FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí Atoři text: doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. Květen 2013 epoer Inovace výy eletroenergetiy a silnoprodé eletrotechniy formo e-learning a rozšíření praticy orientované výy OP VK CZ.1.07/2.2.00/15.0158
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 2 1 Bdící sostavy alternátorů Bdící sostava je zdrojem pro napájení dícího vintí stejnosměrným prodem. Tento prod vytváří eletromagneticé pole rotor, jehož otáčením (prostřednictvím tríny) se indje napětí ve vintí stator. Při zatížení stator pa pole rotor zprostředovává vaz mezi momentem eletromagneticého pole stator a mechanicým momentem tríny. Za hlavní části dící sostavy lze považovat: - zdroj dícího napětí (dič) - atomaticý reglátor - odzovač Na zení alternátor jso ladeny požadavy vyplývající ja z normálních provozních stavů stroje, ta s ohledem na jeho porchy neo porchy v eletrizační sostavě do teré pracje (podroně je vádí ČSN 350000-1-1, ČSN 350255): 1. Vysoá provozní spolehlivost spolehlivost dícího systém msí ýt přinejmenším stejná jao spolehlivost vlastního alternátor. Ovyle se ale požadje, ay yla vyšší ta, ay porchy v dící sostavě neomezovaly provoz generátor a tím i celého eletrárensého lo. 2. Plynlá reglace dícího prod v požadovaných mezích. 3. Vysoý strop zení stropní napětí U fmax je nejvyšší napětí, teré vznine na dícím vintí při nárazovém zení, přičemž počáteční prod se rovná jmenovitém dícím prod. Strop zení je poměr tohoto napětí napětí jmenovitém U f max f max U fn. Toto poměrné napětí y mělo dosahovat rotačních dičů s cizím U fn zením veliosti 1,6 až 1,8, nezávislých tyristorových zdrojů 1,6 a závislých 2. 4. Rychlost změny dícího napětí alternátor rychlost nárůst neo poles dícího napětí vyjádřená ve V.s -1 neo v s -1 při zení naprázdno. Během provoz alternátor je důležitá zvlášť s ohledem na zachování staticé staility stroje při rychlém zvýšení jeho zatížení. Udává hodnoto tzv. půlsendovo rychlostí nárůst dícího napětí, což je střední hodnota rychlosti v interval 0,5 s od začát nárazového zení v 0,5 f tzn., že platí v0,5 2. f 0,5 0,5 4 f f 1d (viz or. 1, de sočet, de t ploch A1 a A2 je stejný jao plocha pod řivo). Odezv s hodnoto 0-1 v 0,5 2s mají reglátory s rychlo odezvo, hodnoty z rozsah od 0,5s -1 až 2s -1 patří e standard. Or. 1: Znázornění rychlosti zení
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 3 Bdicí systémy moho mít, v závislosti na výon generátor a jeho fnci v energeticém systém, řad onfigrací. Jejich hlavní členění znázorňje or. 2. Or. 2: Členění dicích systémů Závislé dící sostavy dící příon je odvozen z napětí reglovaného stroje. Závislý dicí systém je napájen ze svore vlastní spotřey neo z výstp generátor. Při vzni externí porchy, dy se vyžadje valitní fnce zení, může dojít ovlivnění napájecího napětí a tím naopa zhoršení vlastností dicího systém. Nezávislý systém je tedy provozně výhodnější než systém závislý. Nezávislé dící sostavy příon zení nezávisí na napětí stroje. Kompadní dící sostavy ompandace zení označje proporcionální závislost složy dicího prod na prod statorového vintí. Tato závislost se docilje odvozením dicího prod od prod generátor pomocí prodového transformátor. Bdící příon ta závisí nejen na napětí stroje ale taé na jeho prod. Systémy s točivým dičem, žívající stejnosměrný motor s omtátorem. Staticé systémy s rožy na hřídeli požívají staticý řízený (tyristorový) neo neřízený (diodový) směrňovač. Bezartáčové sostavy mají směrňovač (řízený neo neřízený) rotjící na hřídeli stroje. 1.1 Bdící sostavy s rotačním dičem Bdič B je stejnosměrné dynamo na hřídeli alternátor G a jeho napětí se reglje derivačním reostatem R (viz or. 3). Pracovní od diče (or. 4) je rčen průsečíem vnější magnetizační charateristiy 0B a odporové přímy 0A. Vyřazením reostat R se odporová příma posne do od B na magnetizační charateristice a tento od rčje stropní napětí diče s. Naopa se zvětšováním odpor R se slon přímy zvětšje, a pod se stane tato příma tečno magnetizační charateristice napětí diče lesne velmi rychle nle (příma 0C). Z toho je patrno, že v této olasti není dič schopen plynlé reglace dícího napětí.
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 4 (-) s p A i (R +R) r B R f i f i G B L L R R f Or. 3 a) dící sostava s rotačním dičem, ) pracovní od diče a rychlost změny jeho napětí Rychlost nárůst napětí diče při řízení pomocí derivačního reostat lze rčit řešením diferenciální rovnice pro derivační ovod diče, podle teré de di dt d dt R Ri L R R i T, L T je časová onstanta derivačního vintí diče [s]. R Pro změn dícího napětí v čase tedy platí d dt T 1 a odtd dostáváme t T p R R i d R R i de hodnota r R Ri představje úse mezi vnější magnetizační a odporovo charateristio. Při nárazovém přizení (R = 0) pa platí vztah t T s p d, R i de s je stropní napětí diče. Doa t je tedy nepřímo úměrná vyšrafované ploše v or. 3) a protože roste s hodnoto T je zřejmé, že rychloěžných (vysoootáčových) strojů je nárůst napětí podstatně rychlejší, než pomalých. Tto stečnost je třea respetovat především hydroalternátorů, a pod je zde požit tento rotační systém zení, msí ýt dič poháněn rychloěžným asynchronním motorem, napájeným z vlastní spotřey eletrárny. Kromě popsaného způso se požívá i zapojení s pomocným dičem (viz or. 4), de se reglace zení provádí odporem R v odvod zení hlavního diče. Pomocný dič pomáhá plynlé reglaci v širších mezích, než je tom samostatného diče. i R i(-)
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 5 Or. 4: Stejnosměrná dící sostava s pomocným dičem Sostavy se stejnosměrnými diči yly požívány troalternátorů malých a středních výonů. V šedesátých letech minlého století yly nahrazeny střídavými diči jedna z důvod výonových omezení stejnosměrných dynam prezentovaných v ta. 1 a taé pro jejich nízo spolehlivost způsoeno omtátorem. otáčy (ot/min) mezní výon (MW) 3000 0,8 1000 1,2 750 2,5 Ta. 1: Mezní výony stejnosměrných dičů 1.2 Staticé dící sostavy s rožy na hřídeli Přívlaste staticý popisje sitaci, dy směrňovač napájející dicí vintí generátor, je pevně spojen se statico částí dicího systém a napájení dicího vintí je přes rožy. 1.2.1 Bdící systémy s výonovými diodami Požití neřízených směrňovačů reprezentovaných výonovými diodami možňje nahradit stejnosměrný dič na společném hřídeli dičem střídavým (alternátorem), jehož onstrce i údrža jso podstatně jednodšší a výon daleo vyšší. Proto jso tyto systémy v sočasnosti požívány pro alternátory nad 200 MW. Fnce vedené sostavy je patrna z or. 5a). Hlavní střídavý dič G2 i pomocný střídavý dič G3 jso na společném hřídeli s alternátorem. Bdič G2 napájí dvě spiny neřízených směrňovačů Us1 a Us2 a jeho napětí je řízeno reglátorem zení přes tyristorovo soprav ŘUs, napájeno z pomocného diče. Na pomocném diči se pomocí fázové prodové ompadace Us3 držje onstantní napětí. Při porše atomatiy lze přejít na rční řízení napájené z vlastní spotřey 3x230/400 V přes transformátor, indční reglátor a směrňovač or. 5). Napětí alternátor se reglje změno napětí hlavního diče. Reglátor pracje podle odchyly napětí a prodového zatížení generátor. Odzení generátor se ovyle provádí pomocí zhášecí omory Od., protože napětí diče nelze reverzovat. Sostav pracje velmi spolehlivě a dynamicé vlastnosti má podoné jao lasicý stejnosměrný dič.
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 6 Or. 5: a) Staticá dící sostava s rožy na hřídeli a výonovými diodami, )varianta s rezervním napájením z vlastní spotřey. 1.2.2 Bdící systémy s tyristory V tomto případě se pro napájení dícího vintí požívá trojfázových řízených můstů, teré odeírají energii ď ze svore vlastní spotřey samotného alternátor, neo ze střídavého diče (B na or. 6), jehož napětí se držje na onstantní hodnotě fázovo prodovo ompadací K. Tyristorové sopravy T jso opět s ohledem na spolehlivost zení zdvojeny. Ve vodních eletrárnách je tato dící sostava doplněna nezávislým zdrojem, terý se dále vyžívá taé eletricém rzdění hydroalternátorů. Protože tyristorový směrňovač může pracovat taé v invertorovém chod, terý možňje téměř oamžité připojení stropního napětí opačné polarity, proíhá odzení stroje rychleji než jeho nazení. Tento způso odzování lze ominovat se zhášecí omoro ZK. Rychlost změny zení je vysoá a reglovaný generátor ta může pracovat i v olasti mělé staility se zátěžným úhlem 110 až 120. Or. 6: Staticá dící sostava s rožy na hřídeli a s tyristory
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 7 Tyristorové dící sostavy pracjí s vysoo účinností a zlepšjí dynamicé vlastnosti alternátorů. Pořizovací nálady jso vša tyristorových sostav vyšší než výonových diod. Tyristory msí ýt dostatečně dimenzovány s ohledem na zvýšené namáhání při zratech neo při výpad něterého z nich. 1.3 Bdící systémy ezartáčové Bdící sostavy této spiny se principiálně liší od všech předchozích sostav tím, že z hlavního dícího ovod jso vyločeny vešeré pohylivé ontaty. To má příznivý vliv na spolehlivost při malých nárocích na údrž. Na hřídeli generátor je místěn směrňovač i jeho napájecí zdroj. Podoně jao předchozího dícího systém lze tyto sostavy rozdělit na sostavy s výonovými diodami a s tyristory. 1.3.1 Bezartáčové dící sostavy s výonovými diodami Bdič je opět střídavý a jeho trojfázové vintí napájí směrňovač U1 v trojfázovém můstovém zapojení (or. 7). Výstp z směrňovače prochází spojo rovno do dícího vintí generátor G. Stator diče má zení řízené tyristorovo sopravo U2, napájeno z pomocného diče PB s permanentními magnety ( malých strojů i přímo ze svore alternátor). Rotjící směrňovač má osahovat co nejméně sočáste a msí mít velo prodovo záloh, ay neylo ntno stroj odstavovat při porše jednoho člen. Or. 7: Bezartáčová dící sostava s výonovými diodami Napětí generátor se reglje prostřednictvím reglace napětí střídavého diče. To je nejslaší strána této dící sostavy, terá se projevje zvláště při odzování, neoť odzení generátor se provádí odzením střídavého diče. Znamená to, že časová onstanta přechodného jev se zvětšje vlivem časové onstanty střídavého diče a odzovací proces se ta zpomalje. Podoně tato sostava vyazje pomalé půsoení při reglaci náhlých změn napětí generátor a při jeho náhlém odlehčení. Pro vedené vlastnosti se tento typ dící sostavy nedoporčje požívat pro alternátory velých výonů a pro alternátory se zvýšenými požadavy na dynami reglace zení. 1.3.2 Bezartáčové dící sostavy s tyristory Na or. 8 je znázorněna jedna z modifiací ezartáčové dící sostavy s tyristory, dy je na společném hřídeli místěn rotor generátor G, tyristorová soprava T, otva střídavého diče B a rotační převodní P, přenášející na tyristory implsy generované řídícími ovody ŘO.
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 8 Or. 8: Bezartáčová dící sostava s výonovými diodami Odzování generátor se provádí přechodem tyristorové sopravy do invertorového režim. Bdící vintí diče je napájeno z nezávislého zdroje (ovyle z přípojnic vlastní spotřey 400 V). Popsaný systém se vyznačje velmi vysoo spolehlivostí, plynlostí a rychlostí reglace a vysoým stropem zení. Z těchto důvodů se i přes vyšší pořizovací nálady jeví jao nejperspetivnější pro alternátory mezních výonů. 1.4 Bdící sostavy alternátorů v ČR U alternátorů malých výonů se nejčastěji vysytje dící sostava se stejnosměrným dičem a to většino ve variantě s pomocným dičem. Bdící sostava alternátor 50 MW yla řešena se dvěma vintími, z nichž jedno je zapojeno jao v lasicém schémat s pomocným dičem a drhé je připojeno směrněném statorovém prod (tzv. prostá ompadace). Tato ompadace plní fnci hlavního reglačního člán, reglátor napětí plní fnci orece napětí. Bdící sostava prvních troalternátorů 100 MW je schématicy znázorněna na or. 9. Na pólech stejnosměrného diče jso místěna tři vintí nazovací (N), odzovací (O) a derivační (D). Magneticý reglátor MRNG 101 má dva stejnosměrné výstpy na vintí N a O a pracje jao oretor. K jeho napájení je požit generátor malého výon s permanentními magnety, pracjící s mitočtem 500 Hz. Oě popsané dící sostavy jso nezávislé. Or. 9: Princip dící sostavy troalternátorů 100 MW
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 9 Bdící sostavy prvních troalternátorů 200 MW vyžívali nezávislých omtátorových dících sostav se rtťovými směrňovači řízenými tranzistorovým reglátorem. Novější dící systémy sostrojí 200 MW již požívají výonové polovodičové prvy a ovyle jso oncipovány jao dící sostavy na or. 5 až 8. V roce 2011 prošly dící sostavy troalternátory v JE Dovany reonstrcí. Každý z osmi trogenerátorů jaderné eletrárny je nyní vyaven novo statico dicí sopravo, terá vyžívá energie ze stator generátor tím, že je zhotovena odoča ze zapozdřených vodičů na vývod generátor a přes dicí transformátor TB je napájen tyristorový směrňovač s číslicovým reglátorem (or. 10). Protože napájecí napětí dící sostavy závisí na napětí stroje, jedná se o závislo dící sostav. Or. 10: Bdící sostava generátorů JE Dovany Koncepčně jde o řešení se stoprocentní redndancí reglačních a podpůrných ovodů viz or. 10. Číslicový reglátor zení je dvoanálový, s oamžitým zásoem z ativního na záložní anál a naopa. Kterýoliv ze dvo samostatných evivalentních análů může ýt navolen jao hlavní, drhý jao záložní. Každý anál osahje rovnocenné, na soě nezávislé napájení, měřicí a řídicí ovody včetně procesorů a programového vyavení. Reglátor je vyaven stailizátorem PSS (Poer System Stailizer), terý účinně napomáhá tlmit ývání rotor při změnách zatížení generátor. Tyristorový směrňovač je složen ze tří paralelních můstů dimenzovaných podle pravidla n - 1, tzn., že výpade jednoho můst neznamená omezení provoz generátor. Bdicí transformátor TB je vzdchový s vintím zalitým v prysyřici a má výon 2,16 MVA, tj. necelé 1 % zdánlivého výon stroje. Pro najíždění eletricých ochran generátor a při pravidelných revizích dicího systém za lid sostrojí je dící sostava napájena z transformátor pro zošy, jenž je proveden stejno technologií. Přívod transformátor pro zošy je volen ze sítě loové vlastní spotřey 6 V. Na lo 500 MW yl instalován nezávislý dící systém s tyristorovo statico dící sostavo, terá pracje přímo do dícího vintí troalternátor. Její zjednodšené schéma je na or. 11. Napájení zajišťje střídavý dič na společném hřídeli, terý je zen z ompadace, případně z malé staticé dící sostavy. Řízený tyristorový směrňovač je tvořen třemi paralelně spojenými můsty, teré možňjí přechod do invertorového režim a tdíž rychlé odzení.
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 10 Or. 11: Staticá dící sostava troalternátor 500 MW Pro lo 1000 MW v jaderné eletrárně Temelín yly navrženy dvě varianty zení. Oě se vyznačjí vysoo spolehlivostí a dorými provozními vlastnostmi. Princip jedné z nich je na or. 12. Jedná se o ezartáčový dící systém s diodovým směrňovačem. Usměrňovač tvoří dvojitý trojfázový můste. Bdič je trojfázový se šesti větvemi v aždé fázi. Každá větev napájí dvojici výonových diod, jež jso pojistami chráněny před nadprody. Při porše jedné diody je možný další provoz směrňovače. Pro měření napětí a přepěťové chránění v hlavním dícím ovod jso na rotor místěny pomocné rožy. Or. 12: Bdící sostava troalternátor 1000 MW Na or. 13 je schéma dící sostavy přečerpávací vodní eletrárny v Dalešicích. Bdící vintí je napájeno z plně řízeného tyristorového směrňovače, jenž je ovládán reglátorem napětí. Zdrojem je střídavý dič na společném hřídeli alternátor jedná se o dící sostav nezávislo. Konstantní napětí na svorách diče (380 V) je držováno prodovo fázovo ompadací. Záložním zdrojem je transformátor TB s převodem 1:1 v rozvodně vlastní spotřey, terý galvanicy oddělje měnič od sítě. Tento zdroj se požívá při provozním odepntí alternátor, dy je sostrojí eletricy rzděno. Generátor se odzje pomocí zhášecí omory a odzení sřídavého diče se provádí zratováním střídavé strany diodového můst DM. Odporní v dícím ovod R r se zařazje při asynchronním rozěh do čerpadlového chod, dy je třea vyvodit značný točivý moment. Tento odpor je 8rát vyšší než odpor dícího vintí R.
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 11 Napěťový reglátor možňje atomatizovaný chod alternátor ve všech provozních stavech a jeho jednotlivé fnce ostarávají: chránění statorového a rotorového vintí před oteplením, hlídání meze podzení, omezení statorového a rotorového prod při přeročení dovolené teploty. Or. 13: Bdící sostava alternátor v přečerpávací vodní eletrárně
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 12 2 Záladní systémy odzování a jejich vlastnosti Odzovač je část dicího systém zajišťjící: - odpojení dicího systém od napájecího zdroje při odzování, - co nejrychlejší přeměn eletromagneticé energie dicího vintí na tepelno form při porchách, při terých nelze oddělit generátor od porchy vypínačem (napřílad porchy na generátor neo loovém transformátor). Požadavy na odzovače: - vysoá provozní spolehlivost, - vysoá rychlost odzování, - dodržení mezí pro přechodná napětí vzniající při odzování, - zajištění reace na signály ochran a dálového ovládání. Požívají se tři záladní principy odzování: - odzovač se zhášecím odporem, - odzovač se zhášecí omoro, - orácení polarity napájecího zdroje. 2.1.1 Odzovač s paralelním zhášecím eletricým odporem Princip činnosti tohoto odzovače je patrný ze schémat na or. 14. V oamži t = 0, při zapůsoení ochrany, připojí ontat K 0 odzovače do ovod dícího vintí velý eletricý odpor R x a poté odpojí dič B. Sočasně je odzován i dič zařazením velého eletricého odpor R y. průěh prod dícím vintím de záviset na provozním stav alternátor a na přítomnosti tlmícího vintí v rotor. Or. 14: Schéma odzovače s paralelním odporem Pro alternátor ez tlmiče odzovaný ze stav naprázdno platí náhradní schéma na or. 15 a pro průěh prod i vf v ovod zení můžeme psát rovnici di ( t) dt vf R i ( t) L 0. Rf x vf f rotor R f M stator R x i vf i vd L f L d Or. 15: Náhradní schéma odzení generátor naprázdno
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 13 Počáteční podmíno pro řešení této diferenciální rovnice je hodnota prod teocího zením před začátem přechodného děje odzování i vf (0) = i f0. Řešení rovnice má tvar: i ( t) K.e vf pt, de p rčíme z charateristicé rovnice Rf R Rf x f p L R L p 0 a onstant K z počátečních podmíne i vf (0) K i. p0 if0 K. e f0 f x 1 Lf Jestliže označíme hodnot Tx 0, de řešení diferenciální rovnice p R R i vf( f0 t Tx 0 t) i.e (graficy v or. 16). f x Or. 16: Porovnání průěh prodů při odzovaní přes zhášecí odpor Z řešení je patrné, že odpor vložený do ovod zení zracje časovo onstant přechodného děje má tlmící účine. Dále je potřea vyšetřit průěh napětí na rožcích dícího vintí. Řešení vychází z náhradního schémat na or. 16. Pro stav před odzením (R x odpojen) pro platí II. KZ f i.r f0 f a ěhem odzování (R x připojen) di ( t) Tx 0 t) Rxivf( t) Rf ivf( t) Lf f ( t) Rxivf( t) Rxif0.e. dt vf f ( t a) ) Or. 17: a) Náhradní schéma pro výpočet přepětí na rožách rotor při odzení, )průěh napětí a prod při odzování pomocí zhášecího odpor. Veliost zhášecího odpor se volí ta, ay neyla doa odzování příliš dlohá, ale taé, ay napětí na rožách nepřesáhlo hodnot mezního dovoleného napětí na svorách daného zhra hodnoto U f max 0, 7U zš.
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 14 2.2 Odzovač se zhášecí omoro Pro odzování alternátorů s výonem nad 100 MW je rychlost odzování pomocí zhášecího odpor nedostatečná a proto se nich požívají odzovače se zhášecí omoro. Tento vyžívá fyziálních vlastností tzv. rátého eletricého olo onstantní dély (2-3 mm). Úyte napětí na rátém eletricém olo mezi ovovými eletrodami zůstává praticy onstantní a to i při značných změnách prod. Princip tohoto odzovače je znázorněn na or. 18. Při odzování stroje se nejprve rozepno hlavní ontaty 1, mezi terými nevznine olo, jeliož jso zratovány pomocnými opalovacími ontaty 2. Tyto ontaty se rozepno ezprostředně po vypntí hlavních ontatů a na nich vznilý olo se pomocí vnějšího magneticého pole vtahje do prostor zhášecí omory. Tady se olo rozdělí na ráté úsey mezi jednotlivé destičy zhášecí omory řazené v sérii a díy tom zůstává napětí na svorách zhášecí omory praticy onstantní i při velých změnách prod. Olo se v prostor zhášecí omory otáčí vlivem vnitřního magneticého pole ta, ay se vzniající teplo rovnoměrně rozdělovalo po povrch destiče. Or. 18: Odzovač se zhášecí omoro Napětí na svorách omory = D.n, de D je napětí mezi dvěma sosedními destičami (25 až 30V) a n je počet mezer. Aychom mohli provést analýz přechodného děje v popsaném ovod, deme předpoládat, že napětí diče i napětí na svorách zhášecí omory se v průěh odzování nemění. a) ) Or. 19: a) náhradní schéma pro výpočet průěh dícího prod a napětí, )časový průěh dícího prod. V případě alternátor ez tlmiče odzovaného z chod naprázdno, lze pro dící ovod podle náhradního schémat na or. 19a) napsat rovnici R i f vf di L f f dt
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 15 s počáteční podmíno if (0). Její řešení je Rf t 1 fo f.e T Lf i, de Tfo. R f Rf Průěh prod i f je podle or. 19) závislý na tom, zda je větší než neo naopa. Z něho je patrno, že odzení je stečně účinné jen pod >. Jamile se prod přilíží nle olo zhasne. Na or. 20 je ještě znázorněn průěh napětí na rožách a na zhášecí omoře. Je patrné, že doa hoření olo T zh lesá s rostocím napětím, jehož veliost je dána počtem v sérii zapojených destiče ve zhášecí omoře. Jejich počet se volí ta, ay napětí na rožách f nepřesáhlo napětí dovolené 7 fn. Jednodchým výpočtem pa dostaneme požadované napětí na zhášecí omoře 7. fn n. D 7. fn a počet mezer zhášecí omory n 7. D fn. a) ) c) Or. 20: Časový průěh - a)dícího prod, ) napětí na zhášecí omoře, c)dícího napětí. Uvedený typ odzovače se velmi osvědčil a požívá se pro odzení většiny alternátorů velých výonů. 2.3 Odzení v ovodech s řízenými směrňovači Bdící sostavy s tyristorovými směrňovači možňjí jednodše docílit rychlé změny polarity dícího napětí alternátor přechodem do invertorového chod. Tím se při sočasném zvýšení dícího napětí možní rychlé odzení. Velo výhodo těchto systémů je stečnost, že se při změně polarity nepřeršje dící ovod, taže v něm nevzniají prodové rázy a přepětí. V záladním stav je dící vintí alternátor napájeno z trojfázového diče na hřídeli přes soprav rotjících tyristorů. Jejich ovládání prostřednictvím řídícího člen možňje změnit oamži zážeh a reglovat ta stření hodnot napětí v široých mezích. Pod řídící úhel poroste, střední hodnota napětí nejprve lesá a po té změní znaméno (viz or. 21). Or. 21: Změna střední hodnoty napětí v závislosti na řídícím úhl tyristorového směrňovače
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 16 Usměrňovač v invertorovém chod reperje energii magneticého pole dící cívy zpět do sítě. Časový průěh prod v dícím vintí při odzování tímto způsoem je podoný průěh prod v zapojení se zhášecí omoro podle or. 19) pro <. 3 Reglace napětí alternátorů Reglátory zení odvozjí svo činnost z časového průěh veličin, teré jso důležité pro držení napětí a staility v eletrizační sostavě. Taovými veličinami moho ýt: odchyla napětí, změna zátěžného úhl, neo jeho první a drhá derivace, případně změna činného, ale především jalového výon. Požadavy na reglátory: realizace požadavů primární reglace napětí a rovnoměrného rozdělování jalového výon, zajištění staticé a dynamicé staility chod stroje v stáleném stav a porchách, oslha doplňových signálů (hlídání mezí podzení, systémového stailizátor ). Činnost reglátor názorně vysvětlíme na záladě zjednodšeného schémat vedeného na or. 22 za předpolad, že reglátor má astatico charateristi a že zanedáme trvalo reglační odchyl (chy reglátor). Alternátor podle schémat pracje do sostavy neonečného výon přes vnější reatanci x v, zahrnjící napřílad loový transformátor a venovní vedení, a napětí sostavy tedy nelze ovlivnit jalovým výonem, terý generátor do sostavy dodává. Or. 22: Principiální schéma reglace napětí alternátor
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 17 Rezistance v ovod zanedáme a poněvadž rozdíl napětí je dán především úytem napětí, vyvolaným jalovým prodem i j na reatancích jednotlivých prvů schémat, deme pro jednodchost važovat, že stroj dodává do sítě poze jalový výon. Pro napětí na svorách generátor pa můžeme psát x i s v. j Ze svore alternátor se do sočtového člen A oecně přivádí z přístrojového transformátor napětí hodnota napětí a hodnota úyt napětí ±r.i j. Tento sočet se dále zesílí (zeslaí) v dalším člen (hladinovém odporní R h ) činitelem, taže reglovano veličin představje při zanedání necitlivosti reglátor hodnota r i r. i.. j j Tato hodnota msí v rovnovážném stav odpovídat onstantní řídící veličině, odeírané z napěťového normál. Po dosazení za napětí alternátor, dostaneme s ijx v r, což je reglační rovnice stáleného stav, v níž aždé hodnotě s odpovídá právě jedna hodnota i j. Veličina x v ±r se označje sohrnně jao s a nazývá se statia reglátor. Na záladě hodnoty statiy rozlišjeme následjící možnosti reglace napětí: a) x v = 0, r = 0 s = 0 alternátor pracje přímo do sostavy (ez loového transformátor) a údaj o veliosti jalového prod se do reglátor nezavádí. Rovnice reglace je s onst. Charateristia reglátor s = f(i j ) je rovnoěža s oso prod i j (viz or.23). s s s s i j Or. 23: Astaticá reglační charateristia Jestliže napětí sostavy s polesne v důsled jalového zatížení v sostavě, polesne stejně i napětí. Vznine reglační odchyla a reglátor zvýší prod ij. Alternátor má vša proti sostavě zanedatelný výon a nemůže změno dodávy jalového výon zvýšit napětí s. Reglační odchyla trvá až dič dojde na svo stropní hodnot i jmax a po ráté doě jso dič i alternátor prodově přetíženy a nadprodová ochrana odpojí alternátor od sostavy. Pod y naopa v důsled odlehčení sostavy s a tedy i napětí vzrostla, reglátor y naopa oddil alternátor až na rajní mez. Opět vša ez odezvy na poles napětí a tedy s trvalo reglační odchylo. Alternátor teď odeírá ze sostavy značný magnetizační prod a nadprodová ochrana jej opět odpojí od sostavy. Závislost zení na napětí sostavy je v tomto případě značná a provoz alternátor je lailní. Charateristice tohoto typ se říá astaticá. Není vhodná pro paralelní spolpráci alternátorů.
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 18 ) x v = 0, r 0 s = ±r alternátor pracje přímo do sostavy (ez loového transformátor) a údaj o veliosti jalového prod se zavádí do reglátor a tvoří stati reglátor. Rovnice reglace je s r i. j. s s r.i j r i 0. j r i 0. j s r.i j 1 i j Or. 24: Staticá a ompandní charateristia U alternátorů pracjících přímo do sostavy ez loového transformátor, vytvoříme sešimení charateristiy pomocí jalové složy prod i j. Úyte napětí vytvořený tímto prodem na odporní r (viz detail DET.X na or. 22) je možno v sočtovém člen ď přičíst neo odečíst od napětí alternátor a dle toho održíme charateristi statico neo ompandní (or. 24). Veliost směrnice charateristiy se mění veliostí odpor r, její znaméno přepólováním přívodů, napěťová hladina / se mění zesílením neoť hodnota řídící veličiny je onstantní zadávaná z normál. c) x v > 0, r = 0 s = x v alternátor pracje do sostavy přes loový transformátor a údaj o veliosti jalového prod se do reglátor nezavádí. Rovnice reglace je s x i v. j. s x v xv s s xv.i j 1 i j Or. 24: Staticá charateristia V tomto případě je statia reglátor tvořena úytem napětí na vnější reatanci x v (loového transformátor a vedení). Vzroste-li napětí sostavy, reglátor sníží zení, tím polesne jalový prod alternátor i j a naopa, taže napětí na svorách alternátor je držováno onstantní napětí. Bde-li i j = 0, de s = a de-li i j = 1, de s = x v = / - x v. Stailní provoz je vytvořen účinem vnější reatance. d) x v.i j > 0, r.i j < 0 s = x v - r alternátor pracje do sostavy přes loový transformátor a do reglátor se zavádí záporný úyte napětí vytvořený jalovým prodem i j na rezistanci r. Reglační rovnice má tvar s ijxv r.
Bdící sostavy alternátorů a reglace napětí 19 s x v r x v r i 0. j r.i j a c 1 i j Or. 25: Staticá charateristia V tomto reglátor je rezistence r zapojena ta, ay se úyte na ní vytvořený prodem ij v sočtovém člen odečítal od napětí čárovaná (ompandní) charateristia a v or. 25. To znamená, že vhodno veliostí rezistance r můžeme pravit nadměrně velo stati reglátor vytvořeno vnější reatancí x v (plno čáro - ) a výsledná statia je dána jejich rozdílem čerchovaná čára c. Má-li ýt statia reglátor např. 5%, reatance loového transformátor je 12%, msí ýt r = 7%. Oecné závěry, plynocí z předchozí analýzy moho ýt shrnty tato: - pod pracje generátor do sostavy přes vnější reatanci x v > 0 (např. loový transformátor) je ntno provádět ompadaci reglátor (r.i j < 0), ay výsledná charateristia měla menší výsledno stati, - pracje-li alternátor do sostavy přímo (x v = 0), msí mít reglátor charateristi se záporno statio r.i j > 0.