый резистор RS является регулируемым реостатом для использования в шунтирующей цепи тиристора, установленного в выходной цепи трёхфазного трансформатора.

1.3.5 Переход на большую частоту вращения с регулированием выходного напряжения

Опыт разработок СГ показал, что наибольший эффект достигается у генераторов с большими частотами вращения (турбогенераторов). Поэтому не случайно они находят применение в авиации с приводом от авиационных двигателей. В ряде случаев конструкторы отказываются от изготовления генератора в виде самостоятельного агрегата и поэлементно размещают его внутри первичной силовой установки, например в турбине, с применением внутриканального охлаждения.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

При этом вес собственно СГ при частоте вращения 72000 об/мин и мощности 100 кВт составил всего 15 кг (разработка Эра»). Работоспособность таких установок определяется в большей степени механической прочностью и жесткостью элементов конструкции ротора.

Данное решение наиболее применительно к СГ относительно небольшой мощности, приводимых от ДВС. Применение в качестве приводного двигателя дизельного ДВС с высокой частотой вращения (например, 3000 об/мин) и СГ с высокой частотой выходного напряжения (например, 400 Гц при частоте вращения 3000 об/мин) позволяет создать электроагрегат с лучшими массогабаритными характеристиками по сравнению с электроагрегатом, построенным по традиционной схеме. Освобождение приводного двигателя от работы с постоянной частотой вращения позволило улучшить его технические характеристики (уменьшить вес, сократить расход топлива на 30%, увеличить время работы при малых нагрузках и др.).

Более полного использования положительных свойств СГ можно достичь, применяя для регулирования напряжения электронные блоки, подключаемые к выходу генератора.

Схема электрогенераторной установки на базе СГПМ приведена на рисунке 1.8.

СГ – синхронный генератор; И1 – выпрямитель;

С – блок конденсаторов; И2 – инвертор; Ф – выходной фильтр; РН – регулятор напряжения

Рисунок 1.8 - Схема электрогенераторной установки на базе СГ

Первым звеном этой схемы является собственно СГ и трехфазный выпрямитель И1. Выходным параметром первого звена является постоянное напряжение. Второе звено - преобразователь постоянного напряжения в выходное трехфазное напряжение переменного тока. Эти звенья объединены между собой звеном постоянного тока, в состав которого входит батарея конденсаторов, сглаживающих пульсацию тока инвертора и выполняющих роль накопителя энергии.

Такое структурное построение установки позволяет за счет большего количества независимо регулируемых параметров снизить динамические требования к контурам стабилизации каждого из этих параметров и обеспечить высокое качество выходного напряжения. Кроме того, обеспечивается многовариантность исполнения установки за счет различного исполнения преобразователя второго звена. Одновременно с одним СГ могут работать преобразователи постоянного напряжения в переменное, преобразователи частоты и т. д.

По подобным схемам изготавливают электроагрегаты многие зарубежные производители, в том числе фирмы SDMO (Франция), Newage AVK SEG (Stamford, США) и т. д.

На основании вышесказанного для условий, характерных для электростанций малой мощности, необходимо провести:

- разработку электрогенераторных агрегатов по схеме «генератор - электронный блок». Причем в качестве генератора могут быть использованы не только СГ;

- исследования по управлению работы ДВС, допускающего изменение частоты вращения, и возможности создания соответствующего регулятора, минимизирующего расход топлива;

- разработку электронного блока, преобразующего напряжение генератора в требуемое напряжение.

1.4 Синхронные генераторы с постоянными магнитами (СГПМ)

В последнее время большое внимание уделяется применению СГПМ. Интерес к этому классу СГ обусловлен превосходством их массоэнергетических показателей, простотой конструкции, большим сроком службы, надежностью, способностью работать при высоких частотах вращения в тяжелых условиях эксплуатации.

СГПМ появились в 30-е годы прошлого столетия. Однако невысокие удельные характеристики постоянных магнитов (ПМ) ограничивали их использование в ЭМ. С разработкой в 50-60-е годы ПМ из новых материалов СГПМ начали применяться в электрооборудовании автономных систем электроснабжения и других областях техники.

Новый импульс развитию дало использование высококоэрцитивных магнитов на основе редкоземельных элементов NdFeB и SmCo. Опыт проектирования, разработки, производства и эксплуатации ЭМ с высококоэрцитивными постоянными магнитами показал их высокие технико-экономические характеристики, обоснованность и целесообразность их применения в системах электроснабжения. Особенностями параметров редкоземельных магнитов являются низкое значение магнитной проницаемости, которая незначительно превышает магнитную проницаемость воздуха, высокое значение коэрцитивной силы по намагниченности от напряженности магнитного поля.

Одной из наиболее сложных проблем, возникающих при применении СГПМ высококоэрцитивными ПМ, является регулирование и стабилизация напряжения, для чего применяются специальные методы, присущие только этому классу ЭМ:

- выбор и изменение внутренних параметров СГ (параметрическая стабилизация), применение магнитных шунтов, дополнительное насыщение частей магнитопровода, использование специальных стабилизирующих обмоток, механическое перемещение частей магнитопровода относительно друг друга;

- включение внешних стабилизирующих и регулирующих элементов (конденсаторов и дросселей насыщения);

- включение на выходе СГ полупроводниковых ключей, периодически разрывающих внешнюю цепь генератора или периодически закорачивающих его якорную обмотку;

- комбинированное возбуждение от ПМ и дополнительных обмоток возбуждения;

- включение на выходе СГ стабилизированного по напряжению и частоте полупроводникового статического преобразователя.

Анализ применения СГПМ показал, что использование СГПМ наиболее эффективно в диапазоне малых мощностей (до 100 кВт) с уменьшением массо-габаритных показателей почти в два раза. Для ориентировки приведем таблицу с весовыми характеристиками маломощных (до 3 кВт) СГПМ (таблица 1.2). Для сравнения рассмотрены удельные мощностные характеристики СГПМ и серий синхронных СГ с электромагнитным возбуждением.

Таблица 1.2 – Энергетическое сравнения СГПМ и СГ с электромагнитным возбуждением

, кВт	, об/мин	СГПМ	СГ с электромагнитным возбуждением
, мм	, о. е.	, кг	, кг	, кг	, кг	, мм	, о. е.	, кг	, кг	, кг	, кг
0,37	3000	56	0,860	0,28	1,19	0,087	3,80	63	0,700	0,55	2,50	0,163	6,3
0,55	56	0,870	0,32	1,61	0,114	4,10	63	0,730	0,63	2,90	0,180	6,3
0,75	56	0,880	0,40	1,92	0,139	4,90	71	0,770	0,91	4,10	0,284	15,1
1,1	63	0,885	0,57	2,62	0139	7,05	71	0,775	0,96	4,60	0,305	15,1
1,5	63	0,895	0,64	3,05	1,161	7,35	80	0,810	1,59	5,80	0,470	17,4
2,2	63	0,900	0,87	4,39	0,235	10,3	80	0,830	1,82	7,25	0,610	20,4
0,37	1500	63	0,870	0,50	2,13	0,114	4,50	63	0,680	0,61	2,73	0,172	6,3
0,55	63	0,880	0,58	2,62	0,139	7,15	71	0,705	0,92	3,79	0,189	15,1
0,75	63	0,890	0,64	3,05	1,161	7,65	71	0,720	0,94	4,31	0,205	15,1
1,1	71	0,887	0,60	3,24	0,231	10,10	80	0,750	1,36	5,55	0,420	17,4
1,5	71	0,890	0,82	4,73	0,336	12,40	80	0,770	1,49	6,96	0,600	20,4
2,2	71	0,896	1,02	6,41	0,455	15,40	90	0,800	1,92	9,62	0,610	28,7