Układ wzbudzenia generatora jest jednym z najważniejszych układów generatora i całego systemu elektroenergetycznego i często nazywany jest sercem generatora. Dzisiaj przedstawimy kompleksowe i szczegółowe wyjaśnienie dotyczące trzech aspektów: zasady, trybu pracy i funkcji.
I. Podstawowa zasada
Podstawowa koncepcja: Elektryczność generuje magnetyzm, a magnetyzm generuje elektryczność.
2. Podstawy wytwarzania energii: Generator działa w oparciu o prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya - zamknięty przewodnik poruszający się w polu magnetycznym i przecinający linie siły magnetycznej wygeneruje prąd elektryczny.
3. Źródło pola magnetycznego: Wymagane jest silne pole magnetyczne. To pole magnetyczne jest generowane przez uzwojenie wzbudzenia (tj. uzwojenie wirnika), które przewodzi prąd stały. Ten prąd stały nazywany jest prądem wzbudzenia.
4. Klucz do sterowania: Dostosowując wielkość prądu wzbudzenia, można kontrolować natężenie pola magnetycznego, określając w ten sposób napięcie wyjściowe generatora i ilość generowanej przez niego mocy biernej.
Zwiększ prąd wzbudzenia → Wzmocnij pole magnetyczne → Zwiększ potencjał elektryczny w generatorze → Staraj się podnosić napięcie i wytwarzać więcej indukcyjnej mocy biernej.
Zmniejszenie prądu wzbudzenia → Osłabienie pola magnetycznego → Spadek potencjału elektrycznego w generatorze → Tendencja do obniżania napięcia, generowana jest mniejsza indukcyjna moc bierna (nawet pochłaniająca moc bierną).
Dlatego podstawowym zadaniem układu wzbudzenia jest zapewnienie sterowalnego prądu wzbudzenia prądem stałym dla wirnika generatora.
II. Metoda pracy (skład i proces systemu)
1. Nowoczesny system wzbudzenia wykorzystuje głównie statyczny system-samowzbudny. Schemat działania zasady działania przedstawiono w następujący sposób:
2. Podstawowe elementy biorące udział w powyższym procesie i ich funkcje są następujące:
1) Transformator wzbudzenia: odbiera energię od strony maszyny, pełniąc funkcję redukcji napięcia i izolacji galwanicznej, chroniąc w ten sposób sprzęt niskiego-napięcia, taki jak mostek prostowniczy.
2) Mostek prostowniczy tyrystorowy: Przekształca prąd przemienny w kontrolowany prąd stały. Zmieniając kąt wyzwalania, można płynnie regulować wielkość napięcia wyjściowego prądu stałego, precyzyjnie kontrolując w ten sposób prąd wzbudzenia.
3) Automatyczny regulator napięcia (AVR): Mózg systemu. Stale monitoruje napięcie na zaciskach generatora i porównuje je z ustawioną wartością. Po wykryciu odchylenia (np. spadku napięcia na skutek wzrostu obciążenia) natychmiast wydaje polecenie zmiany kąta wyzwalania tyrystorów, zwiększenia prądu wzbudzenia i przywrócenia napięcia do ustawionej wartości. Jest to-szybki, ciągły proces sterowania w-pętli zamkniętej.
4) Urządzenie tłumiące magnesowanie i zabezpieczające wirnik przed przepięciem: Strażnik systemu.
5) Eliminacja namagnesowania: W przypadku usterek wewnętrznych lub wyłączenia generatora konieczne jest szybkie i bezpieczne wyeliminowanie pola magnetycznego wirnika. Osiąga się to poprzez przeniesienie energii magnetycznej do rezystora eliminującego namagnesowanie w celu rozproszenia i jest to najskuteczniejszy sposób ochrony generatora.
6) Ochrona przeciwprzepięciowa: Zapobiega uszkodzeniom izolacji w obwodzie wirnika spowodowanym przepięciami w systemie, pracą asynchroniczną itp., które mogą generować wysokie napięcia.
Inne metody: Oprócz głównego nurtu układu-samowzbudnego, istnieją również tradycyjne, ale wciąż używane wzbudzenie z układu z oddzielnym wzbudzeniem (zasilanego przez niezależną maszynę wzbudzającą) i bezszczotkowy układ wzbudzenia (który do prostowania wykorzystuje diody obrotowe i nie wymaga szczotek węglowych ani pierścieni ślizgowych).
III. Główne funkcje
System wzbudzenia to znacznie więcej niż tylko dostarczanie prądu stałego. Pełni także inne ważne funkcje:
1. Kontrola i regulacja napięcia
Jest to najbardziej podstawowa funkcja. Dzięki automatycznej regulacji AVR napięcie na zacisku generatora utrzymuje się na poziomie znamionowym, zapewniając jakość energii elektrycznej i brak wpływu zmian obciążenia.
2. Sterowanie i rozdział mocy biernej
Podczas pracy w trybie podłączenia do sieci regulacja prądu wzbudzenia może kontrolować moc bierną wysyłaną lub pochłanianą przez generator do sieci.
Zwiększanie wzbudzenia: Wysyłanie indukcyjnej mocy biernej do sieci w celu podtrzymania napięcia sieciowego.
Rozmagnesowanie: zmniejszenie generowanej mocy biernej lub nawet pobranie indukcyjnej mocy biernej z sieci (praca asymetryczna) w celu zmniejszenia zbyt wysokiego napięcia w systemie.
Ma to kluczowe znaczenie dla utrzymania stabilności napięcia i bilansu mocy biernej sieci.
3. Poprawa stabilności pracy równoległej generatorów synchronicznych
Stabilność statyczna: mocny i responsywny układ wzbudzenia (taki jak stabilizator systemu zasilania PSS) może skutecznie tłumić niewielkie oscylacje w systemie i zwiększać limit mocy linii przesyłowych.
Stabilność przejściowa: Kiedy w sieci wystąpi poważna usterka, taka jak zwarcie, napięcie gwałtownie spada.
Układ wzbudzenia wykona wzbudzenie wymuszone, natychmiastowo podnosząc napięcie wzbudzenia do wartości maksymalnej, wprowadzając do układu dużą ilość mocy biernej, pomagając przywrócić napięcie w sieci i utrzymując generator przed utratą synchronizacji.
4. Funkcja ochrony
Dzięki przerwaniu magnesowania i zabezpieczeniu przed przepięciem zapewnione jest bezpieczeństwo korpusu wirnika generatora.
IV. Streszczenie
1. Zasada: Kontroluj prąd wzbudzenia, aby regulować natężenie pola magnetycznego i ostatecznie regulować napięcie wyjściowe i moc bierną generatora.
2. Tryb pracy: Zwykle przyjmuje się system-samowzbudny: zasilany przez transformator wzbudzenia, prostowany przez tyrystory i automatycznie sterowany przez AVR w celu uzyskania precyzyjnej i szybkiej regulacji.
3. Funkcje
1) Regulacja napięcia: Utrzymuj stabilność napięcia.
2) Regulacja mocy biernej: Sterowanie przepływem mocy biernej w sieci energetycznej.
3) Utrzymanie stabilności: Zwiększ stabilność statyczną i przejściową systemu.
4) Ochrona bezpieczeństwa: wygaszanie namagnesowania i ochrona przeciwprzepięciowa.
Można powiedzieć, że bez-wysokosprawnego układu wzbudzenia nowoczesne, duże generatory synchroniczne nie byłyby w stanie niezawodnie i stabilnie być podłączone do sieci elektroenergetycznej, a my nie moglibyśmy cieszyć się-wysokiej jakości i wysoce niezawodną energią elektryczną.