Содержание
HydroMuseum – Возбуждение генератора
Возбуждение
генератора.
Система возбуждения генератора (электромагнитное возбуждение) создаёт МДС,
которая наводит в магнитной системе машины магнитное поле, обеспечивающее
процесс образования электроэнергии. На генераторах первого поколения для
питания обмотки возбуждения применялись специальные генераторы постоянного тока
(возбудители), обмотка возбуждения которых получала питание постоянным током от
другого генератора (подвозбудителя). Ротор главного генератора и якоря
возбудителя и подвозбудителя располагаются на одном валу и вращаются синхронно.
Ток возбуждения подаётся в обмотку возбуждения главного генератора через
графитовые щётки и контактные кольца ротора.
Для
регулирования тока возбуждения в прежних конструкциях применялись регулировочные
реостаты, которые включаются в цепи возбуждения возбудителя и подвозбудителя.
В
последних конструкциях генераторов, в особенности на мощных и сверхмощных,
применялись системы независимого возбуждения с достаточно мощными
вспомогательными генераторами переменного тока и выпрямителями, а также системы
самовозбуждения.
В
качестве выпрямителей использовались ртутные выпрямители (ионная система
возбуждения), а в последнее время получили всеобщее распространение тиристорные
системы возбуждения — безинерционные системы, которые экономичнее и надёжнее, а
по сравнению с ионными имеют и бесспорное экологическое преимущество.
Рис. 1 Структурные
схемы самовозбуждения синхронных генераторов: а) ─ система
самовозбуждения; б) ─ схема автоматической системы самовозбуждения. 1 ─ генератор;
2 ─ обмотка возбуждения; 3 ─ тиристорный преобразователь; 4 ─ выпрямительный
трансформатор; 5 ─ автоматический регулятор возбуждения; 6 ─ трансформатор
напряжения; 7 ─ трансформатор тока; 8 ─ устройства релейной защиты.
На
рис. 1 а) изображена схема самовозбуждения, в которой энергия для возбуждения
отбирается от обмотки статора генератора и через понижающий трансформатор и
выпрямительный тиристорный преобразователь (3) преобразуется в энергию
постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное
возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма полюсов
генератора.
На
рис. 1. б) изображена схема автоматической системы самовозбуждения генератора (1) с
выпрямительным трансформатором (4) и тиристорным преобразователем (3), через
которые ток статора генератора после преобразования в постоянный ток подаётся в
обмотку возбуждения. На вход автоматического регулятора возбуждения (АРБ, 5) поступают
сигналы напряжения генератора от измерительного трансформатора напряжения (6) и
тока нагрузки генератора от измерительного трансформатора тока (7). Схема
содержит устройства защиты (8), которые обеспечивают защиту обмотки возбуждения
(2) и тиристорного преобразователя от перенапряжения и токовой перегрузки.
Автоматическое
регулирование возбуждения заключается в автоматическом изменении силы тока
возбуждения генератора с целью обеспечения требующегося ему значения ЭДС при
нормальном и аварийном режимах в электрической сети.
Регулятор
АРБ характеризуется быстродействием, Т.е. способностью резко и существенно
увеличивать ток и напряжение возбуждения; этот процесс называется форсировкой
возбуждения.
Например,
у АРБ генераторов Саяно-Шушенской ГЭС время нарастания напряжения возбуждения
от номинального до максимального значения составляет не более 0,04 с. Кратность
форсировки возбуждения составляет: по напряжению 3, по току 2.
Кратностью
форсировки называется отношение наибольшего установившегося значения напряжения
(тока) возбуждения к номинальному напряжению (току) возбуждения.
ПУЭ 7. Системы возбуждения | Библиотека
- 13 декабря 2006 г. в 18:44
- 2852949
Поделиться
Пожаловаться
Раздел 5. Электросиловые установки
Глава 5.2. Генераторы и синхронные компенсаторы
Системы возбуждения
5.2.35. Требования, приведенные в 5.2.36-5.2.52, распространяются на стационарные установки систем возбуждения турбо- и гидрогенераторов и синхронных компенсаторов.
5.2.36 Системой возбуждения называется совокупность оборудования, аппаратов и устройств, объединенных соответствующими цепями, которая обеспечивает необходимое возбуждение генераторов и синхронных компенсаторов в нормальных и аварийных режимах, предусмотренных ГОСТ и техническими условиями.
В систему возбуждения генератора (синхронного компенсатора) входят: возбудитель (генератор постоянного тока, генератор переменного тока или трансформатор с преобразователем), автоматический регулятор возбуждения, коммутационная аппаратура, измерительные приборы, средства защиты ротора от перенапряжений и защиты оборудования системы возбуждения от повреждений.
5.2.37. Электрооборудование и аппаратура систем возбуждения должны соответствовать требованиям ГОСТ на синхронные генераторы и компенсаторы и техническим условиям на это оборудование и аппаратуру.
5.2.38. Системы возбуждения, у которых действующее значение эксплуатационного напряжения или длительного перенапряжения (например, при форсировке возбуждения) превышает 1 кВ, должны выполняться в соответствии с требованиями настоящих Правил, предъявляемыми к электроустановкам выше 1 кВ. При определении перенапряжений для вентильных систем возбуждения учитываются и коммутационные перенапряжения.
5.2.39. Системы возбуждения должны быть оборудованы устройствами управления, защиты, сигнализации и контрольно-измерительными приборами в объеме, обеспечивающем автоматический пуск, работу во всех предусмотренных режимах, а также останов генератора и синхронного компенсатора на электростанциях и подстанциях без постоянного дежурства персонала.
5.2.40. Пульты и панели управления, приборы контроля и аппаратура сигнализации системы охлаждения, а также силовые преобразователи тиристорных или иных полупроводниковых возбудителей должны размещаться в непосредственной близости один от другого. Допускается установка теплообменников в другом помещении, при этом панель управления теплообменником должна устанавливаться рядом с ним.
Пульт (панель), с которого может производиться управление возбуждением, должен быть оборудован приборами контроля возбуждения.
5.2.41. Выпрямительные установки систем возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов должны быть оборудованы сигнализацией и защитой, действующими при повышении температуры охлаждающей среды или вентилей сверх допустимой, а также снабжены приборами для контроля температуры охлаждающей среды и силы тока установки. При наличии в выпрямительной установке нескольких групп выпрямителей должна контролироваться сила тока каждой группы.
5.2.42. Системы возбуждения должны быть оборудованы устройствами контроля изоляции, позволяющими осуществлять измерение изоляции в процессе работы, а также сигнализировать о снижении сопротивления изоляции ниже нормы.
Допускается не выполнять такую сигнализацию для бесщеточных систем возбуждения.
5.2.43. Цепи систем возбуждения, связанные с анодами и катодами выпрямительных установок, должны выполняться с уровнем изоляции, соответствующим испытательным напряжениям анодных и катодных цепей.
Связи анодных цепей выпрямителей, катодных цепей отдельных групп, а также других цепей при наличии нескомпенсированных пульсирующих или переменных токов должны выполняться кабелем без металлических оболочек.
Цепи напряжения обмотки возбуждения генератора или синхронного компенсатора для измерения и подключения устройства АРВ должны выполняться отдельным кабелем с повышенным уровнем изоляции без захода через обычные ряды зажимов. Присоединение к обмотке возбуждения должно производиться через рубильник.
5.2.44. При применении устройств АГП с разрывом цепи ротора, а также при использовании статических возбудителей с преобразователями обмотка ротора должна защищаться разрядником многократного действия.
Допускается применение разрядника однократного действия. Разрядник должен быть подключен параллельно ротору через активное сопротивление, рассчитанное на длительную работу при пробое разрядника в режиме с напряжением возбуждения, равным 110% номинального.
5.2.45. Разрядники, указанные в 5.2.44, должны иметь сигнализацию срабатывания.
5.2.46. Система возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов должна выполняться таким образом, чтобы:
1. Отключение любого из коммутационных аппаратов в цепях АРВ и управления возбудителем не приводило к ложным форсировкам в процессе пуска, останова и работы генератора на холостом ходу.
2. Исчезновение напряжения оперативного тока в цепях АРВ и управления возбудителем не приводило к нарушению работы генератора и синхронного компенсатора.
3. Имелась возможность производить ремонтные и другие работы на выпрямителях и их вспомогательных устройствах при работе турбогенератора на резервном возбудителе. Это требование не относится к бесщеточным системам возбуждения.
4. Исключалась возможность повреждения системы возбуждения при КЗ в цепях ротора и на его контактных кольцах. В случае применения статических преобразователей допускается защита их автоматическими выключателями и плавкими предохранителями.
5.2.47. Тиристорные системы возбуждения должны предусматривать возможность гашения поля генераторов и синхронных компенсаторов переводом преобразователя в инверторный режим.
В системах возбуждения со статическими преобразователями, выполненными по схеме самовозбуждения, а также в системах возбуждения с электромашинными возбудителями должно быть применено устройство АГП.
5.2.48. Все системы возбуждения (основные и резервные) должны иметь устройства, обеспечивающие при подаче импульса на гашение поля полное развозбуждение (гашение поля) синхронного генератора или компенсатора независимо от срабатывания АГП.
5.2.49. Система водяного охлаждения возбудителя должна обеспечивать возможность полного спуска воды из системы, выпуска воздуха при заполнении системы водой, периодической чистки теплообменников.
Закрытие и открытие задвижек системы охлаждения на одном из возбудителей не должны приводить к изменению режима охлаждения на другом возбудителе.
5.2.50. Пол помещений выпрямительных установок с водяной системой охлаждения должен быть выполнен таким образом, чтобы при утечках воды исключалась возможность ее попадания на токопроводы, КРУ и другое электрооборудование, расположенное ниже системы охлаждения.
5.2.51. Электромашинные возбудители постоянного тока (основные при работе без АРВ и резервные) должны иметь релейную форсировку возбуждения.
5.2.52. Турбогенераторы должны иметь резервное возбуждение, схема которого должна обеспечивать переключение с рабочего возбуждения на резервное и обратно без отключения генераторов от сети. Для турбогенераторов мощностью 12 МВт и менее необходимость резервного возбуждения устанавливается главным инженером энергосистемы.
На гидроэлектростанциях резервные возбудители не устанавливаются.
5.2.53. На турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмотки ротора переключение с рабочего возбуждения на резервное и обратно должно производиться дистанционно.
5.2.54. Система возбуждения гидрогенератора должна обеспечивать возможность его начального возбуждения при отсутствии переменного тока в системе собственных нужд гидроэлектростанции.
5.2.55. По требованию заказчика система возбуждения должна быть рассчитана на автоматическое управление при останове в резерв синхронных генераторов и компенсаторов и пуске находящихся в резерве.
5.2.56. Все системы возбуждения на время выхода из строя АРВ должны иметь средства, обеспечивающие нормальное возбуждение, развозбуждение и гашение поля синхронной машины.
Elec.ru в любимой социальной сети Pinterest
Актуальные новости, мероприятия, публикации и обзоры в удобном формате.
Подписаться
Системы и методы управления возбуждением генератора
Содержание
Системы возбуждения
Системы возбуждения могут быть охарактеризованы как системы, которые придают ток возбуждения скручиванию ротора генератора.
Всесторонне продуманные схемы возбуждения обеспечивают неизменное качество работы, безопасность и быструю переходную реакцию.
К четырем основным методам возбуждения относятся:
- Метод шунтирования или система возбуждения с самовозбуждением
- Система усиления возбуждения (EBS)
- Генератор с постоянными магнитами (PMG)
- Вспомогательная обмотка (AUX).
Каждая техника имеет свои индивидуальные фокусы. Во всех методах используется автоматический регулятор напряжения (AVR) для подачи постоянного тока на статор возбудителя. Выходная мощность переменного тока ротора возбудителя компенсируется вкладом постоянного тока для основного ротора генератора. Дальнейшие разработки фреймворков используют дополнительный вклад в AVR.
В этой статье исследуется разработка, возможности и применение каждой техники, а также схемы и схемы для каждой из них.
Автоматический регулятор напряжения (АРН)
Конструкция АРН отличается от используемого возбуждения.
Все получают взносы от статора генератора , когда он вращается. AVR, способные мгновенно уменьшать или стирать внутреннюю музыку, вызванную входными сигналами стека, используются для приложений с непрямой загрузкой. Обычно используются два типа:
Силиконовый управляемый выпрямитель (SCR) – измеряет уровень мощности статора и определяет его оконечную нагрузку для напряжения возбудителя. Может вызывать неудобства при использовании с непрямыми грузами.
Читайте также: Советы по покупке бывшего в употреблении дизельного генератора
Полевой транзистор (FET) — измеряет уровень мощности от статора и переводит его во флаг широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для возбудителя. Этот стиль AVR, также называемый миганием поля, может использоваться для стратегий возбуждения. Непрямолинейные нагрузки не вызывают входных данных о сбоях возбуждения.
Шунт или система возбуждения с автономным питанием
Стратегия шунтирования представляет собой простой и практичный план подачи питания на АРН.
Этот метод не требует дополнительных сегментов или проводки. В тот момент, когда возникают проблемы, расследование перестраивается с меньшим количеством сегментов и проводки для утверждения.
Когда генератор поворачивается, статор подает входное напряжение на АРН. Более того, в АРН есть датчики, контролирующие выход статора.
АРН действует как стабилизатор энергосистемы. Он подает питание на возбудитель, который преобразуется в постоянный ток. Затем ток подается на статор для выхода стека.
Самым большим недостатком этой статической системы возбуждения является то, что АРН зависит от кучи, питаемой генератором. В момент, когда куча строится, напряжение начинает уменьшаться, и АРН должен дать больше энергии возбудителю, чтобы помочь запросу.
Это толкает AVR как можно дальше. Если АРН проталкивается, он сдерживает пробой поля возбуждения. Выходное напряжение уменьшается до небольшой суммы.
В случае короткого замыкания в цепи питания АРН генератор не будет иметь источника возбуждения.
Это приводит к потере выходной мощности генератора.
Генераторы с параллельным питанием или автономным питанием могут использоваться при прямой нагрузке (постоянная нагрузка). Генераторы с этим методом возбуждения не рекомендуются для приложений с непрямолинейными нагрузками (разной нагрузкой). Звуки, связанные с непрямолинейными нагрузками, могут вызывать нарушения поля возбуждения.
Система форсирования возбуждения (EBS)
Структура EBS содержит аналогичные важные части, обеспечивающие вклад и получение выходных данных от AVR. Дополнительные сегменты в этой структуре:
- Модуль управления форсированием возбуждения (EBC)
- Генератор форсирования возбуждения (EBG).
EBG устанавливается на определенном конце генератора. Внешний вид такой же, как у неизменного магнита. EBG подает питание на контроллер, когда вал генератора вращается.
Модуль управления EBC подключен параллельно регулятору напряжения (АРН) и возбудителю.
EBC получает движение от AVR. В момент, когда это необходимо, контроллер подает на возбудитель изменяющиеся уровни тока возбуждения на уровнях, которые зависят от потребностей каркаса.
Дополнительная мощность, поддерживаемая каркасом возбуждения, отвечает требованиям стека. Это позволяет генератору запуститься и компенсировать напряжение возбуждения.
Эта система возбуждения не предназначена для приложений непрерывного питания. Он предлагается для применения в условиях кризиса или снижения мощности. В момент запуска генератора каркас EBS отделяется до момента, когда достигается рабочая скорость. EBG все еще вырабатывает энергию, но контроллер не управляет ею.
Каркас учитывает динамическую реакцию, является более доступным и отвечает требованиям для обеспечения 300% тока короткого замыкания. Непрямые нагрузки, например запуск двигателя, усиливаются по сравнению со стратегией шунтирования или самовозбуждения.
Генератор с постоянными магнитами (PMG)
Синхронные генераторы, оснащенные постоянными магнитами без замены, относятся к наиболее понятным стратегиям с независимым питанием.
На определенном конце вала генератора установлен вечный магнит.
Современные системы возбуждения, такие как PMG, обеспечивают раздельную подачу питания на AVR, когда вал генератора вращается. АРН обеспечивает питание, используя дополнительную мощность при обеспечении непрямых нагрузок, например, запуск двигателей.
При вращении вала генератора создается безупречный, незацепленный, непрерывный трехступенчатый сигнал.
Некоторые из наиболее заметных преимуществ использования генераторов, оснащенных технологией возбуждения PMG:
- Поле возбуждения не сминается благодаря регулируемому отключению для очистки.
- Изменение нагрузки не влияет на поле возбуждения.
- Напряжение производится при вводном запуске и не зависит от выдающихся результатов в полевых условиях.
- При пуске двигателя поле возбуждения не падает ввиду отсутствия питания АРН.
Система PMG увеличивает вес и размер со стороны генератора. Это наиболее часто используемый метод возбуждения для приложений, в которых используются двигатели, которые запускаются и останавливаются, и другие непрямолинейные нагрузки.
Вспомогательная обмотка (AUX)
Стратегия вспомогательной обмотки используется уже довольно давно. Использования идут от морского до промышленного применения и более функциональны в более крупных учреждениях.
Эта стратегия имеет другое поле возбуждения, но не использует сегмент, связанный с определенным концом полюса генератора. В этих методах используется вращение вала и вечный магнит или генератор для дополнительного возбуждения.
В статор введена дополнительная одноступенчатая обмотка. По мере вращения вала генератора основные обмотки статора подают напряжение на АРН, как и во всех ранее упомянутых методах.
Дополнительные одноступенчатые обмотки подают напряжение на АРН. Это делает необходимым дополнительное напряжение возбуждения при работе с непрямолинейными нагрузками.
Для приложений с прямой нагрузкой могут использоваться стратегии шунтирования, EBS, PMG и AUX. Возбуждение шунта является самой разумной стратегией.
Для приложений с непрямой нагрузкой можно использовать стратегии возбуждения EBS, PMG и AUX. Возбуждение PMG является наиболее известным и широко используемым.
Ознакомьтесь с перечнем генераторов
Часто задаваемые вопросы о возбуждении в генераторе :
Что такое возбудитель?
Возбудитель помогает в создании магнитного поля, подавая электрический ток, который может быть в форме батареи или генератора.
Зачем генераторам возбуждение?
Механическая энергия превращается в электрическую путем перемещения электрических проводников в магнитном поле с помощью генераторов. Возбуждение создает это электромагнитное поле, которое инициирует преобразование.
Что происходит, когда генератор теряет возбуждение?
Когда генератор теряет возбуждение, ток в роторе постепенно уменьшается, а напряжение поля также уменьшается на постоянную времени поля. В таком случае генератор и потребляет реактивную мощность, действуя как асинхронный генератор, из энергосистемы, а не генерирует реактивную мощность.
Все виды возбуждения судового генератора
Система возбуждения синхронного генератора предназначена для создания магнитного поля ротора, которое можно изменять для управления напряжением и реактивной мощностью судового генератора.
В современных судовых мощных машинах синхронное реактивное сопротивление Xs составляет около 1,5 × базовое полное сопротивление машины. При таком высоком реактивном сопротивлении Ef или ток возбуждения ротора, требуемый при номинальной нагрузке при отстающем коэффициенте мощности 0,9, может быть более чем в два раза больше, чем при холостом ходе при том же напряжении на клеммах.
Изменение напряжения возбуждения поля Ef при изменении коэффициента мощности нагрузки от
от нуля до единицы.
Типичная система возбуждения имеет соответствующие номинальные значения тока и напряжения с возможностью изменения напряжения Ef в широком диапазоне от 1 до 3 или даже больше без чрезмерного насыщения магнитной цепи.
Большинство систем возбуждения работают при напряжении от 200 до 1000 В постоянного тока.
Мощность возбуждения для преодоления обмотки ротора I 2 Потери R составляют от ½% до 1% номинальной мощности генератора.
Все типы возбуждения на судовых генераторах
Для генератора общего назначения большого корабля четыре типа системы возбуждения – постоянного, переменного, статического и бесщеточного.
Возбудитель постоянного тока на судовом генераторе
Возбудитель постоянного тока: Генератор постоянного тока соответствующей конструкции питает возбуждение основной обмотки возбуждения через обычные контактные кольца и щетки . Из-за низкой надежности и высоких требований к техническому обслуживанию обычный возбудитель постоянного тока редко используется в современных генераторах переменного тока большой мощности.
Возбудитель переменного тока на судовом генераторе
Возбудитель переменного тока: состоит из вспомогательного возбудителя с постоянными магнитами , который возбуждает основной возбудитель.
Выход переменного тока пилотного возбудителя преобразуется в постоянный ток с помощью напольного выпрямителя и подается на основной возбудитель через токосъемные кольца. Выход переменного тока основного возбудителя преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя с фазовым управлением, угол открытия которого изменяется в зависимости от изменений напряжения на клеммах.
После фильтрации пульсаций постоянный ток подается на обмотку возбуждения основного генератора.
Статический возбудитель на судовом генераторе
Статический возбудитель: не имеет движущихся частей, в отличие от описанных вращающихся возбудителей
. В схеме статического возбудителя регулируемое постоянное напряжение получается от подходящего стационарного источника переменного тока, выпрямленного и отфильтрованного. Напряжение постоянного тока
затем подается на основную обмотку возбуждения через контактные кольца . Эта схема возбуждения
имеет быстрый динамический отклик и более надежна, так как в ней отсутствует вращающийся возбудитель
с механической инерцией.
Бесщеточный возбудитель на судовой генераторной системе
Бесщеточный возбудитель: В большинстве современных синхронных генераторов большой мощности используется
бесщеточная схема возбуждения , чтобы исключить необходимость в контактных кольцах и щетках
. Бесщеточный возбудитель размещен на том же валу, что и главный генератор. Индуцированное в возбудителе переменное напряжение выпрямляется вращающимися диодами на роторе и фильтруется в чистый постоянный ток . Затем постоянный ток подается непосредственно в катушку возбуждения ротора.
Моделирование системы управления возбуждением для аналитических исследований должно выполняться с осторожностью, так как оно образует несколько контуров управления с обратной связью, которые могут стать нестабильными. IEEE разработал отраслевой стандарт для моделирования систем возбуждения. Модель должна учитывать любую нелинейность из-за магнитного насыщения, которая может присутствовать в практических конструкциях.