Система за възбуда
Система за възбуда
Определение
Системата за възбуда е ключов компонент в синхронните машини, отговарящ за доставянето на необходимия ток за полето към обмотката на ротора. По-просто казано, тя е проектирана да генерира магнитен поток, като пропуска електрически ток през обмотката на полето. Ключови характеристики, които дефинират идеална система за възбуда, включват непоколебима надеждност при всички оперативни ситуации, прост механизми за управление, лесно поддържане, стабилност и бърз преходен отговор.
Мащабът на възбудата, необходима за синхронна машина, зависи от множество фактори, включително тока на товара, коефициента на мощността на товара и скоростта на въртене на машината. По-големи токове на товара, по-ниски скорости и запазен коефициент на мощност изискват по-високо ниво на възбуда в системата.
В системата за възбуда, всеки алтернатор обикновено има собствен възбудител, който функционира като генератор. В централизирана система за възбуда, се използват два или повече възбудители, за да доставят енергия до шината. Въпреки че този централизиран подход е икономически ефективен, проблем в системата може да окаже неблагоприятно влияние върху алтернаторите, работещи в електроцентралата.
Типове системи за възбуда
Системата за възбуда може основно да бъде класифицирана в няколко типа, с трите най-значими следните: DC система за възбуда, AC система за възбуда и статична система за възбуда. Освен това, има под-типове като Роторна система за възбуда и Безщетковна система за възбуда, които ще бъдат разгледани подробно по-долу.
DC система за възбуда
DC системата за възбуда включва два възбудителя: главен възбудител и пилотен възбудител. Автоматичен регулатор на напрежението (AVR) играе ключова роля в тази система, като коригира изхода на възбудителите. Тази корекция е насочена към точното контролиране на изходното терминално напрежение на алтернатора. Входът от токов трансформатор към AVR служи като защита, гарантираща, че токът на алтернатора е ограничен при аварийни условия.
Когато предпазителят на полето е в отворено положение, се свързва резистор за разрядване на полето, паралелно с обмотката на полето. Учитывайки индуктивния характер на обмотката на полето, този резистор е необходим за разсейване на съхранената енергия, за да се защитят компонентите на системата от потенциални повреди, причинени от индуцирани напрежения.
DC система за възбуда (продължение)
И двата възбудителя – главния и пилотния, могат да бъдат подхранвани по два начина: или директно от главната ос на синхронната машина, или независимо от външен мотор. Директно подхранвани възбудители често са предпочитаният избор. Това е, защото те поддържат целостта на операционната система на единицата, гарантирайки, че процесът на възбуда остава незасегнат от външни разстройства.
Главният възбудител обикновено има напрежение около 400 волта, а неговата капацитет е приблизително 0,5% от капацитета на алтернатора. В турбо-алтернаторите, обаче, проблеми с възбудителите са относително чести. Високите скорости на въртене на тези машини допринасят за увеличаване на износ, правейки възбудителите по-подвержени на повреди. За справяне с това, се инсталират отделно моторно подхранвани възбудители като резервни единици, готови да вземат участие в случай на каквато и да е нефункционалност на основните възбудители.
AC система за възбуда
AC системата за възбуда интегрира алтернатор и тиристорен ректификаторен мост, които са директно свързани с главната ос на алтернатора. Главният възбудител в тази система може да работи в два режима: самовъзбуда, когато той генерира собствен магнитен пол за произвеждане на електрически изход, или отделна възбуда, която се основава на външно енергийно източник, за да инициира процеса на възбуда. AC системата за възбуда може да бъде разделена на две различни категории, всяка със свои уникални характеристики, които ще бъдат разгледани по-детайлно по-долу.
Ротационна тиристорна система за възбуда
Както е показано на придадената фигура, ротационната тиристорна система за възбуда разполага с ясно дефинирана ротационна секция, обозначена с пунктирана линия. Тази система включва AC възбудител, стационарен пол и ротационна арматура. Изходът от AC възбудителя преминава през ректификаторен мост с пълновълнова тиристорна ректификация. Този преобразуван пряк ток се доставя към обмотката на полето на главния алтернатор, позволявайки генерирането на необходимия магнитен пол за функционирането на алтернатора.
В ротационната тиристорна система за възбуда, обмотката на полето на алтернатора също е подхранвана чрез допълнителен ректификаторен контур. Възбудителят може да установи своето напрежение, използвайки остатъчния магнитен поток. Енергиен блок за подхранване, в съчетание с механизма за контрол на ректификатора, генерира точно контролирани сигнали за тригериране. В автоматичен режим на работа, сигналът за напрежението на алтернатора се усреднява и се сравнява директно със зададената от оператора стойност за регулиране на напрежението. Обратно, в ръчен режим на работа, токът на възбудата на алтернатора се сравнява с отделна, ръчно регулирана референтна стойност за напрежение.
Безщеткова система за възбуда
Безщетковата система за възбуда е представена на фигурата по-долу, с нейните ротационни компоненти ясно обградени в рамка с пунктирана линия. Тази сложна система включва алтернатор, ректификатор, главен възбудител и генератор-алтернатор с постоянен магнит. И двата възбудителя – главния и пилотния, са привеждани в действие от главната ос на машината. Главният възбудител разполага със стационарен пол и ротационна арматура. Изходът на ротационната арматура е директно свързан, чрез кремикови ректификатори, с обмотката на полето на главния алтернатор, осигурявайки безщетно и безпроблемно прехвърляне на електрическа енергия за цели на възбуда.
Пилотният възбудител е привеждан в действие от оста постоянен магнитен генератор. Той разполага с ротационни постоянни магнити, закрепени на оста, и трифазна стационарна арматура. Тази арматура доставя енергия към полето на главния възбудител чрез кремикови ректификатори, като в крайна сметка допринася за възбудата на главния алтернатор. Освен това, в друга конфигурация, пилотният възбудител, все още привеждан в действие от оста постоянен магнитен генератор, използва трифазни пълновълнови фазово контролирани тиристорни мостове, за да подхранва главния възбудител.
Безщетковата система за възбуда предлага няколко значителни предимства. Чрез елиминирането на комутатори, колектори и щетки, тя значително намалява изискванията за поддръжка. Тя има много кратко време на константа, с реакционно време под 0,1 секунди. Това кратко време на константа подобрява динамичното изпълнение на системата при малки сигнали, позволявайки й да реагира по-бързо и по-точно на малки електрически разстройства. Освен това, тя опростява интеграцията на допълнителни сигнали за стабилизиране на енергийната система, които са важни за поддържане на стабилността на мрежата.
Статична система за възбуда
В статичната система за възбуда, електрическата подхранване се извлича директно от алтернатора. Това се постига чрез трифазен звезда/триъгълник свързан понижаващ трансформатор. Първичната обмотка на този трансформатор е свързана с шината на алтернатора, докато вторичната обмотка изпълнява множество функции. Тя доставя енергия към ректификатора, който преобразува променливия ток в постоянен ток за цели на възбуда. Освен това, тя предоставя електрическа енергия към котролната цепь на мрежата и друго свързано електрическо оборудване, осигурявайки безпроблемното функциониране на цялата система за възбуда и контрол.
Статичната система за възбуда разполага с впечатляващо кратко време на реакция, позволявайки й да реагира бързо на промени в електрическите условия. Това бързо реагиране, от своя страна, дава отлична динамична производителност, позволявайки на системата да поддържа стабилна работа дори при колеблющ се товар и вариращи електрически изисквания.
Едно от ключовите предимства на тази система се състои в способността й да намали значително операционните разходи. Чрез елиминирането на традиционните възбудители, тя изключва загубите от въздушно съпротивление – енергията, разсейвана поради триенето между движещи се части и заобикалящия въздух. Освен това, без нуждата от регулярна поддръжка на обмотките на възбудителите, разходите за поддръжка са значително намалени. Тези икономически предимства правят статичната система за възбуда икономически привлекателен вариант за широк диапазон от приложения.
