Sustav za pobudbu

Sustav bužoljanja

Definicija

Sustav bužoljanja je ključni sastavnica sinkronih strojeva, zadužen za opskrbu potrebnog strujnog toka za ovojnicu rotoru. Na jednostavan način, dizajniran je kako bi generirao magnetski tok kroz prolaz električnog toka kroz ovojnici polja. Ključne značajke koje definiraju idealan sustav bužoljanja uključuju nepromjenjivu pouzdanost u svim operativnim situacijama, jednostavne mehanizme upravljanja, lakštu održavaju, stabilnost i brzu prelaznu reakciju.

Mjera bužoljanja koja je potrebna sinkronom stroju ovisi o nekoliko faktora, uključujući strujni tok opterećenja, faktor snage opterećenja i brzinu rotacije stroja. Veći strujni tokovi opterećenja, niže brzine i lagani faktori snage zahtijevaju višu razinu bužoljanja unutar sustava.

U postavci bužoljanja, svaki alternator obično ima svoj vlastiti bužolač, koji funkcionira kao generator. U centraliziranom sustavu bužoljanja, koriste se dva ili više bužolača kako bi se snabdevao naponski stub. Iako je ovaj centralizirani pristup ekonomičan, greška unutar sustava može imati štetan utjecaj na alternatore koji rade unutar elektrane.

Vrste sustava bužoljanja

Sustav bužoljanja može se uglavnom kategorizirati u nekoliko vrsta, a najznačajnije su tri: DC sustav bužoljanja, AC sustav bužoljanja i statički sustav bužoljanja. Također postoje podvrste poput sustava bužoljanja rotoru i bešetalačkog sustava bužoljanja, koje će biti detaljnije objašnjene u nastavku.

DC sustav bužoljanja

DC sustav bužoljanja sastoji se od dva bužolača: glavnog bužolača i pilot bužolača. Automatski regulator napona (AVR) igra ključnu ulogu u ovom sustavu prilagođavanjem izlaza bužolača. Ova prilagodba ima za cilj precizno kontrolirati izlazni terminalni napon alternatora. Ulaz iz transformatora struje u AVR služi kao zaštita, osiguravajući da je struja alternatora ograničena tijekom usporenih stanja.

Kada je prekidnik polja u otvorenom položaju, otpornik rasipanja polja povezan je preko ovojnici polja. Uzimajući u obzir visoko induktivnu prirodu ovojnici polja, ovaj otpornik je nužan za rasipanje pohranjene energije, čime se štite komponente sustava od moguće štete zbog induciranih napona.

DC sustav bužoljanja (Nastavak)

Oba, glavni i pilot bužolač, mogu se napajati na dva načina: ili direktno glavnim vratom sinkronog stroja ili neovisno vanjskim motorom. Direktno pogonjeni bužolači često su preferirani izbor. To je zato što održavaju integritet operativnog sustava jedinice, osiguravajući da proces bužoljanja ostane neovisan o vanjskim perturbacijama.

Glavni bužolač obično ima naponsku ocjenu oko 400 volti, a njegova kapacitet je približno 0,5% kapaciteta alternatora. Međutim, u turboalternatorima, problemi s bužolačima su relativno česti. Visoke brzine rotacije ovih strojeva doprinose većem trošku i iscrpljivanju, čime bužolači postaju skloniji propadanjima. Da bi se to riješilo, instalirani su posebno motor-pogonjeni bužolači kao rezervne jedinice, spremne da preuzemu u slučaju bilo kakvog propadanja glavnih bužolača.

AC sustav bužoljanja

AC sustav bužoljanja integriše alternator i tiristor diodni most, oba direktno spojena na glavno vreteno alternatora. Glavni bužolač u ovom sustavu može raditi u dvije verzije: samoubuzoljavanje, gdje stvara vlastito magnetsko polje kako bi proizveo električni izlaz, ili zasebno bužoljavanje, koje se oslanja na vanjski izvor snage kako bi započeo proces bužoljavanja. AC sustav bužoljanja može se dalje podijeliti u dvije odvojene kategorije, svaka s vlastitim karakteristikama, koje će biti detaljnije istražene u nastavku.

Rotirajući tiristor sustav bužoljanja

Kao što je prikazano na prilogu slici, rotirajući tiristor sustav bužoljanja ima jasno definirani rotirajući dio, označen crtkanim linijama. Ovaj sustav sastoji se od AC bužolača, stacionarnog polja i rotirajuće armature. Izlaz iz AC bužolača pretvoren je putem cijelog vala tiristor diodnog mosta. Taj pretvoreni izravni strujni izlaz zatim se isporučuje ovojnici polja glavnog alternatora, omogućujući generiranje magnetskog toka potrebnog za rad alternatora.

U rotirajućem tiristor sustavu bužoljanja, ovojnica polja alternatora također se snabdjevaju putem dodatnog diodnog mosta. Bužolač može uspostaviti svoj napon iskoristivši ostatak magnetskog toka. Napajajući blok, zajedno s mehanizmom kontrole diode, generira precizno kontrolirane signale pokretanja. U automatskom načinu rada, signal napona alternatora najprije se prosječava, a zatim se direktno uspoređuje s postavljenom vrijednosti prilagodbe napona operatera. S druge strane, u ručnom načinu rada, struja bužoljanja alternatora uspoređuje se s posebnom, ručno prilagođenom referentnom vrijednosti napona.

Bešetalački sustav bužoljanja

Bešetalački sustav bužoljanja prikazan je na donjoj slici, s njegovim rotirajućim dijelovima jasno označenim unutar crtkanog pravokutnika. Ovaj sofisticirani sustav sastoji se od alternatora, diode, glavnog bužolača i permanentnog magnetnog generatora alternatora. Obje, glavni i pilot bužolač, pogonjene su glavnim vretenom stroja. Glavni bužolač ima stacionarno polje i rotirajuću armaturu. Izlaz rotirajuće armature direktno je povezan, kroz silicijum diode, s ovojnici polja glavnog alternatora, osiguravajući bezprekidački i bešetalački prijenos električne energije za svrhe bužoljanja.

Pilot bužolač je permanentni magnetni generator pogonjen vretenom. On ima rotirajuće permanente magnete fiksirane na vreteno i trofaznu stacionarnu armaturu. Ova armatura snabdjevaju glavno polje bužolača kroz silicijum diode, doprinoseći bužoljanju glavnog alternatora. Također, u drugoj konfiguraciji, pilot bužolač, još uvijek vreteno pogonjeni permanentni magnetni generator, koristi trofazni punovalni fazno kontrolirani tiristor most kako bi snabdjevao glavni bužolač.

Bešetalački sustav bužoljanja nudi nekoliko značajnih prednosti. Eliminiranjem korištenja komutatora, kolektora i setaljica, znatno smanjuje potrebu za održavanjem. Također ima vrlo kratku vremensku konstantu, s vremenom odgovora manjim od 0,1 sekunde. Ova kratak vremenska konstanta poboljšava dinamičko ponašanje sustava malim signali, omogućujući mu brži i precizniji odgovor na male elektromagnetske perturbacije. Također pojednostavljuje integraciju dodatnih signala stabilizacije mreže, koji su ključni za održavanje stabilnosti mreže.

Statički sustav bužoljanja

U statičkom sustavu bužoljanja, električna snabdevanja dolaze direktno od alternatora. To se postiže putem trofaznog zvijezda/delta spojenog step-down transformatora. Primarna ovojnica ovog transformatora povezana je s busom alternatora, dok sekundarna ovojnica služi mnogim funkcijama. Snabdjevaju diodu, koja pretvara izmjenični strujni tok u izravni strujni tok za svrhe bužoljanja. Također pruža električnu energiju kontrolnom krugu mreže i drugim poveznim električnim uređajima, osiguravajući glatko funkcioniranje cijelog sustava bužoljanja i kontrole.

Statički sustav bužoljanja ima impresivno kratko vreme odgovora, omogućujući mu da brzo reagira na promjene u električnim uvjetima. Ova brza reaktivnost, na svoj red, daje izvanredno dinamičko ponašanje, omogućujući sustavu da održava stabilan rad čak i pod varijabilnim opterećenjima i varijabilnim električnim zahtjevima.

Jedna od ključnih prednosti ovog sustava leži u njegovoj sposobnosti značajno smanjiti troškove rada. Otvaranjem tradicionalnih bužolača, eliminira gubitke ventilacije - energiju rasipa zbog trenja između pokretnih dijelova i okružujućeg zraka. Također, bez potrebe za redovitim održavanjem ovojnica bužolača, troškovi održavanja su značajno smanjeni. Ovi uštedni značajevi čine statički sustav bužoljanja ekonomski privlačnom opcijom za širok spektar primjena.