СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С СИСТЕМОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Предложение относится к области электротехники и используется в подвагонных автономных генераторах на железной дороге.
Широко известен генератор /1/ с системой возбуждения, содержащий трансформатор, подключенный входом к выходу генератора, а выходом к выпрямителю, к выходу которого через резистор подключена обмотка возбуждения. Недостаток такой системы самовозбуждения является нестабильное выходное напряжение из-за колебаний частоты вращения.
Наиболее близким, по сути (прототипом), является синхронный генератор /2, 3/ с системой возбуждения, содержащий трансформатор подключенный входом к выходу генератора, а выходом к входу выпрямителя, обмотку возбуждения, шунтированную диодом и подключенную одним выводом к первому выводу выхода выпрямителя, а второй вывод обмотки присоединен к регулятору возбуждения, пороговое реле, катушка которого включена параллельно выходу выпрямителя. Недостаток устройства состоит в относительно низкой надежности, что проявляется в режиме частичных отказов, например регулятора напряжения.
Целью предложения является повышение надежности.
Технический результат достигается за счет того, что вход регулятора связан со вторым выводом выхода выпрямителя через последовательно включенные размыкающий контакт реле и токоотключающий защитный аппарат (предохранитель, автоматический выключатель), к средней точке которых присоединен разрядник (динистор), вторым выводом связанный с первым выходом выпрямителя.
На чертеже приведена схема синхронного генератора с системой возбуждения. К выходу генератора 1 присоединен трансформатор 2, к которому подключен выпрямитель 3, один полюс которого напрямую соединен с обмоткой возбуждения, шунтирующим ее диодом 4, а также с выводами регулятора 5 напряжения, разрядника (динистора) 6, реле 7. Второй вывод выпрямителя 3 связан со вторым выводом обмотки возбуждения через последовательно соединенные токоотключающий защитный аппарат 8 (предохранитель, автоматический выключатель), контакт 9 (реле катушка 7), регулятор 5.
Устройство работает следующим образом. Генератор 1 преимущественно автономный, т.е. в сети он является единственным источником электроэнергии. Вначале при вращающемся генераторе 1 на его выходе из-за остаточного намагничивания возникает небольшое напряжение, которое после трансформации в трансформаторе 2 и выпрямления выпрямителем 3 подается через открытый блок 5 регулирования на обмотку возбуждения. Происходит самовозбуждение. Когда напряжение на выходе генератора 1 и пропорциональное ему напряжение на входе регулятора 5 станет номинальным, регулятор 5 установит требуемую скважность широтно-импульсной модуляции и будет поддерживать это значение напряжения при колебаниях частоты и нагрузки. При поломке регулятора 5 возможно возрастание напряжения свыше требуемой величины. При этом сработает реле 7, которое прервет протекание тока в обмотку возбуждения от выпрямителя 3, разомкнув контакт 9. Ток возбуждения будет спадать, замыкаясь через диод 4. Если после этого напряжение снизится, то реле 7 опять подключит выпрямитель 3. При значительном (опасном) повышении напряжения, что может быть при отказах реле 7 и регулятора 5, разрядник 6 пробивается, через аппарат 8 протекает большой ток, и он отключается, после чего возбуждение генератора полностью прекращается, дабы избежать большой аварии. В качестве разрядника может также использоваться динистор или составной динистор (тиристор со стабилитроном). Важно, что бы такой разрядник имел стабильное напряжение срабатывания. Применение разрядника для защиты обмотки возбуждения неавтономных генераторов от перенапряжений, связанных с перенапряжениями в асинхронных режимах известно (например изобретение SU №1259466). Однако там разрядник (тиристорный) используется для срезания вершин перенапряжений. В предлагаемом варианте задача разрядника - это формирование тока, необходимого для отключения аппарата 8 и следовательно для разрыва цепи.
Известно, также использование токовых реле в двух фазах статора (например патент на полезную модель RU №18603). Однако такая защита в данном случае малоэффективна поскольку не защищает от длительных повышений напряжений на холостом ходу. Известен также ограничитель напряжения (например, патент на полезную модель RU №57530), однако он малонадежен. В предложенной схеме обеспечивается высокая надежность при частичных (вполне возможных) отказах блока 5 регулирования - самого сложного и следовательно наименее надежного элемента схемы. Надежность также обеспечивается при катастрофическом увеличении частоты вращения генератора 1 и двойных отказах (блок 5 и реле 7 - контакт 9).
Источники информации:
1. http: amastercar.ru/articles\electrical equipement_of_car_11.shtml. рис.1.
2. Патент на полезную модель RU №5302, кл. НO2Р 9/30.
3. Хайдуков О.П. и др. Эксплуатация энергосистем морских судов», Транспорт», 1988, стр.115, рис.5.15.