Anspændingssystem

Opladningssystem

Definition

Et opladningssystem er en vigtig komponent i synkronmaskiner, der har til opgave at levere den nødvendige feltstrøm til rotorvindingen. Med andre ord er det designet til at generere magnetisk flux ved at føre en elektrisk strøm gennem feltvindingen. De nøgleattributter, der definerer et ideelt opladningssystem, inkluderer urokkelig pålidelighed i alle driftsforhold, simple styringssystemer, nem vedligeholdelse, stabilitet og hurtig transient respons.

Mængden af opladning, som en synkronmaskine kræver, afhænger af flere faktorer, herunder belastningsstrøm, belastnings effekt faktor og maskinens rotationshastighed. Større belastningsstrømme, lavere hastigheder og forsinkede effekt faktorer kræver en højere grad af opladning i systemet.

I et opladningssæt har hver alternator typisk sin egen oplader, der fungerer som en generator. I et centraliseret opladningssystem bruges to eller flere opladere til at levere strøm til busbaren. Selvom denne centraliserede tilgang er kostnadseffektiv, kan en fejl i systemet have en skadelig indvirkning på de alternatorer, der opererer i kraftværket.

Typer af opladningssystem

Opladningssystemet kan primært inddeles i flere typer, med følgende tre som de mest betydningsfulde: DC Opladningssystem, AC Opladningssystem og Statisk Opladningssystem. Derudover findes der undertyper som Rotor Opladningssystem og Strømfri Opladningssystem, som vil blive uddybet nedenfor.

DC Opladningssystem

DC opladningssystemet består af to opladere: en hovedoplader og en pilotoplader. En automatisk spændingsregulator (AVR) spiller en afgørende rolle i dette system ved at justere outputtet fra opladerne. Denne justering har til formål præcis at kontrollere outputterminalspændingen fra alternatoren. Input fra en strømtransformator til AVR fungerer som en sikring, der sikrer, at alternatorstrømmen begrænses under fejltilstande.

Når feltbryderen er i åben position, er en feltnedladningsmodstand forbundet over feltvindingen. Givet den højinduktive natur af feltvindingen, er denne modstand afgørende for at dissipere den lagrede energi, hvilket beskytter systemkomponenterne mod potentielle skader som følge af inducerede spændinger.

DC Opladningssystem (Fortsættelse)

Både hoved- og pilotoplader kan drives på to måder: enten direkte af hovedakslen på den synkronmaskine eller uafhængigt af en ekstern motor. Direktedrevne opladere er ofte den foretrukne valg. Dette skyldes, at de bevare enhedens driftssystems integritet, og sørger for, at opladningsprocessen forbliver uforandret af eksterne forstyrrelser.

Hovedopladeren har normalt en spændingsklasse på omkring 400 volt, og dens kapacitet er ca. 0,5% af alternatorens kapacitet. I turbogeneratore, er dog problemer med opladerne relativt almindelige. De høje rotationshastigheder hos disse maskiner bidrager til øget slitage, hvilket gør opladerne mere benægtelige for fejl. For at løse dette installeres separat motordrevne opladere som reserveenheder, klar til at overtage i tilfælde af fejl i de primære opladere.

AC Opladningssystem

AC opladningssystemet integrerer en alternator og en thyristor rektifierbro, begge direkte koblet til hovedalternatorakslen. Hovedopladeren i dette system kan fungere i to tilstande: selvoplading, hvor den genererer sit eget magnetfelt for at producere elektrisk output, eller separat oplading, der relaterer på en ekstern strømkilde for at initiere opladningsprocessen. AC opladningssystemet kan yderligere deles ind i to distinkte kategorier, hver med sine egne unikke karakteristika, som vil blive uddybet nedenfor.

Roterende Thyristor Opladningssystem

Som illustreret i den vedhæftede figur, har roterende thyristor opladningssystemet en klart defineret roterende sektion, markeret med stiplet linje. Dette system består af en AC oplader, en stationær felt og en roterende armatur. Outputtet fra AC opladeren undergår rektificering gennem en fuld bølge thyristor bro rektifier circuit. Dette konverterede direkte strøm output leveres derefter til feltvindingen af hovedalternatoren, hvilket gør det muligt at generere det magnetiske felt, der er nødvendigt for alternatorens drift.

I roterende thyristor opladningssystemet er alternatorens feltvinding også forsynet via en ekstra rektifier circuit. Opladeren kan etablere sin spænding ved at udnytte dens resterende magnetisk flux. Strømforsyningsenheden, i forbindelse med rektifierkontrolmekanismen, genererer præcis kontrollerede triggertegn. I automatiske driftstilstand sammenlignes alternatorspændingssignalet først med en gennemsnitlig værdi og derefter direkte med driftsætters spændingsjusteringsværdi. Imidlertid, i manuelt driftsprogram, sammenlignes alternatorens opladningsstrøm med en separat, manuelt justeret spændingsreference.

Strømfri Opladningssystem

Strømfrit opladningssystem er afbildet i figuren nedenfor, med dets roterende komponenter klart indkapslet inden for en stiplet linje rektangel. Dette avancerede system består af en alternator, en rektifier, en hovedoplader og en permanent magnetgenerator alternator. Både hoved- og pilotoplader drevet af hovedakslen på maskinen. Hovedopladeren har en stationær felt og en roterende armatur. Outputtet fra den roterende armatur er direkte forbundet, gennem silicium rektifikatorer, til feltvindingen af hovedalternatoren, hvilket sikrer en nahtlos og strøm fri overførsel af elektrisk kraft til opladningsformål.

Pilotopladeren er en aksledrevet permanent magnetgenerator. Den har roterende permanente magnetker, fastgjort til aksen, og en trefas statisk armatur. Denne armatur leverer strøm til hovedopladerfeltet gennem silicium rektifikatorer, hvilket sidstnævnt bidrager til opladningen af hovedalternatoren. Desuden, i en anden konfiguration, anvender pilotopladeren, stadig en aksledrevet permanent magnetgenerator, trefas fuld bølge fase kontrollerede thyristor broer til at forsyne hovedopladeren.

Strømfrit opladningssystem tilbyder flere bemærkelsesværdige fordele. Ved at eliminere brugen af kommutatorer, kollektor og pensler, reducerer det betydeligt vedligeholdelsesbehov. Det har også en meget kort tidskonstant, med en respons tid på under 0,1 sekunder. Denne korte tidskonstant forbedrer systemets lille signal dynamiske ydeevne, hvilket gør, at det kan reagere hurtigere og mere præcist på mindre elektriske forstyrrelser. Desuden forenkler det integrationen af supplerende kraftsystem stabiliserende signaler, som er afgørende for at opretholde netstabilitet.

Statisk Opladningssystem

I det statiske opladningssystem hentes elektrisk forsyning direkte fra alternatoren. Dette opnås gennem en trefas stjerne/delta forbundet nedtrappetransformator. Primærsvindingen af denne transformator er forbundet til alternatorbusen, mens sekundærsvindingen har flere funktioner. Den leverer strøm til rektifikatoren, der konverterer den alternerende strøm til direkte strøm til opladningsformål. Desuden leverer den elektrisk energi til netstyringskredsløbet og anden tilknyttet elektrisk udstyr, hvilket sikrer den nahtlose drift af hele opladnings- og kontrolsystemet.

Det statiske opladningssystem har en imponerende kort respons tid, hvilket gør, at det kan reagere hurtigt på ændringer i elektriske forhold. Denne hurtige respons evne giver fremragende dynamisk ydeevne, hvilket tillader systemet at opretholde stabil drift, selv under fluktuerende belastninger og varierende elektriske krav.

En af de nøglefordele ved dette system ligger i dets evne til at reducere driftsomkostningerne betydeligt. Ved at fjerne traditionelle opladere, eliminerer det vindage tab – energien, der dissiperes som følge af friktion mellem bevægende dele og omgivende luft. Desuden, uden behov for regelmæssigt vedligehold af oplader vindinger, er vedligeholdelsesomkostninger betydeligt reduceret. Disse kostnedskende egenskaber gør det statiske opladningssystem til en økonomisk attraktiv mulighed for en lang række anvendelser.