격려 시스템

분극 시스템

정의

분극 시스템은 동기 기계의 중요한 구성 요소로, 로터 와인딩에 필요한 필드 전류를 공급하는 역할을 합니다. 간단히 말해, 분극 시스템은 필드 와인딩을 통해 전류를 통과시켜 자기 유도를 생성하도록 설계되었습니다. 이상적인 분극 시스템을 정의하는 주요 특성에는 모든 운영 상황에서 변함없는 신뢰성, 간단한 제어 메커니즘, 유지 관리 용이성, 안정성, 그리고 빠른 일시적 응답이 포함됩니다.

동기 기계가 요구하는 분극의 크기는 부하 전류, 부하 전력 인자, 기계의 회전 속도 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 더 큰 부하 전류, 낮은 속도, 지연된 전력 인자는 시스템 내에서 더 높은 수준의 분극을 필요로 합니다.

분극 설정에서는 일반적으로 각 발전기가 자체 분극기를 갖추고 있으며, 이 분극기는 발전기로서 작동합니다. 중앙 집중식 분극 시스템에서는 두 개 이상의 분극기가 버스바에 전력을 공급하기 위해 사용됩니다. 이러한 중앙 집중식 접근 방식은 비용 효율적이지만, 시스템 내에서 장애가 발생하면 발전소 내의 발전기에 악영향을 미칠 수 있습니다.

분극 시스템의 종류

분극 시스템은 주로 세 가지 유형으로 구분되며, 다음의 세 가지가 가장 중요합니다: DC 분극 시스템, AC 분극 시스템, 정류기 분극 시스템입니다. 또한, 로터 분극 시스템과 브러시리스 분극 시스템과 같은 하위 유형이 있으며, 아래에서 자세히 설명하겠습니다.

DC 분극 시스템

DC 분극 시스템은 주 분극기와 조종 분극기 두 개의 분극기를 포함하고 있습니다. 자동 전압 조절기(AVR)는 이 시스템에서 중요한 역할을 수행하며, 분극기의 출력을 조정하여 발전기의 출력 단자 전압을 정확하게 제어합니다. 전류 변환기로부터 AVR로의 입력은 고장 상황에서 발전기 전류가 제한되도록 보호합니다.

필드 브레이커가 열린 상태일 때, 필드 방전 저항이 필드 와인딩에 연결됩니다. 필드 와인딩의 매우 유도적인 성질 때문에, 이 저항은 저장된 에너지를 소산시키는 데 필수적이며, 유도 전압으로 인한 시스템 구성 요소의 손상을 방지합니다.

DC 분극 시스템 (계속)

주 분극기와 조종 분극기는 두 가지 방법으로 전력을 공급받을 수 있습니다: 동기 기계의 주 축에 직접 연결되거나 외부 모터에 독립적으로 연결될 수 있습니다. 직접 구동되는 분극기는 외부 교란에 영향을 받지 않으므로, 단위의 운영 시스템의 무결성을 유지하는 데 선호됩니다.

주 분극기는 일반적으로 약 400볼트의 전압 등급을 가지며, 그 용량은 발전기 용량의 약 0.5%입니다. 그러나 터보 발전기에서는 분극기 문제가 비교적 흔합니다. 이러한 기계의 높은 회전 속도는 마모를 증가시켜 분극기가 고장되기 쉽습니다. 이를 해결하기 위해 별도의 모터 구동 분극기가 대기 상태로 설치되어, 주 분극기의 고장 시 대체할 준비가 되어 있습니다.

AC 분극 시스템

AC 분극 시스템은 발전기와 트라이아코드 정류기 브리지를 통합하며, 이들은 모두 주 발전기 축에 직접 연결됩니다. 이 시스템의 주 분극기는 두 가지 모드로 작동할 수 있습니다: 자기 자기장을 생성하여 전기 출력을 생산하는 자기 분극 모드 또는 외부 전원을 사용하여 분극 과정을 시작하는 별도 분극 모드입니다. AC 분극 시스템은 다음과 같이 두 가지 서로 다른 범주로 나눌 수 있으며, 각각의 고유한 특징은 아래에서 더 자세히 탐색할 것입니다.

회전식 트라이아코드 분극 시스템

첨부된 도면에서 볼 수 있듯이, 회전식 트라이아코드 분극 시스템은 점선으로 구분된 명확한 회전 섹션을 특징으로 합니다. 이 시스템은 AC 분극기, 정지 필드, 및 회전 아머를 포함합니다. AC 분극기의 출력은 전체 파 트라이아코드 브리지 정류기 회로를 통해 정류됩니다. 이로 변환된 직류 출력은 주 발전기의 필드 와인딩에 공급되어 발전기 작동에 필요한 자기장을 생성합니다.

회전식 트라이아코드 분극 시스템에서 발전기의 필드 와인딩은 추가적인 정류기 회로를 통해 전력을 공급받습니다. 분극기는 잔류 자기장을 활용하여 전압을 설정할 수 있습니다. 전원 공급 장치와 정류기 제어 메커니즘은 정밀하게 제어된 트리거 신호를 생성합니다. 자동 작동 모드에서는 발전기 전압 신호가 평균화되고, 이를 운전자가 설정한 전압 조정 값과 직접 비교합니다. 반면, 수동 작동 모드에서는 발전기의 분극 전류가 별도로 수동으로 조정된 전압 참조값과 비교됩니다.

브러시리스 분극 시스템

브러시리스 분극 시스템은 아래 도면에서 보여지며, 회전 구성 요소는 점선 사각형으로 명확히 표시되어 있습니다. 이 고급 시스템은 발전기, 정류기, 주 분극기, 및 영구 자석 발전기 발전기를 포함합니다. 주 분극기와 조종 분극기는 기계의 주 축에 의해 구동됩니다. 주 분극기는 정지 필드와 회전 아머를 갖추고 있으며, 회전 아머의 출력은 실리콘 정류기를 통해 주 발전기의 필드 와인딩에 직접 연결되어, 브러시 없는 전력 전송을 보장합니다.

조종 분극기는 주축 구동 영구 자석 발전기입니다. 이는 회전 영구 자석이 축에 부착되어 있고, 3상 정지 아머를 갖추고 있습니다. 이 아머는 실리콘 정류기를 통해 주 분극기 필드에 전력을 공급하여 주 발전기의 분극에 기여합니다. 또한, 다른 구성에서는 조종 분극기가 여전히 주축 구동 영구 자석 발전기로, 3상 전체 파 위상 제어 트라이아코드 브리지를 통해 주 분극기에 전력을 공급합니다.

브러시리스 분극 시스템은 몇 가지 주목할 만한 장점을 제공합니다. 콜렉터, 브러시, 컬렉터를 제거함으로써 유지 보수 요구 사항을 크게 줄입니다. 또한 시간 상수가 매우 짧아 0.1초 미만의 응답 시간을 가지며, 이는 시스템의 작은 신호 동적 성능을 향상시킵니다. 이를 통해 시스템은 작은 전기 교란에 더욱 신속하고 정확하게 반응할 수 있습니다. 또한, 그리드 안정성을 유지하는 데 중요한 보조 전력 시스템 안정화 신호의 통합을 단순화합니다.

정류기 분극 시스템

정류기 분극 시스템에서는 전력 공급이 발전기로부터 직접 유래합니다. 이는 3상 스타/델타 연결 스텝다운 변압기를 통해 이루어집니다. 이 변압기의 일차 권선은 발전기 버스에 연결되며, 이차 권선은 여러 기능을 수행합니다. 이차 권선은 정류기에 전력을 공급하여 교류를 직류로 변환하여 분극 목적으로 사용합니다. 또한, 그리드 제어 회로 및 기타 관련 전기 장비에 전기 에너지를 제공하여 전체 분극 및 제어 시스템의 원활한 작동을 보장합니다.

정류기 분극 시스템은 매우 짧은 응답 시간을 가지고 있어 전기 조건의 변화에 신속하게 반응할 수 있습니다. 이 빠른 응답성은 시스템이 변동하는 부하와 다양한 전기 요구 사항에서도 안정적인 작동을 유지할 수 있도록 합니다.

이 시스템의 주요 장점 중 하나는 운영 비용을 크게 줄이는 능력입니다. 전통적인 분극기를 없앤 덕분에, 이동 부품과 주변 공기 사이의 마찰로 인한 에너지 소산인 윤곽 손실을 제거합니다. 또한, 분극기 와인딩의 정기적인 유지 보수 필요성이 없어져 유지 보수 비용이 크게 감소합니다. 이러한 비용 절감 기능은 정류기 분극 시스템을 다양한 응용 분야에서 경제적으로 매력적인 옵션으로 만듭니다.