Компаундирование электрических машин — система возбуждения электрических машин, при которой поток возбуждения автоматически изменяется при изменении нагрузки машин (или, в общем случае, нагрузки электрической цепи, связанной с электрической машиной).
Компаундирование машин постоянного тока осуществляется наложением на их полюса, наряду с параллельной обмоткой, включенной параллельно цепи якоря, последовательной обмотки. Такая машина называется компаундной или машиной смешанного возбуждения.
Компаундирование машин переменного тока применяется для синхронных машин — генераторов, компенсаторов, двигателей — и рассматривается обычно как система (или часть комплексной системы) автоматического регулирования возбуждения синхронной машины.
Система возбуждения — совокупность агрегатов и аппаратов, предназначенных для получения и регулирования тока возбуждения синхронных машин. Постоянный ток, протекая по обмотке возбуждения машины, образует вращающееся электромагнитное поле, создающее ЭДС на выводах статорной обмотки.
Система возбуждения являясь одним из наиболее ответственных элементов синхронной машины, оказывает существенное влияние на надежность работы электрических станций и потребителей, на устойчивость параллельной работы синхронных машин в электрической системе.
Система возбуждения синхронных машин включает:
- обмотку возбуждения, располагающуюся либо в пазах ротора, либо на его полюсах в виде катушек. Концы ее выводятся контактным кольцам, к которым от возбудителя подается постоянное напряжение;
- возбудитель — источник питания постоянного тока и вспомогательное оборудование к нему;
- автоматический регулятор возбуждения, изменяющий ток возбуждения синхронной машины в соответствии с выбранным законом регулирования возбуждения.
Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) выполняется более эффективно и с помощью более простой и надежной аппаратуры, если в системе АРВ используется компаундирование, т. к. оно значительно уменьшает отклонения напряжения при изменении нагрузки, повышает устойчивость работы синхронной машины (а следовательно, и энергосистем в целом), облегчает пуск двигателей, соизмеримых по мощности с генераторами. Последнее весьма важно для автономно работающих электростанций малой и средней мощности.
Предельно передаваемая мощность по линии электропередачи по условию статической и динамической устойчивости в значительной мере определяется параметрами системы возбуждения. Статическая устойчивость зависит от чувствительности системы возбуждения к изменению режима, что связано с типом и настройкой АРВ и постоянными времени элементов системы возбуждения (АРВ, возбудителя и обмотки возбуждения).
Электронные регуляторы напряжения с гибкой обратной связью и устройства компаундирования с коррекцией напряжения регулируют возбуждение пропорционально отклонению режимного параметра — напряжения или тока.
Эти АРВ наиболее широко применяются на синхронных машинах. Регуляторы сильного действия регулируют не только по отклонению, но и по скорости и ускорению изменения одного или двух режимных параметров (ток, напряжение, частота, угол сдвига между напряжением в некоторой точке системы и ЭДС синхронной машины).
Многочисленные варианты схем компаундирования синхронных машин подразделяются на:
-
Компаундирование прямое или косвенное — в зависимости от того, включен ли выход схемы системы возбуждения непосредственно в цепь возбуждения синхронной машины или через усилитель (при включении этой схемы в цепь возбуждения возбудителя или подвозбудителя). Они рассматриваются как электромашинные усилители;
-
Компаундирование по току, напряжению или углу синхронной машины и т. п.— в зависимости от того, какие режимные параметры, связанные с изменением нагрузки, действуют на входе схемы (в частности, имеются схемы системы возбуждения по среднему току группы синхронной машины, по току линии);
-
одно-, двух- или трехфазное — в зависимости от того, реагирует ли система возбуждения на изменение режимных параметров в одной или нескольких фазах цепи переменного тока;
-
фазовое или нефазовое — в зависимости от того, является ли система возбуждения фазочувствительной, т. е. реагирующей на изменение фазного угла между векторами тока и напряжения цепи переменного тока;
-
линейное или нелинейное — в зависимости от того, будет ли коэффициент пропорциональности между отклонением выпрямленного тока на выходе схемы и вызывающим его отклонением режимного параметра на входе схемы постоянным в заданных пределах изменения режима;
-
управляемое или неуправляемое — в зависимости от того, осуществляется ли автоматическое изменение указанного выше коэффициента посредством специального управляющего (корректирующего) воздействия.
Компаундирование синхронных машин получило широкое применение благодаря большому значению автоматического регулирования возбуждения, являющемуся одним из основных средств повышения устойчивости параллельной работы синхронных машин.
Для синхронных машин небольшой мощности (до 1—2 MВт) широко применяется прямое фазовое компаундирование (как управляемое, так и неуправляемое) с полной заменой машинного возбудителя выпрямителями — т. н. самовозбуждение синхронной машины.
Управляемое компаундирование осуществляется для установок, где требуется поддерживать постоянство напряжения машины с точностью, превышающей ±3-5%. Управление ведется т. н. корректором напряжения.
Для синхронных машин небольшой мощности с машинными возбудителями выпускаются автоматические регуляторы возбуждения по схеме фазового компаундирования, управляемого корректором напряжения.
В общей теории автоматического регулирования компаундирование электрических машин относится к системам регулирования по возмущающему действию нагрузки, которые могут сочетаться с регулированием по отклонению стабилизируемого параметра (комбинированные системы).