Обмотка возбуждения что такое: HydroMuseum – Обмотка возбуждения (ротора)

При
независимом возбуждении обмотка возбуж­дения включается в сеть вспомогательного
источника энергии по­стоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки
включено сопротивление r_р. При таком
возбуждении ток Iв не зависит от
тока в якоре Iя.

Недостатком
генераторов независимого возбуждения является потребность в дополнительном
источнике энергии. Несмотря на то, что этот источник обычно имеет малую
мощность (несколько процентов мощности генераторов), необходимость в нем
является большим неудобством, поэтому генераторы независимого возбуж­дения
находят очень ограниченное применение только в машинах высоких напряжений, у
которых питание обмотки возбуждения от цепи якоря недопустимо по конструктивным
соображениям.

Генераторы
с самовозбуждением в зависимости от включения обмотки возбуждения могут быть
параллельного, по­следовательного и смешанного возбуж­дения.

У
генераторов параллельного возбуждения ток мал (несколько процентов номинального
тока якоря), и обмотка возбуждения имеет большое число витков. При
последовательном возбуждении ток возбуждения равен току якоря и обмотка
возбуждения имеет малое число витков.

При
смешанном возбуждении на полюсах генератора помеща­ются две обмотки возбуждения
— параллельная и последователь­ная.

Процесс
самовозбуждения генераторов постоянного тока про­текает одинаково при любой
схеме возбуждения. Так, например, в генераторах параллельного возбуждения,
получивших наиболее широкое применение, процесс самовозбуждения протекает
следую­щим образом.

Какой-либо
первичный двигатель вращает якорь генератора, магнитная цепь (ярмо и сердечники
полюсов) которого имеет не­большой остаточный магнитный поток Ф₀.
Этим магнитным пото­ком в обмотке вращающегося якоря индуктируется ЭДС Е₀,
со­ставляющая несколько процентов номинального напряжения ма­шины.

Под
действием ЭДС Е₀ в замкнутой цепи, состоящей из якоря и обмотки
возбуждения, протекает ток Iв.
Намагничивающая сила обмотки возбуждения Iвw (w— число витков)
направлена согласно с потоком остаточного магнетизма, увеличивая магнитный
поток машины Ф, что вызывает увеличение как ЭДС в обмотке якоря Е, так и тока в
обмотке возбуждения Iв. Увеличение
последнего вызывает дальнейшее увеличение Ф, что в свою очередь увели­чивает Е
и Iв.

Из-за
насыщения стали магнитной цепи машины самовозбуж­дение происходит не
беспредельно, а до какого-то определенного напряжения, зависящего от скорости
вращения якоря машины и сопротивления в цепи обмотки возбуждения. При насыщении
стали Магнитной цепи увеличение магнитного потока замедляется и про­цесс
самовозбуждения заканчивается. Увеличение сопротивления в цепи обмотки
возбуждения уменьшает как ток в ней, так и маг­нитный поток, возбуждаемый этим
током. Поэтому уменьшается ЭДС и напряжение, до которого возбуждается
генератор.

Изменение
скорости вращения якоря генератора вызывает из­менение ЭДС, которая пропорциональна
скорости, вследствие чего Изменяется и напряжение, до которого возбуждается
генератор.

Самовозбуждение
генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к
следующим:

1. Наличие потока остаточного магнетизма. При
   отсутствия этого потока не будет создаваться ЭДС Е₀, под
   действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток, так что
   возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по
   обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо
   постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки
   возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.
2. Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с
   потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой
   обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма.
3. При
   встречном включении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать
   остаточный магнитный поток и при длительной работе может полностью размагнитить
   машину. Если обмотка возбуждения оказалась включенной встречно, то необходимо
   изменить направление тока в ней, т. е. поменять ме­стами провода, подходящие к
   зажимам этой обмотки.
4. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении
   цепи воз­буждения самовозбуждение генератора невозможно.
5. Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико,
   так как при малом сопротивлении ток возбуждения будет также мал и
   самовозбуждения не произойдет.

Что такое система возбуждения?

ЧТО ТАКОЕ СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ?

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНАЯ ФУНКЦИЯ

Основной функцией системы возбуждения является подача постоянного (постоянного) тока на обмотку возбуждения синхронной машины. Это достигается за счет использования управления с обратной связью (или управления с обратной связью). Современные системы возбуждения также включают в себя функции диагностики для упрощения поиска и устранения неисправностей, протоколы связи для интеграции SCADA и функции ограничения/защиты, гарантирующие, что синхронная машина работает в пределах своей кривой возможностей.

2. ЦЕЛЬ

Назначение системы возбуждения зависит от применения:

• Для синхронных генераторов она отвечает за поддержание постоянного напряжения на клеммах .
• Для синхронных двигателей отвечает за поддержание постоянного коэффициента мощности .

3. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Синхронная машина, состоящая из ротора и статора, производит переменный ток, используя принцип электромагнитной индукции. Постоянный ток, проходящий через обмотку возбуждения ротора, создает статическое магнитное поле. Поскольку ротор вращается первичным двигателем (например, гидро- или паровой турбиной), магнитное поле также вращается. Поскольку ротор находится внутри статора, вращающееся магнитное поле создает переменный магнитный поток, пересекая обмотки статора. Этот переменный магнитный поток индуцирует переменные токи в обмотках статора синхронной машины. Система возбуждения необходима, так как без тока возбуждения машина работает без тока возбуждения и, следовательно, в обмотках статора машины не генерируется (индуцируется) напряжение.

ПОНЯТИЯ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

1. ЗАМКНУТЫЙ КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ

Системы возбуждения используют замкнутый контур или управление с обратной связью для регулирования производительности машины. При управлении с обратной связью выходной сигнал машины направляется обратно в контроллер и сравнивается с заданным значением, а ошибка между заданным значением и выходным сигналом используется для вычисления реакции системы. Контроллер обычно моделируется как ПИД-, ПИ-регулятор или регулятор опережения-запаздывания.

Контур управления Reivax совместим с Модель ST4C , определенная в IEEE 421.5. Упрощенная версия этого контура управления показана на экране ЧМИ Reivax:

Параметры настройки, связанные с контуром управления, можно легко изменить непосредственно с ЧМИ. Три (3) набора параметров настройки позволяют настроить оптимальную реакцию для случая, когда генератор не подключен к сети, и для режима подключения к сети в зависимости от того, активен или нет стабилизатор энергосистемы (PSS):

Пример схемы полного контура управления показано ниже:

2. ОГРАНИЧИТЕЛИ И ЗАЩИТЫ

Современные системы возбуждения отвечают за защиту синхронной машины, самой системы возбуждения и других устройств. Ограничители (OEL, UEL, VHz, SCL) и защиты (24, 27, 32, 37F, 40/32Q, 50/51, 59, 59F, 76F, 81O/U) — это программные функции, предназначенные для ограничения работы машины в нежелательных условиях. условиях и реализованы как дополнения к контуру управления AVR. Ограничители обеспечивают постоянную работу машины в пределах возможностей машины, а функции защиты защищают машину, инициируя отключение. Защитные функции возбуждения обычно дублируются в отдельном блоке реле защиты. Можно отключить функции защиты возбуждения и полагаться только на реле защиты агрегата или можно использовать обе функции защиты, и в этом случае необходимо обеспечить координацию между двумя функциями защиты.

Наиболее распространенные ограничители и их функции приведены ниже:

2.1. ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕВОЗБУЖДЕНИЯ (OEL)

Для систем возбуждения производства Reivax ограничители можно легко настроить с помощью ЧМИ. Упрощенная функция передачи и экран конфигурации для OEL, показанные ниже, соответствуют IEEE 421.5 OEL2C. OEL сконфигурирован как кривая обратной зависимости от времени в соответствии с IEEE/ANSI C50.13.

2.2. ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ (ОПВ)

Упрощенная функция передачи и экран конфигурации для UEL показаны ниже. UEL настраивается как кусочно-линейная характеристика в области недовозбуждения (отрицательная реактивная мощность) кривой производительности согласно IEEE 421.5 UEL2C.

3. КООРДИНАЦИЯ ЗАЩИТЫ

Координация между ограничителями, ограничителями оборудования и внешними реле защиты является важным аспектом правильной интеграции системы возбуждения. Как правило, согласование выполняется в рамках исследования защиты или проверки модели, при этом настройки проверяются во время ввода оборудования в эксплуатацию.

Во время ввода в эксплуатацию OEL рисуется таким образом, чтобы он перекрывал тепловой предел ротора IEEE/ANSI C50. 13.

4. КРИВАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Кривая производительности синхронной машины представляет собой графическое представление рабочих пределов машины. Кривая производительности представляет собой график зависимости активной мощности машины (МВт) от реактивной мощности (МВар). Обычно представлены следующие физические рабочие пределы:

• Тепловой предел ротора
• Предел турбины
• Практический предел устойчивости
• Ограничение асинхронного хода

Кроме того, обычно представлены следующие ограничители:

• Ограничитель перевозбуждения (OEL)
• Ограничитель пониженного возбуждения (UEL)

Системы возбуждения производства Reivax включают кривую динамической производительности, которую можно использовать для мониторинга рабочих условий в режиме реального времени. Пример такой кривой возможностей показан ниже.

Кривая возможностей показывает безопасную рабочую область машины, обозначенную зеленым цветом, ограниченную ограничителями и физическими пределами машины. Он также показывает рабочую точку машины с точки зрения активной и реактивной мощности (обе величины показаны в pu).

5. СТАБИЛИЗАТОР СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ (PSS)

Стабилизатор системы питания (PSS) является дополнением к контуру управления системы возбуждения, которое повышает устойчивость системы за счет компенсации низкочастотных (0-5 Гц) колебаний. в системе питания. Это приводит к более стабильной выходной мощности генератора, что может привести к значительной экономии за счет снижения потерь мощности. Стабилизаторы энергосистем обеспечивают превосходную экономическую эффективность и, как было установлено, приносят миллионы долларов ежегодной выгоды для крупных коммунальных предприятий.

Выход PSS добавлен в контур управления AVR. На изображении ниже показан суммирующий переход PSS в том виде, в котором он появляется в передаточной функции системы возбуждения Reivax.

На приведенном ниже графике показана реакция генератора коммунального масштаба мощностью 32,5 МВт с PSS и без него. Возмущение вводится на 2-й и 12-й секундных отметках. Заметно улучшена переходная и стационарная стабильность. Без ФПС колебания продолжаются около 10 секунд после возмущения, тогда как при включении ФПС они практически сразу затухают.

Reivax PSS совместим с моделями IEEE PSS2A и PSS2B .

ТИПЫ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

За прошедшие годы в электроэнергетике появились различные типы систем возбуждения. Они подразделяются на две основные категории в зависимости от источника питания: вращающиеся возбудители и статические возбудители.

1. ВРАЩАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

В вращающихся системах возбуждения имеется два возбудителя: основной возбудитель и вспомогательный возбудитель. Главный возбудитель питает пилотный возбудитель, а пилотный возбудитель, в свою очередь, напрямую питает синхронную машину. Существует две подкатегории вращающихся систем возбуждения: переменного и постоянного тока.

1. 1. БЕСЩЕТОЧНЫЙ ВОЗБУЖДАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В системе возбуждения переменного тока основной силовой выпрямитель питает промежуточный возбудитель переменного тока. Этот возбудитель переменного тока содержит внутренний силовой выпрямитель, который питает обмотку возбуждения синхронной машины.

Ниже показана однолинейная схема вращающегося возбудителя переменного тока.

1.2. ВОЗБУДИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В системе возбуждения постоянного тока силовой выпрямитель питает промежуточный возбудитель постоянного тока, который, в свою очередь, питает обмотку возбуждения синхронной машины.

Ниже показана однолинейная схема вращающегося возбудителя постоянного тока.

2. СТАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ – ТЕРМИНАЛ-ФЭД

В статических системах возбуждения силовой выпрямитель напрямую питает обмотку возбуждения синхронной машины. Пилотного возбудителя нет.

Система статического возбуждения питается от терминала (также называемого питанием от шины), когда питание берется от самой машины через силовой трансформатор напряжения (PPT). Первичная часть PPT подключена к статору машины, а вторичная подает питание на выпрямитель.

Системы статического возбуждения не являются самовозбуждающимися по своей природе, поэтому им требуется внешний источник питания для быстрого запуска процесса возбуждения и создания достаточного магнитного потока. Этот процесс называется миганием поля .

2.1. ПРЕИМУЩЕСТВА СТАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Статические системы возбуждения обладают рядом преимуществ, которые делают их привлекательным вариантом для управления синхронными машинами:

• Простая, надежная и экономичная конструкция
• Минимальные требования к обслуживанию
• Высокая производительность и быстрый отклик

2.2. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Основные компоненты системы статического возбуждения перечислены ниже:

2.2.1. АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ (АРН)

Автоматический регулятор напряжения (АРН), широко известный просто как регулятор напряжения, выполняет все функции управления системой, включая следующие:

• Выключатели
• Отправка импульсов запуска на мосты
• Реагирование на команды оператора или нарушения сети
• Мониторинг операций ввода-вывода системы и принятие соответствующих мер в ответ на них
• Поддержание системы возбуждения в пределах безопасности и стабильности за счет использования ограничителей и защит
• Выдача уведомлений в систему SCADA завода при возникновении аномальных условий
• Отключение системы возбуждения при возникновении критического отказа или опасного состояния

Основные элементы АРН:

• Контур управления
• Ограничители
• Стабилизатор системы питания

Решения по управлению с резервированием широко распространены. В конфигурации с резервированием имеется два регулятора напряжения, один из которых выполняет функции управления, а другой находится в режиме горячего резерва .

2.2.2. СИЛОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

В системах статического возбуждения обычно используется силовой выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный и обеспечивает управляемый ток возбуждения для синхронной машины. Силовые выпрямители обычно используют тиристорную или IGBT-технологию.

Тепловыделение является проблемой для силового выпрямителя. Для мостового охлаждения обычно предоставляются резервные комплекты вентиляторов.

Конфигурации моста с резервированием являются общими. В случае наличия нескольких мостов система возбуждения выполнит выравнивание тока , чтобы сбалансировать выходы моста.

2.2.3. ИНТЕРФЕЙС ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Интерфейс преобразователя состоит из всех промежуточных устройств между контроллером и силовым выпрямителем. Он преобразует сигнал управления в импульсы запуска и изолирует управляющую электронику от силовой части.

В системах возбуждения производства Reivax инструменты диагностики для контроля силового выпрямителя предусмотрены на ЧМИ. Состояние вентиляторов, предохранителей и температуры полупроводников можно проверить в режиме реального времени, как показано ниже.

Напряжение возбуждения — определение, типы и работа

1 Комментарий о напряжении возбуждения — определение, типы и работа0014 Последнее обновление 17 ноября 2018 г., автор: Амит Абхишек. Пока эти большие механизмы работают по закону электромагнитной индукции Фарадея. Им нужен какой-то источник энергии не только для создания магнитного поля, но и для управления им, избегая колебаний напряжения. В конце концов, управление магнитным полем будет автоматически контролировать выходное напряжение генератора.

Но как они создают такое стабильное магнитное поле? Это когда возбуждение приходит к части; Напряжение постоянного тока подается на обмотки возбуждения ротора от генератора постоянного тока, включенного синхронно на том же валу. Поток создается в обмотках возбуждения ротора источником постоянного тока; при этом уровень возбуждения зависит от тока нагрузки, скорости и коэффициента мощности машины.

Что такое напряжение возбуждения?

Напряжение или ток возбуждения — это количество электрической энергии (постоянного тока), подаваемой в обмотку возбуждения ротора генератора переменного тока для создания магнитного потока/поля. Выходное напряжение генератора переменного тока зависит от магнитного поля и, следовательно, от напряжения возбуждения. Поэтому устанавливается устройство, называемое автоматическим регулятором напряжения, которое используется для управления конечным выходом путем регулировки напряжения возбуждения. Обычно для этой цели используется генератор постоянного тока, синхронизированный и соединенный с генератором переменного тока на одном валу.

Хотя в большинстве конструкций используется обычный генератор постоянного тока, в некоторых конструкциях для этой цели также используется батарея постоянного тока. Генераторы переменного тока, которые обеспечивают собственное напряжение возбуждения, называются генераторами переменного тока с автовозбуждением. Единственная проблема с ними для генераторов переменного и постоянного тока заключается в том, что они должны быть изолированы от внешней нагрузки в течение начального периода запуска. Для генераторов или возбудителей постоянного тока возбуждение поля генерируется только тогда, когда полюса обладают некоторым остаточным магнетизмом. При вращении вала генератора остаточный магнетизм создает небольшое напряжение в якоре. Это приводит к еще большей напряженности поля и, следовательно, большему выходному напряжению и так далее и тому подобное.

В. Почему для возбуждения в генераторах переменного тока используется только постоянный ток?

Напряжение или ток возбуждения подаются на обмотки возбуждения ротора для создания статического магнитного поля. Если мы используем переменный ток вместо постоянного тока; мы получим флуктуирующее магнитное поле. Это создаст переменный магнитный поток в обмотках статора, что приведет к непредсказуемым и нестабильным напряжениям и источникам питания, что может привести к искажениям и высокому риску возгорания обмоток якоря. Даже если мы каким-то образом подключим выход, это не будет чисто синусоидальное трехфазное питание. Вот почему обмотки возбуждения ротора должны быть запитаны постоянным током, чтобы избежать всех этих недостатков.

Типы системы возбуждения

Магнитный поток и скорость являются двумя ключевыми элементами для генерации ЭДС в генераторе переменного тока. Обмотка возбуждения ротора создает сильное магнитное поле при воздействии постоянного тока. Для подачи постоянного тока на обмотки ротора могут быть реализованы различные способы; но два основных типа — статические и вращающиеся. В то время как вращательный метод может включать возбудитель переменного или постоянного тока, установленный на одном валу; статический возбудитель использует тиристор для выпрямления переменного тока для получения постоянного тока. Типичная система возбуждения с генератором постоянного тока, установленным на том же валу, для обеспечения напряжения возбуждения.

1 ) Возбуждение постоянного тока

В типичном обычном генераторе переменного тока у нас есть небольшой генератор постоянного тока, называемый главным возбудителем, который соединен с тем же валом, что и генератор переменного тока. Постоянный ток, вырабатываемый возбудителем при вращении вала, затем подается на обмотки ротора через щетки и контактные кольца. Затем это напряжение возбуждения регулируется изменением тока возбуждения основного возбудителя через вспомогательный возбудитель.

Затем используется автоматический регулятор напряжения для управления как пилотным, так и основным напряжением возбуждения в соответствии с запросом на выходной клемме. Таким образом, управляя напряжением возбуждения на обмотках возбуждения ротора; конечное выходное напряжение генератора можно изменить или оставить постоянным. Хотя в большинстве конструкций первичный и главный возбудители установлены на одном валу; но для некоторых конструкций они могут приводиться в движение двигателем отдельно.

2 ) Возбуждение переменным током

A ) Тиристорное/статическое возбуждение

Метод статического возбуждения использует мощность самого генератора для подачи напряжения возбуждения. Он обеспечивает более быстрый и лучший отклик при низкой стоимости эксплуатации. Обычно они используют тиристорный выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный, который затем подается на ротор с помощью щеток и контактных колец. Сначала выходной сигнал генератора понижается с помощью трансформатора возбуждения, а затем выпрямляется для подачи на ротор.

Это непопулярный, но наиболее эффективный режим возбуждения, поскольку он помогает снизить эксплуатационные расходы, устраняя затраты на техническое обслуживание, потери на трение и потери из-за коллектора и обмоток. При запуске процесса возбуждения используется отдельный источник энергии; это делается потому, что на выходной клемме генератора нет выходного тока для выпрямления.

Как правило, отдельный блок батарей используется для обеспечения начального тока возбуждения для достижения желаемых номинальных оборотов в минуту и ​​номинального напряжения. Как только оно достигает номинального напряжения, включается статическое возбуждение и поддерживается возбуждение поля. Бесщеточная система возбуждения

B ) Бесщеточное возбуждение

Это метод возбуждения с якорной обмоткой возбудителя на том же валу. В основном эта система состоит из выпрямителя, основного возбудителя и пилотного возбудителя с полями постоянного магнита (я имею в виду генератор с постоянным магнитом, создающим магнитные поля). Выход якоря подается на выпрямитель, а затем на обмотки возбуждения ротора. Такое расположение якоря и ротора на одном валу устраняет необходимость в контактных кольцах и щетках.

Отсутствие таких проблемных деталей, как коммутатор, щетки, токосъемные кольца и угольная пыль (проблема) значительно повышают надежность и производительность генератора переменного тока. Это также помогает снизить затраты на техническое обслуживание. В некоторых конструкциях даже установлены дополнительные электронные датчики для подачи сигналов тревоги и срабатывания при выходе из строя диода.

Автоматический регулятор напряжения

Внезапное изменение тока нагрузки генератора может привести к изменению его выходного напряжения. Это связано с падением/провалом напряжения в обмотке генератора. Таким образом, нерегулируемая система возбуждения была бы неприемлемой / неприемлемой для поддержания выходной мощности при переменной нагрузке. На судовых и наземных установках есть регулярные колебания потребности в нагрузке; если бы он оставался нерегулируемым, это дестабилизировало бы генераторы.

Величина и структура провала напряжения в значительной степени зависят от нагрузочных и восстанавливающих характеристик генератора; в то время как восстановление зависит от AVR, регулятора и системы возбуждения. Автоматический регулятор напряжения определяет выходное напряжение генератора и соответствующим образом изменяет напряжение возбуждения. Автоматический регулятор напряжения (строительный)

Строительный и рабочий

некоторые основные ключевые элементы, такие как трансформатор (прикрепленный к датчику напряжения), выпрямитель, транзистор и тиристор остаются прежними. Датчик напряжения выпрямляет и понижает напряжение до низкого напряжения постоянного тока пропорционально напряжению на клеммах генератора.

Затем это выходное напряжение постоянного тока сравнивается с заданным/требуемым значением с помощью компаратора. Любая разница между ними вызовет сигнал ошибки, который затем поступит в схему тиристора. Тиристор действует как выпрямитель и переключатель, контролирующий величину/величину напряжения или тока возбуждения. Как правило, на корабле всегда есть один или два запасных AVR, которые можно заменить при подозрении на отказ.

Другие ключевые особенности A.V.R включают:

• Быстрый ответ.
• Высокий KVAR для правильного распределения тока при параллельной работе.
• Аварийные сигналы и отключения по пониженному или повышенному напряжению
• Быстрое нарастание напряжения возбуждения во время запуска генератора.

#ПРИМЕЧАНИЕ: Буду ждать ваших полезных комментариев (даже критических) и рекомендаций по улучшению этой статьи (Что такое напряжение возбуждения и его система?).