СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ТВЕРДЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

На сельских электростанциях большое рас­пространение получили генераторы малой мощ­ности (до 100 ква), в которых система возбуж­дения питается не от машинных возбудителей, а от твердых (селеновых) выпрямителей. В свою очередь, эти выпрямители питаются перемен­ным током от статорпой цепи генератора.

Схемы самовозбуждения от . твердых вы­прямителей н конструктивные решения самих генераторов были предложены С. Б. Юдицким (ВЭИ). Такие генераторы выпускаются для стационарных и передвижных электростанций малой мощности.

Принципиальная схема самовозбуждения синхронного генератора от твердых выпрями­телей показана на рисунке 42.

Здесь представлены два варианта схемы выпрямителя: 1) трехфазная схема с нулевым выводом и 2) трехфазная моетиковая схема Ларионова. Мостиковая схема имеет несом­ненные преимущества по сравнению со схемой с нулевым проводом; в частности, к ним от­носится меньшая пульсация выпрямленного тока.

Принцип действия генератора, самовозбуж­дающегося от твердых выпрямителей, заклю­чается в следующем. При вращении ротора в статорной обмотке генератора индуктируется под влиянием остаточного магнетизма полюсов очень небольшая электродвижущая сила. При подаче напряжения переменного тока на твер­дый (обычно селеновый) выпрямитель послед­ний дает очень небольшой постоянный ток. С поступлением этого тока в обмотку возбуж­дения генератора увеличивается магнитный по­ток, а в статорных обмотках повышается на­пряжение. Повышение напряжения в рабочих обмотках генератора, в свою очередь, вызывает увеличение тока, отдаваемого выпрямителем в цепь возбуждения генератора, и, таким об­разом, генератор начинает давать нормальное напряжение.

Остаточный магнетизм и вместе с тем оста­точное напряжение самовозбуждающегося ге­нератора должны быть достаточно велики, иначе без особых приспособлений, обеспечи­вающих самовозбуждение генератора в началь­ный момент, часто невозможно добиться пор-мальной работы генератора.

Для увеличения остаточного магнетизма прокладки у сердечников полюсов и втулку ротора магнитопровода синхронных генерато­ров изготовляют из специальной стали.

Кроме того, как будет подробнее указано ниже, во всех промышленных образцах гене­раторов с самовозбуждением от селеновых выпрямителей применяются трансформаторы-стабилизаторы с особым приспособлением в виде замыкателя*или простой кнопки с предо­хранителем. С помощью этого приспособления во время пуска замыкаются накоротко две фазы последовательных обмоток. Это вызывает повышение напряжения на входе твердого выпрямителя и вместе с тем возрастание тока возбуждения генератора до необходимой ве­личины.

В приведенной на рисунке 42 простейшей схеме самовозбуждения не предусмотрено ав­томатическое поддерживание напряжения на зажимах генератора. Между тем оно необхо­димо для нормальной работы малых электро­станций с приключенными к их сетям коротко-замкнутыми двигателями соизмеримой мощ­ности.

• схемы самовозбуждения с авто­матическим регулированием напряжения при помощи двухобмоточных вольтодобавочных трансформаторов показаны на рисунке 43.

Первичные и вторичные обмотки трансфор­матора присоединяются таким образом, чтобы магнитодвижущие силы их были направлены навстречу друг другу. Выпрямители соединены по схеме с нулевым выводом {рис. 43, /) и по мостиковой схеме (рис. 43, //).

Первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора нужно включить в рассечку главной цепи генератора.

Начало вторичной обмотки присоединяют к соответствующим фазным проводам или за­жимам генератора, а концы — к выпрямителю. При холостом ходе или ничтожной нагрузке генератора вторичная обмотка служит дрос­селем, который понижает подводимое к селе­новым выпрямителям напряжение и тем самым понижает напряжение генератора. С возраста­нием нагрузки постепенно уменьшается паде­ние напряжения во вторичной обмотке серисс-трансформатора и затем в ней начинает нара­стать добавочное напряжение. Опо повышает напряжение, подводимое к выпрямителю, и, следовательно, напряжение генератора.

На рисунке 44 приведены продольный и по­перечный разрезы самовозбуждающегося трех­фазного синхронного генератора мощностью 15 та на напряжение' 230 в с выведенным нулем.

Генератор предназначен для установки на передвижной автомобильной станции.

На полюсах ротора имеются специальные магнитные прокладки, которые усиливают остаточный магнетизм для самовозбуждения генератора. Селеновый выпрямитель собран из двух групп: каждая группа состоит из 22 последовательно соединенных элементов.

Диаметр столбика равен 45 мм; вес трех столбиков, т. е. всего выпрямителя, 1,2 кг. Выпрямитель дол-жен быть предохранен от перегрева, поэтому его располагают в особом корпусе К — продолжении подшипникового щита генератора. Струя воздуха, засасываемого вентилятором, интенсивно обтекает выпрямитель. Воздух засасывается вентиля-тором через люки над селеновым выпрямителем и над контактными кольцами и выбрасывается через нижний люк. Напряжение регулируется автоматически — вольтодобавочным трансформатором.

В момент запуска генератора, когда используется остаточный магнетизм прокладок, следует закоро-ить на 1—2 секунды одну из вторичных обмоток сериес-трансформатора, нажав кнопку, установленную для этой цели на щите станции. На рисунке 45 показана схема коммутации малой электростанции с описанным генератором.

При самовозбуждении по схеме, приведенной на рисунке 43, напряжение возбуждения (независимо от того, соединены выпрямители по схеме с нулевым проводом или же по мостиковой схеме) получается одного порядка с напряжением сети. Генератор с самовозбуждением по такой схеме обходится дорого, так как обмотку возбуждения нужно изготовлять с большим числом витков. Это затрудняет ее размещение на полюсах ротора генератора. Применение трехобмоточного сериесного трансформатора- стабилизатора вместо двухобмоточного устраняет указанный выше недостаток этой схемы.

На рисунке 46 приведена схема соединения самовозбуждающегося синхронного генератора с селеновыми выпрямителями и трехобмоточным стабилизирующим трансформатором.

Как видно из схемы, высоковольтная обмотка 1 трансформатора-стабилизатора при-соединяется параллельно нагрузке (шунтовая обмотка), сериесная обмотка III — последовательно с нагрузкой, низковольтная обмотка 2

• питает переменным током пониженного напряжения выпрямитель.

В трехобмоточном стабилизирующем трансформаторе между высоковольтной (шунтовой) обмоткой и двумя остальными обмотками (последовательной и вторичной) расположен магнитный шунт, состоящий из стальных листов. Благодаря ему уменьшается влияние магнито-движущей силы последовательной обмотки на шунтовую. Кроме того, изменяя число листов стали магнитного шунта, можно регулировать напряжение при холостом ходе генератора, С уменьшением числа листов стали шунта напряжение на зажимах статора увеличивается, а при увеличении числа листов уменьшается.

Внешняя характеристика стабилизирующего трансформатора — крутопадающая, благодаря соответствующему расположению катушек всех трех обмоток и введению магнитных шунтов, дающих большое рассеяние. Даже при нагрузке трансформатора минимальным током вторичное напряжение принимает значение, необходимое для получения тока возбуждения, которое соответствует номинальному напряжению генератора при холостом его ходе. По мере загрузки генератора в действие вступает последовательная обмотка трансформатора. Ампервитки обмотки подобраны так, чтобы при полной нагрузке генератора на трансформаторе установилось максимальное вторичное напряжение, необходимое для создания тока возбуждения, который соответствует полной нагрузке.

Инженер Е. М. Горшков (ВИЭСХ) разработал приспособление для изменения положения магнитного шунта стабилизирующего трансформатора к генератору ВСГС-50/8. Приспособлением можно регулировать напряжение генератора на ходу. Это имеет существенное значение не только для изолированной работы генератора, но и при параллельной работе его с другими генераторами.

• рисунке 47 представлен разрез вертикального генератора типа ВСГС-50/8 системы С. Б. Юдицкого с самовозбуждением от селеновых выпрямителей. Генераторы этого типа рассчитаны на сопряжение с вертикальными гидротурбинами малой мощности через клино-ременную передачу. Если скорости вращения совпадают, их можно соединять с быстроходными гидротурбинами непосредственно. Во многих МТС и на ремонтных заводах установлены те же генераторы, но в горизонтальном исполнении. Они приводятся во вращение .двигателями внутреннего сгорания.

У генератора ВСГС-50/8 (рис. 47) селеновые выпрямители вмонтированы в верхнем подшипниковом щите против вентиляционных отверстий, что способствует эффективному охлаждению столбиков выпрямителя. Два люка с крышками в этом щите позволяют наблюдать за состоянием и работой контактных колец ротора и щеток. Вентилятор, создающий поток воздуха для охлаждения машины, находится в нижнем подшипниковом щите.

Полюса ротора привернуты к стальной втулке, насаженной на вал генератора. Втулку изготовляют из углеродистой или хромистой стали. Это дает возможность повысить остаточный магнетизм и вместе с тем юстаточное напряжение (16—20 в) до величины, обеспечивающей самовозбуждение генератора во время запуска машины. На рисунке 48 приведена схема соединений генератора ВСГС-50/8.

Самовозбуждающиеся синхронные генераторы повышенной частоты типа ЧС-7

Отечественной промышленностью выпу--скается специальный тип синхронного генератора. Он входит в комплект электростанции, предназначенной для питания трехфазным током повышенной частоты (200 гц) двигателей, встроенных в электроинструмент или сопряженных с ним, например с быстроходными электропилами. В сельской электрификации указанный генератор может быть применен для питания тех установок электромеханической стрижки овец, в которых электродвигатель

рис.48

непосредственно встроен в стригальную машинку.

В целях безопасности персонала, для питания электростригальных установок следует применять пониженное напряжение. Выпускаемые образцы электростригальных машинок оборудованы встроенными трехфазными электродвигателями, рассчитанными на напряжение 36 в при частоте 200 гц. Поэтому генераторы типа ЧС или подобные им следует заказывать на линейное напряжение 36 в.

Буква Ч в маркировке генератора условно указывает на повышенную частоту, С — синхронный, цифра 7 условно обозначает габарит машины. Генератор не имеет

ВСГС-50/8, по схеме G. В. Юдицкого, выпрямленным током от се­ленового выпрямителя с трехобмоточяым транс­форматором-стабилизатором (рис. 49).

Изменение напряжения на зажимах ста­тора генератора при постоянной номинальной скорости вращения, изменении тока нагрузки от нуля до номинальной и при номинальном cos о составляет не более -±: 5%.

При значениях cos фи , существенно отли­чающихся от номинальных, изменение напря­жения на зажимах статора генератора может доходить до ± Ю% от номинала.

Изменение скорости вращения в значитель­ной мере влияет на изменение напряжения, поэтому следует стремиться к тому, чтобы колебание числа оборотов первичного двигателя не превышало ± 5% от номинальной скорости вращения. Номинальная мощность генератора' 14 ква, линейное напряжение 240 в, скорость, вращения 1500 об/мин.

Трехфазная обмотка статора соединена в звезду; номинальный коэффициент мощности генератора 0,8.

Вес генератора 250 кг, трансформатора-стабилизатора 25 кг.

рис.50

На рисунке 50 даны габаритные размеры

генератора,

а на рисунке 51 представлена схема включения генератора и стабилизатора в трехфазную сеть. Комплектно с генератором

завод поставляет пусковой замыкатель, схема которого приведена на рисунке 52. Это

рис 51

более совершенное устройство, чем пусковая кнопка J

генератора ВСГС-50/8.

• видно из схемы, изображенной на ри­сунке 52, одна из фаз последовательной обмотки трапсформатора-стабилизатора присоеденина к нижней металлической шине замыкателя; а другая фаза через сопротивление — к верх­ней шине. Если скользящая щетка, соединен­ная с рукояткой замыкателя, занимает одно из краиних положений (справа или слева), то последовательные обмотки находятся в нор­мальном положении.

При переводе щетки на один из средних кон-1 тактов обе фазы замыкаются через сопротив­ление. При этом через последовательные об­мотки двух фаз трансформатора-стабилизатора пройдет значительный ток. Напряжение во втричной обмотке повысится, ток питания селе­новых вентилей, а вместе с тем и ток возбуж­дения генератора возрастет до нормальной величины.

Для усиления действия замыкателя и ускорения пуска генератора иногда приходится переставлять перемычку из положения Я3-в положение Я4—К2, как указано на схеме (рис. 52) пунктиром.

Если теперь перемещать рукоятку замыка­теля со щеткой из одного крайнего положения в другое, то фазы последовательной обмотки трансформатора-стабилизатора сперва замы­каются через сопротивление, затем накоротко, потом снова через сопротивление и, наконец, размыкаются.

Во время запуска и первоначального само­возбуждения сеть отключают.

Генератор ЧС-7 на передвижных электро­станциях приводится бо вращение двигателем внутреннего сгорания, с валом которого его соединяют эластичной муфтой. В стационарных электрифицированных хозяйствах для этой цели может служить асинхронный двигатель. Он составляет вместе с генератором агрегат, пре­образующий частоту трехфазного тока с 50 на 200 гц.