Opwindingstelsel
Opwindingstelsel
Definisie
'n Opwindingstelsel is 'n belangrike komponent in sinchronise masjiene, wat verantwoordelik is vir die voorsiening van die benodigde veldstroom aan die rotorwinding. Eenvoudig gesê, is dit ontwerp om magneetvloed te genereer deur 'n elektriese stroom deur die veldwinding te laat vloei. Kernels kenmerke van 'n ideale opwindingstelsel sluit onwankelbare betroubaarheid in al die bedryfssituasies, eenvoudige beheermechanismes, maklikheid van instandhouding, stabiliteit en 'n vinnige oorgangsreaksie.
Die grootte van opwinding wat deur 'n sinchronise masjien vereis word, is afhanklik van verskeie faktore, naamlik die laai stroom, laai kragfaktor, en die spoed van die masjien. Grooter laaistrome, laer spoede, en agterblyende kragfaktore vereis 'n hoër vlak van opwinding binne die stelsel.
In 'n opwindingopstelling het elke alternaator gewoonlik sy eie opwinder, wat as 'n generator funksioneer. In 'n sentraliseerde opwindingstelsel word twee of meer opwinders gebruik om krag aan die busbal te lewer. Alhoewel hierdie sentraliseerde benadering koste-effektief is, kan 'n fout binne die stelsel 'n skadelike impak hê op die alternaators wat in die kragstasie bedryf.
Tipes Opwindingstelsels
Die opwindingstelsel kan hoofsaaklik in verskeie tipes gekategoriseer word, met die volgende drie as die mees belangrik: DC Opwindingstelsel, AC Opwindingstelsel, en Statische Opwindingstelsel. Daarbenewens is daar sub-tipes soos Rotor Opwindingstelsel en Borstellose Opwindingstelsel, wat in detail hieronder bespreek sal word.
DC Opwindingstelsel
Die DC opwindingstelsel bestaan uit twee opwinders: 'n hoof opwinder en 'n pilot opwinder. 'n Outomatiese spanningsreguleerder (AVR) speel 'n sleutelrol in hierdie stelsel deur die uitset van die opwinders aan te pas. Hierdie aanpassing is gerig op die presiese beheer van die uitset terminaalspanning van die alternaator. Die inset van 'n stroomtransformateur na die AVR dien as 'n veiligheidsmaatregel, wat verseker dat die alternaatorstroom tydens foute begrensd word.
Wanneer die veldskakelaar in die oop posisie is, word 'n veldontlaadingweerstand oor die veldwinding verbond. Gegewe die hoog induktiewe aard van die veldwinding, is hierdie weerstand noodsaaklik om die gestoorde energie te dissipateer, en sodoende die stelselkomponente teen moontlike skade as gevolg van geïnduseerde spannings te beskerm.
DC Opwindingstelsel (voortgeset)
Beide die hoof- en pilot-opwinders kan op twee maniere aangedryf word: óf direk deur die hoofass van die sinchronise masjien, óf onafhanklik deur 'n eksterne motor. Direk-aangedrewe opwinders is dikwels die voorkeur. Dit is omdat hulle die integriteit van die eenheid se bedryfstelsel handhaaf, wat verseker dat die opwindingproses onveranderd bly ten spyte van eksterne verstoringe.
Die hoof opwinder het tipies 'n spanningswaarde van sowat 400 volt, en sy kapasiteit is ongeveer 0,5% van die alternaator se kapasiteit. In turbo-alternaators is egter probleme met die opwinders relatief algemeen. Die hoë rotasiespoede van hierdie masjiene dra by tot verhoogde sleet, wat die opwinders meer vatbaar maak vir foute. Om hierdie reden word apart gemotoriseerde opwinders as stand-by-eenhede geïnstalleer, gereed om oor te neem indien enige mislukking van die primêre opwinders plaasvind.
AC Opwindingstelsel
Die AC opwindingstelsel integreer 'n alternaator en 'n thyristor reghalserbrug, beide direk gekoppel aan die hoof alternaator ass. Die hoof opwinder binne hierdie stelsel kan in twee modes bedryf: self-opwinding, waar dit sy eie magneetveld genereer om elektriese uitset te produseer, of aparte opwinding, wat afhang van 'n eksterne kragbron om die opwindingproses te begin. Die AC opwindingstelsel kan verder verdeel word in twee onderskeidelike kategorieë, elkeen met sy eie unieke kenmerke, wat in groter detail hieronder ondersoek sal word.
Roterende Thyristor Opwindingstelsel
Soos in die bygevoegde figuur geïllustreer, het die roterende thyristor opwindingstelsel 'n duidelik gedefinieerde roterende afdeling, aangedui deur 'n gestippelde lyn. Hierdie stelsel bestaan uit 'n AC opwinder, 'n statiese veld, en 'n roterende armatuur. Die uitset van die AC opwinder ondergaan reghalsering deur 'n volle-golf thyristor brugreghalseringskema. Hierdie omgevormde direkte-stroom uitset word dan aan die veldwinding van die hoof alternaator gelewer, wat die generering van die nodige magneetveld vir die operasie van die alternaator moontlik maak.
In die roterende thyristor opwindingstelsel word die alternaator se veldwinding ook via 'n addisionele reghalseringskema gevoed. Die opwinder kan sy spanning vestig deur gebruik te maak van sy residuele magneetvloed. Die kragversorgingseenheid, tesame met die reghalserbeheermechanisme, genereer presies gecontroleerde triggering-signal. In die outomatiese bedryfsmodus word die alternaatorspanningsignaal eers geoutomatiseer en dan direk vergelyk met die operator-gestelde spanningsaanpaswaarde. Tegengesteld, tydens die handmatige bedryfsmodus, word die alternaator se opwindingstroom vergelyk met 'n apart, handmatig aangepaste spanningsverwysing.
Borstellose Opwindingstelsel
Die borstellose opwindingstelsel word in die figuur hieronder gedepolteer, met sy roterende komponente duidelik ingesluit binne 'n gestippelde-lyn reghoek. Hierdie gevorderde stelsel bestaan uit 'n alternaator, 'n reghalser, 'n hoof opwinder, en 'n permanente magneet-generator alternaator. Sowel die hoof- as pilot-opwinders word aangedryf deur die hoof ass van die masjien. Die hoof opwinder het 'n statiese veld en 'n roterende armatuur. Die uitset van die roterende armatuur is direk verbonden, deur silikon reghalsers, aan die veldwinding van die hoof alternaator, wat 'n naadlose en borstellose oordrag van elektriese krag vir opwindingdoeleindes verseker.
Die pilot opwinder is 'n ass-aangedrewe permanente magneet-generator. Dit het roterende permanente magneete vasgemaak aan die ass en 'n driefase statiese armatuur. Hierdie armatuur verskaf krag aan die hoof opwinder veld deur silikon reghalsers, wat uiteindelik bydra tot die opwinding van die hoof alternaator. Daarbenewens, in 'n ander konfigurasie, gebruik die pilot opwinder, nog steeds 'n ass-aangedrewe permanente magneet-generator, driefase volle-golf fasegekontroleerde thyristorbrûge om die hoof opwinder te voorsien.
Die borstellose opwindingstelsel bied verskeie noemenswaardige voordele. Deur die gebruik van kommutators, kollektors, en borstels te elimineer, verminder dit aansienlik die instandhoudingsvereistes. Dit het ook 'n baie kort tydkonstante, met 'n reaksietyd van minder as 0,1 sekondes. Hierdie kort tydkonstante verhoog die stelsel se klein-signal dinamiese prestasie, wat dit in staat stel om vinniger en akkurater op klein elektriese verstoringe te reageer. Bovendien vereenvoudig dit die integrasie van bykomende kragstelsel stabiliseringsignale, wat krities is vir die handhaving van netstabiliteit.
Statische Opwindingstelsel
In die statiese opwindingstelsel word die elektriese versorging direk van die alternaator afgelei. Dit word bereik deur 'n driedriefase ster/delta-verbonden stap-af transformator. Die primêre winding van hierdie transformator is gekoppel aan die alternaatorbus, terwyl die sekondêre winding verskeie funksies vervul. Dit verskaf krag aan die reghalser, wat die wisselstroom omskep na direkstroom vir opwindingdoeleindes. Daarbenewens verskaf dit elektriese energie aan die netbeheerkring en ander verwante elektriese toerusting, wat die naadlose funksionering van die hele opwinding- en beheerstelsel verseker.
Die statiese opwindingstelsel het 'n indrukwekkend kort reaksietyd, wat dit in staat stel om vinnig te reageer op veranderinge in elektriese toestande. Hierdie vinnige responsiviteit, op sy beurt, gee uitsonderlike dinamiese prestasie, wat die stelsel in staat stel om stabiele bedryf te handhaaf, selfs onder fluktuërende lasse en wisselende elektriese behoeftes.
Een van die kernvoordele van hierdie stelsel lê in sy vermoë om bedryfskoste aansienlik te verminder. Deur tradisionele opwinders weg te laat, elimineer dit windverlies — die energie wat verloor gaan as gevolg van wrywing tussen bewegende dele en die omringende lug. Daarbenewens, sonder die noodsaak vir gereelde instandhouding van opwinderwindings, word instandhoudingskoste aansienlik verminder. Hierdie kostebesparende kenmerke maak die statiese opwindingstelsel 'n ekonomies aantreklike opsie vir 'n wydverspreide verskeidenheid toepassings.
