Opublikowano dnia 28 grudnia 1959 r.POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 42526 KI. 21 d2,7 Zarzad Energetyczny Okregu Dolnoslaskiego*) Wroclaw, Polska.Samoczynny regulator wzbudzania transduklorowo-silniczkowy . Patent trwa od dnia 24 wrzesnia 1958 r.Transduktorowo-silniczkowy regulator wzbu¬ dzenia wedlug wynalazku jest przeznaczony do samoczynnej regulacji wzbudzenia generatorów synchronicznych w elektrowniach wodnych ma¬ lej i sredniej mocy. Wiekszosc bowiem takich elektrowni niezaleznie od produkcji energii czynnej, okreslonej przez roaporzadzalna ilosc wody, moze produkowac powazne ilosci energii biernej pod warunkiem zapewnienia odpo¬ wiedniej regulacji wzbudzenia generatorów tak, zeby pracowaly one w rezimie kompensatorów synchronicznych.Pelne wykorzystanie pradowe generatorów, zapewniajace najwieksza . produkcje energii biernej, jest powaznie utrudnione przez to, ze z jednej strony wahania napiecia na sieci, jak tez i zmiany oddawanej mocy czynnej stwarzaja potrzebe stalego doregulowywania wzbudzenia generatorów, a wiec i stalego udzia- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspól¬ twórcami wynalazku sa inz. Henryk Marci¬ nowski i inz. Bohdan Kalinowski. lu obslugi elektrowni, z drugiej zas strony nawet istniejace w niektórych elektrowniach samoczynne regulatory wzbudzenia róznych typów równiez nie rozwiazuja tego zagadnie¬ nia.Regulatory te bowiem jako napieciowe nie moga zapewnic odpowiedniej regulacji prado¬ wej, polegajacej na utrzymywaniu stalego na¬ tezenia pradu w stojanie generatora, dajacej moznosc uzyskania pelnego obciazenia prado¬ wego generatora, a wiec koniecznej do uzyska¬ nia maksymalnej produkcji energii biernej.Przy wiekszych obnizeniach napiecia na sieci regulatory te powoduja; przeciazenia pradowe generatorów. Konieczna z wyzej podanych wzgledów regulacja pradowa oprócz zapewnie¬ nia pelnego obciazenia generatora pradem zna¬ mionowym, powinna takze z drugiej strony nieciopuszczac do przeciazen generatora przy obnizkach napiecia na sieci. Dodatkowym wa¬ runkiem, jaki musi byc spelniony przy tego rodzaju regulacji jest odciazenie pradowe ge¬ neratora przy wysokim poziomie napiecia naszynach zbiorczych elektrowni, swiadczacym ó pelnym pokryciu zapotrzebowania na moc bierna.Wszystkie powyzsze warunki spelnia auto¬ matyczny transduktorowo-silniczkowy regulator wzbudzenia wedlug wynalazku. Regulator ten posiada przedstawiona na fig. 1 charaktery¬ styke regulacji pradowej w postaci zaleznosci, utrzymywanej przez regulator, wartosci nate¬ zenia pradu Ig w stójanie generatora od na¬ piecia Us na szynach zbiorczych elektrowni.Charakterystyka ta sklada sie z dwóch czesci: astatycznej i statycznej. W czesci astatycznej charakterystyki, dla napiec na szynach zbior¬ czych nizszych od znamionowego, regulator utrzymuje stala wartosc obciazenia pradowego generatora, natomiast w czesci statycznej, za¬ czynajacej sie od nastawionego na czlonie na¬ pieciowym napiecia znamionowego Un, która to wartosc mozna w razie potrzeby odpowiednio przestawiac, utrzymywane przez regulator ob¬ ciazenie pradowe stojana generatora zaczyna malec tak, ze w tej czesci charakterystyki re¬ gulator zaczyna pracowac jako napieciowy, utrzymujac stale napiecie na szynach zbior¬ czych. Opisany powyzej efekt uzyskano- przez zastosowanie w regulatorze dwóch czlonów pomiarowych: pradowego i napieciowego, od¬ dzialujacych na drodze bezstykowej poprzez czlon sumujacy na silniczek rewersyjny, zmie¬ niajacy opornosc w obwodzie «wzbudzenia wzbudnicy generatora. Zasade dzialania ukladu regulatora wedlug wynalazku przedstawia sche¬ mat blokowy przedstawiony na fig. 2, na której uwidoczniono czesci skladowe omówione ponizej.Czlon pomiarowy pradowy A regulatora przekazuje na czlon sumujacy C impuls, po¬ chodzacy od róznicy A J dwóch pradów stalych, o znaku i wielkosci, odpowiadajacej odchyleniu natezenia pradu w stójanie generatora od war¬ tosci zadanej, jaka powinien utrzymywac re¬ gulator. Wartosc zadana jest równa pradowi znamionowemu generatora wzglednie stanowi pewna czesc pradu znamionowego.Czlon pomiarowy napieciowy B przekazuje na czlon sumujacy C impuls A U w postaci pradu stalego o odpowiednim natezeniu w przy¬ padku, jezeli napiecie na szynach zbiorczych przekroczy wartosc, przy której regulator za¬ czyna pracowac w czesci statycznej charakte¬ rystyki, to jest przy napieciu, równym nomi¬ nalnemu lub nieco nizszym, zaleznie od nasta¬ wienia. Wielkosc impulsu A U rosnie w miare wzrostu nadwyzki napiecia na szynach elek¬ trowni ponad wartosc górna napiecia dla czesci astatycznej charakterystyki.Czlon sumujacy C regulatora sklada sie z dwóch transduktorów, pracujacych w ukladzie przeciwsobnym, w którym przez nalozenie na siebie i odpowiednie wzmocnienie impulsów z czlonów pomiarowych uzyskane zostaja odpo¬ wiednie zmiany natezenia pradów, doprowadzo¬ nych do uzwojen wzbudzenia silniczka rewer- syjnego M. Silniczek ten przestawia za posred¬ nictwem przekladni P ramie obrotowe ze slizga- czem opornika Ow w obwodzie wzbudzenia wzbudnicy.Na fig. 2 oznaczono poza tym przez: SI, S2 wylaczniki krancowe, ograniczajace dzialanie silniczka, a tym samym zakres regulacji pradu wzbudzenia wzbudnicy, a przez S3 styk po¬ mocniczy przekaznika czasowego ochrony nad- pradowej, wylaczajacy zasilanie regulatora przy zwarciach na sieci i dzialaniu tej ochrony, za¬ pobiegajacy niedozwolonemu w takim przypad¬ ku, z uwagi na koniecznosc forsowania wzbu¬ dzenia, odciazeniu pradowemu generatora.Jak widac ze schematu podanego na fig. 2 i fig. 3 obydwa uzwojenia Wl i W2 silniczka rewersyjnego M i jego twornik sa zasilane z sie¬ ci pradu zmiennego 220 V przez czlon sumu¬ jacy C regulatora i prostowniki, przy czym natezenia pradów w obydwóch uzwojeniach wzbudzenia silniczka rewersyjnego zaleza od nasycen w rdfceniach i opornosci pozornych uzwojen roboczych pradu zmiennego obydwóch transduktorów Tl i T2. Parametry poszczegól¬ nych elementów uklada dobrane sa w ten sposób, azeby natezenia pradów w obydwóch uzwojeniach wzbudzenia silniczka rewersyjnego byly równe, a wiec aby silniczek pozostawal w stanie spoczynku tylko wówczas, jezeli im¬ pulsy z czlonów pomiarowych A i 6 sa równe zeru, w czesci astatycznej charakterystyki, wzglednie gdy te impulsy w czesci statycznej charakterystyki róznia sie od zera, lecz sa sobie równe co do bezwzglednej wartosci i prze¬ ciwnie skierowane, tak ze sie znosza, to jest wówczas, jezeli natezenie pradu w stojanie generatora jest równe wartosci, jaka w danych warunkach powinien utrzymywac regulator.Jezeli natomiast natezenie pradu w stojanie generatora odbiega od zadanej wartosci, to wówczas impulsy z czlonów pomiarowych po¬ woduja za posrednictwem czlonu sumujacego zachwianie równowagi pradów w obydwóch uzwojeniach wzbudzenia silniczka rewerayjnego, który wskutek tego zostaje wzbudzony i za¬ czyna sie obracac, przestawiajac w odpowied-nim kierunku slizgacz opornika Ow, a tym sa¬ mym zmieniajac wzbudzenie generatora az do chwili, gdy natezenie pradu w stójanie gene¬ ratora stanie sie równe zadanej wartosci.Szybkosc dzialania regulatora, proporcjonalna cto wielkosci odchylenia pradu od wartosci za¬ danej, zalezy zasadniczo od przekladni pomie¬ dzy silniczkiem a przestawianym ramieniem opornika regulacyjnego w obwodzie wzbudze¬ nia wzbudnicy i przy mocy silniczka rewersyj¬ nego rzedu okolo 40 W caly cykl regulacji mo¬ ze trwac co najwyzej od trzech do osmiu se¬ kund. Poniewaz moc na wyjsciu z ukladu re¬ gulacyjnego konieczna do wysterowania sil¬ niczka rewersyjnego jest zalezna jedynie od wielkosci tego silniczka, który z kolei moze byc jednakowy dla róznych generatorów, wiec tez i caly regulator wzbudzenia wedlug wyna¬ lazku nadaje sie dla kazdego generatora bez wzgledu na jego dane znamionowe.Pelny schemat ideowy regulatora, pozwala¬ jacy na przesledzenie jego dzialania przy zmia¬ nach obciazenia pradowego generatora, zostal przedstawiony na fig. 3. Jak widac z tego schematu, natezenie pradu w stójanie genera¬ tora jest kontrolowane za pomoca czlonu po¬ miarowego pradowego A, skladajacego sie z dla¬ wika nasyconego Xl, opornika regulowanego Rl, sluzacego do nastawiania utrzymywanej przez regulator wartosci natezenia pradu oraz pro¬ stowników Prl i Pr2 np. selenowych. Analo¬ gicznie czlon pomiarowy napieciowy sklada sie z dlawika nasyconego X2, opornika regulowa¬ nego R2, prostowników Pr3 i Pr4, ponadto zas do czlonu tego naleza dwa oporniki drutowe RS i R4 o jednakowej wartosci, transformator izolujacy TJ, prostownik selenowy Pr5 i kon¬ densator blokujacy C3. Czlon sumujacy regu¬ latora stanowia dwa transduktory, to jest wzmacniacze magnetyczne Tl i T2, z których kazdy posiada po trzy uzwojenia sterujace 7—8, 9—10 i 11—12, po jednym uzwojeniu podmagne- sowujacym 13—14, jednym uzwojeniu dodat¬ niego sprzezenia zwrotnego 5—6 oraz po dwa uzwojenia robocze 1—2 i 3—4. Odpowiednie powiazanie uzwojen sprzezenia zwrotnego z uz¬ wojeniami roboczymi, jak równiez zasilanie silniczka rewersyjnego pradem stalym zapew¬ niaja dwa prostowniki Pr6 i Pr7. Wplyw skla¬ dowej zmiennej pradu wyprostowanego na uzwojenia sprzezenia zwrotnego ograniczaja kondensatory Cl i C2. Widoczny na schemacie prostownik Pr8 zasila uzwojenia podmagneso- wujace 13—14 transd/uktorów pradem stalym, którego t natezenie mozna regulowac za pomoca Opornika RS. Przelacznik WP sluzy do wyla¬ czania regulacji automatycznej, zamiast której mozliwe bedzie wówczas reczne sterowanie wzbudzenia przyciskami PI i P2.Styk pomocniczy SJ, uwidoczniony takze na fig. 2, wylacza zasilanie regulatora na czas dzialania ochrony nadpradowej.Dzialanie ukladu przy zmianach obciazenia pradowego stojana generatora opisano ponizej.W przypadku, gdy prad w stojanie genera¬ tora spadnie ponizej wartosci zadanej, która ma utrzymywac regulator, nastepuje takze zmniejszenie natezenia pradu w czlonie pomia¬ rowym pradowym z tym, ze prad w dlawiku nasyconym Xl zmniejszy sie w wiekszym stop¬ niu, anizeli prad w oporniku Rh Na skutek tego natezenia pradów w uzwojeniach steruja¬ cych 7—8 i 9—10 obydwóch transduktorów, któ¬ re sa równe sobie, lecz przeciwnie skierowane przy natezeniu pradu w stojanie generatora równym zadanej wielkosci, zaczna sie róznic o wartosc A J. Tym samym pola sterujace, pochodzace od tych uzwojen, przestana sie zno¬ sic i wytworza wypadkowe pole sterujace, dzialajace na obydwa transduktory. W transduk- torze T2 wypadkowe pole sterujace bedzie dzialac w kierunku zgodnym z polem wstep¬ nym, wytworzonym przez uzwojenie sprzezenia zwrotnego 5—6, natomiast w transduktorzse Tl odpowiednie kierunki tych pól beda przeciwnie skierowane. Ostatecznie wiec natezenie pola magnetycznego i nasycenie transduktora T2 ros¬ nie, a transduktora Tl maleje. Odpowiednio do tego natezenie pradu w uzwojeniu W2 silniczka rewersyjnego M wzrosnie, natomiast natezenie pradu w uzwojeniu Wl zmaleje. Silniczek zo¬ stanie w ten sposób wzbudzony i zacznie sie obracac w kierunku zwiekszenia wzbudzenia generatora az do chwili, gdy natezenie pradu w stojanie generatora powróci do wartosci za¬ danej. Podobnie, tylko w odwrotnym kierunku dzialac bedzie regulator w przypadku wzrostu pradu w stojanie generatora, zmniejszajac od¬ powiednio jego wzbudzenie. Utrzymywana przez regulator zadana wartosc natezenia pradu w sto¬ janie generatora mozna w prosty sposób zmie¬ niac przez przelaczanie zaczepów na dlawiku Xl lub przez zmiane wartosci opornika regulacyj¬ nego Rl tak, ze mozliwa jest zarówno regu¬ lacja skokami, jak tez i regulacja ciagla.Dzialanie czesci napieciowej regulatora jest opisane ponizej.Przy napieciu równym lub nizszym od zna¬ mionowego natezenie pradu w dlawiku nasy¬ conym X2 jest odpowiednio równe lub nizsze — 9 —od natezenia pradu plynacego przez obornik R2. Tym samym spadki napiec na opornikach R3 i R4 wywolane przeplywem przez nie pra¬ dów wyprostowanych sa sobie równe, lecz prze¬ ciwnie skierowane, wzglednie tez napiecie na _ oporniku R3 jest odpowiednio nizsze od na¬ piecia na oporniku R4. W takim przypadku róznica napiec pomiedzy skrajnymi koncami wspomnianych oporników R3 i R4 jest równa zeru wzglednie skierowana przeciwnie do kie¬ runku przewodzenia prostownika Pr5, wobec czego przez uzwojenia sterujace 11—12 trans- duktorów nie moze poplynac prad staly pow¬ staly na skutek oddzialywania czlonu napiecio¬ wego. W tym przypadku regulator pracuje na astatycznym odcinku charakterystyki, utrzymu¬ jac stale obciazenie pradowe generatora, nie¬ zaleznie od ewentualnych wahan napiecia na sieci oraz od zmian oddawanej mocy czynnej.Inaczej rzecz sie przedstawia w przypadku, gdy napiecie na sieci wzrosnie powyzej war¬ tosci nastawionej tak, ze dalsza dodatkowa produkcja energii biernej bedzie niepotrzebna.W takim przypadku natezenie pradu w dla¬ wiku X2 staje sie wieksze od natezenia pradu w oporniku R2 tak, ze róznica napiec na skraj¬ nych koncach oporników R3 i R4 przyjmie kierunek zgodny z kierunkiem przewodzenia prostownika Pr5. Przez uzwojenia sterujace 11—12 obydwóch transduktorów zacznie prze¬ plywac prad powodujacy zachwianie równo¬ wagi pradów w uzwojeniach Wl i W2 wzbu¬ dzenia silniczka rewersyjnego M, który za¬ czyna dzialac w kierunku zmniejszenia wzbu¬ dzenia generatora. Uklad wraca do stanu rów¬ nowagi a silniczek rewersyjny zatrzymuje sie wówczas; gdy pole sterujace, pochodzace od uzwojen sterujacych 11—12 transduktorów, za¬ silanych przez czlon napieciowy, zostanie zrów¬ nowazone przez róznice pól sterujacych, po¬ chodzaca od uzwojen zasilanych przez czlon pradowy, to jest uzwojen 7—8 i 9—10, i spo¬ wodowana przez zmniejszenie pradu w stoja- nie generatora. Jak widac z powyzszego, przy wysokim poziomie napiecia regulator pracuje wedlug charakterystyki statycznej, zmieniajac obciazenie pradowe stojana generatora w za¬ leznosci od napiecia na szynach elektrowni.Dla umozliwienia prawidlowej pracy istniejace¬ go ewentualnie w elektrowni przekaznikowego forsowania i rozforsowania wzbudzenia do ukladu regulacji wprowadzono spoczynkowy styk bezzwloczny S3 przekaznika czasowego ochrony nadpradowej generatora, przerywajacy obwód zasilania transduktorów i silniczka re¬ wersyjnego na czas dzialania ochrony nad¬ pradowej.Widoczne na schemacie podmagnesowanie ujemne transduktorów przez uzwojenia 13—14, zasilane przez prostownik Pr8, pozwala na zmiane warunków pracy transduktorów i czu¬ losci regulatora.Dla umozliwienia recznego lub zdalnego re¬ gulowania wzbudzenia generatora, w przypadku wylaczenia regulacji samoczynnej, do ukladu regulatora wprowadzono nastepujace elementy pomocnicze: wylacznik pakietowy WP, przy¬ ciski PI i P2 oraz diode germanowa Pr9. Wy¬ mienione elementy tworza razem bardzo prosty w porównaniu z dotychczas stosowanymi roz¬ wiazaniami uklad do sterowania impulsowego dowolnych zestawów transduktorowych. Dzia¬ lanie ukladu oparto . na sterowaniu jednego tylko uzwojenia wzbudzenia silniczka rewersyj¬ nego, polaczonego w szereg z odpowiednimi uzwojeniami transduktora, napieciem zmien¬ nym wyprostowanym przez zawór jednokierun¬ kowy Pr9, eliminujacy opornosc pozorna trans¬ duktora.Osobnego omówienia wymaga jeszcze dzia¬ lanie wylaczników krancowych SI i S2, ogra¬ niczajacych dzialanie silniczka rewersyjnego. a wiec i zakres regulacji pradu wzbudzenia generatora. Kazdy z tych wylaczników posiada dwie pary styków zwieranych na zmiane.I tak np. pary styków Sla i S2a sa przerywane jedynie wówczas, gdy slizgacz na oporniku do regulacji wzbudzenia znajdzie sie w jednej z po¬ zycji krancowych, a mianowicie styk Sla przy minimum wzbudzenia, styk S2a przy maksi¬ mum wzbudzenia, natomiast jezeli slizgacz opor¬ nika znajduje sie w jakiejkolwiek pozycji po¬ sredniej, obydwa wymienione zestyki sa zwarte tak, ze w razie potrzeby jest mozliwe sterowa¬ nie silniczka w dowolnym kierunku, oczywiscie po wylaczeniu regulacji automatycznej i zala¬ czeniu sterowania recznego za pomoca prze¬ lacznika WP. Pozostale dwie pary styków Slb i S2b ograniczaja dzialanie silniczka przy re¬ gulacji automatycznej, mianowicie w pozycjach krancowych bocznikuja one czynne w danym przypadku uzwojenie wzbudzenia silniczka tak, ze przestaje on dzialac do chwili, gdy zmie¬ nione warunki obciazenia generatora lub zmia¬ na napiecia na szynach zbiorczych spowoduja dzialanie silniczka w kierunku przeciwnym.Na fig. 4 przedstawiono konstrukcyjne roz¬ wiazanie regulatora, który jest zabudowany w szafce metalowej, przy czym elementy slu¬ zace do zmiany nastawien w sposób ciagly, — 4a mianowicie oporniki regulowane Rl, Rz i &5 zabudowane sa na drzwiczkach frontowych.Na fig. 5 i 6 przedstawiono opornik Ow do regulacji wzbudzenia z zabudowanym silnicz- kiem rewersyjnym M, przestawiajacym slizgacz tego opornika przez przekladnie P i wylaczniki krancowe SI i SZ ograniczajace -dzialanie sil- niczka.Regulator wzbudzenia wedlug wynalazku moze takze byc zastosowany do grupowej re¬ gulacji wzbudzenia generatorów wspólpracuja¬ cych ze soba na jednym systemie szyn zbior¬ czych. W takim przypadku regulator posiada jeden, wspólny dla obydwóch generatorów czlon napieciowy i dwa czlony pradowe oddzialywu¬ jace na wzbudzenie generatorów przez czlony sumujace i silniczki. PL