Anspenningsystem
Spenningsoppbyggende system
Definisjon
Et spenningsoppbyggende system er en viktig komponent i synkronmaskiner, med ansvar for å levere det nødvendige feltstrømmen til rotorvindingen. Kort sagt, er det designet for å generere magnetisk flukst ved å føre elektrisk strøm gjennom feltvindingen. Nøkkelsider som definerer et ideelt spenningsoppbyggende system inkluderer ubetinget pålitelighet i alle driftssituasjoner, enkle kontrollmekanismer, enkel vedlikehold, stabilitет и быстрый переходный отклик.
Mengden spenningsoppbygging som kreves av en synkronmaskin, avhenger av flere faktorer, nemlig belastningsstrøm, belastnings effektfaktor og maskinens rotasjonshastighet. Større belastningsstrøm, lavere hastigheter og høyere effektfaktor krever en høyere nivå av spenningsoppbygging i systemet.
I et spenningsoppbyggende oppsett har hver alternator vanligvis sin egen spenningsoppbygger, som fungerer som en generator. I et sentralt spenningsoppbyggende system brukes to eller flere spenningsoppbyggere for å forsyne bus - bar med strøm. Selv om denne sentrale tilnærmingen er kostnadseffektiv, kan en feil i systemet ha en skadelig innvirkning på alternatorer som opererer i kraftverket.
Typer spenningsoppbyggende system
Spenningsoppbyggende system kan hovedsakelig deles inn i flere typer, hvor de tre mest betydningsfulle er: DC Spenningsoppbyggende System, AC Spenningsoppbyggende System, og Statisk Spenningsoppbyggende System. I tillegg er det undergrupper som Rotor Spenningsoppbyggende System og Penselbrent Spenningsoppbyggende System, som vil bli utdypet nedenfor.
DC Spenningsoppbyggende System
DC spenningsoppbyggende system består av to spenningsoppbyggere: en hovedspenningsoppbygger og en pilotspenningsoppbygger. En automatisk spenningregulator (AVR) spiller en sentral rolle i dette systemet ved å justere utgangen fra spenningsoppbyggerne. Denne justeringen har som mål å presist kontrollere utgangsterminalspenningen på alternatoren. Inndata fra en strømtransformator til AVR fungerer som en sikkerhet, som sikrer at alternatorstrømmen begrenses under feilsituasjoner.
Når feltsparkeren er i åpen posisjon, kobles en feltdempningsmotstand over feltvindingen. Gitt den høy gradvis induktive natur til feltvindingen, er denne motstanden essensiell for å dissipere den lagrede energien, dermed beskytte systemkomponentene mot potensiell skade på grunn av induerte spenninger.
DC Spenningsoppbyggende System (Fortsettelse)
Både hoved- og pilotspenningsoppbyggere kan drive på to måter: enten direkte av hovedakselen til synkronmaskinen eller uavhengig av en ekstern motor. Direkte drevne spenningsoppbyggere er ofte foretrukket valg. Dette er fordi de beholder integriteten i enhetens driftssystem, og sikrer at spenningsoppbyggingsprosessen forbli uforandret av eksterne forstyrrelser.
Hovedspenningsoppbyggeren har typisk en spenningsklasse på omtrent 400 volt, og dens kapasitet er omtrent 0.5% av alternatorens kapasitet. I turbogeneratører er imidlertid problemer med spenningsoppbyggere relativt vanlige. De høye rotasjonshastighetene til disse maskinene bidrar til økt slitasje, noe som gjør spenningsoppbyggerne mer utsatt for mislykkelser. For å løse dette, installeres separat motor-drevne spenningsoppbyggere som reservenheter, klar til å overtas i tilfelle noen mislykkelser hos de primære spenningsoppbyggerne.
AC Spenningsoppbyggende System
AC spenningsoppbyggende system integrerer en alternator og en thyristor rektifierbro, som er direkte koblet til hovedalternatorakselen. Hovedspenningsoppbyggeren i dette systemet kan operere i to moduser: selvoppspenningsmodus, der den genererer sitt eget magnetfelt for å produsere elektrisk utdata, eller separat spenningsoppbygging, som baserer seg på en ekstern strømkilde for å initiere spenningsoppbyggingsprosessen. AC spenningsoppbyggende system kan videre deles inn i to distinkte kategorier, hver med sine unike egenskaper, som vil bli utforsket nærmere nedenfor.
Roterende Thyristor Spenningsoppbyggende System
Som illustrert i den vedlagte figuren, inneholder roterende thyristor spenningsoppbyggende system et klart definert roterende seksjon, markert med en stiplede linje. Dette systemet består av en AC spenningsoppbygger, en stasjonær felt og en roterende armatur. Utdata fra AC spenningsoppbyggeren undergår rektifisering gjennom en fullbølge thyristor bro rektifierkrets. Denne konverterte direktestrømsutdata leveres deretter til feltvindingen til hovedalternatoren, som muliggjør genereringen av det magnetiske feltet som er nødvendig for alternatorens drift.
I roterende thyristor spenningsoppbyggende system er alternatorens feltvinding også forsynet med en ekstra rektifierkrets. Spenningsoppbyggeren kan etablere sin spenning ved å utnytte sin residual magnetflukst. Strømforsyningen, sammen med rektifierkontrollmekanismen, genererer nøyaktig kontrollerte utløsendesignaler. I automatiske driftsmoduser sammenlignes alternatorspenningssignalet først gjennomsnittlig og deretter direkte med operatørens innstilte spenningsjusteringsverdi. Omvendt, i manuell driftsmodus, sammenlignes alternatorens spenningsoppbyggingsstrøm mot en separat, manuelt justert spenningsreferanse.
Penselbrent Spenningsoppbyggende System
Penselbrent spenningsoppbyggende system er vist i figuren nedenfor, med dets roterende komponenter klart innekapslet i et stiplede linjer rektangel. Dette sofistikerte systemet inneholder en alternator, en rektifier, en hovedspenningsoppbygger og en permanent magnetgenerator alternator. Både hoved- og pilotspenningsoppbyggere drives av hovedakselen til maskinen. Hovedspenningsoppbyggeren har et stasjonært felt og en roterende armatur. Utdata fra roterende armaturen er direkte koblet, gjennom silisiumrektifikatorer, til feltvindingen til hovedalternatoren, som sikrer en seamless og penselbrent overføring av elektrisk strøm for spenningsoppbyggingsformål.
Pilotspenningsoppbyggeren er en akseldrevet permanent magnetgenerator. Den har roterende permanente magneter festet til aksen og en trefase stasjonær armatur. Denne armaturen forsyner hovedspenningsoppbyggerfeltet med strøm via silisiumrektifikatorer, som bidrar til spenningsoppbyggingen av hovedalternatoren. I tillegg, i en annen konfigurasjon, bruker pilotspenningsoppbyggeren, som fremdeles er en akseldrevet permanent magnetgenerator, trefase fullbølge fasekontrollerte thyristorbroer for å forsyne hovedspenningsoppbyggeren.
Penselbrent spenningsoppbyggende system tilbyr flere merknadsverdige fordeler. Ved å eliminere bruk av kommutatorer, kollektor og pensler, reduserer det signifikant vedlikeholdsbehov. Det har også en veldig kort tidkonstant, med en respons tid på mindre enn 0.1 sekunder. Denne korte tidkonstanten forbedrer systemets småsignal dynamiske ytelse, som lar det reagere raskere og mer nøyaktig på mindre elektriske forstyrrelser. I tillegg forenkler det integreringen av supplementære kraftsystem stabiliserende signaler, som er viktige for å opprettholde nettstabilitet.
Statisk Spenningsoppbyggende System
I statisk spenningsoppbyggende system hentes elektrisk strøm direkte fra alternatoren. Dette oppnås gjennom en trefase stjerne/delta koblet nedtrappetransformator. Primærspolen til denne transformator kobles til alternatorbus, mens sekundærspolen har flere funksjoner. Den forsyner rektifieren, som konverterer alternerende strøm til direkte strøm for spenningsoppbyggingsformål. I tillegg gir den elektrisk energi til nettstyringssirkelen og andre tilknyttede elektriske utstyr, for å sikre en seamless drift av hele spenningsoppbyggings- og kontrollsystemet.
Statisk spenningsoppbyggende system har en imponerende kort responstid, som lar det reagere raskt på endringer i elektriske forhold. Denne raske responsiviteten gir igjen utmerket dynamisk ytelse, som lar systemet opprettholde stabil drift selv under fluktuering belastninger og varierende elektriske behov.
En av de viktigste fordeler med dette systemet ligger i dets evne til å redusere driftskostnader betydelig. Ved å fjerne tradisjonelle spenningsoppbyggere, eliminerer det vindasje tap—energien som dissiperes på grunn av friksjon mellom bevegelige deler og omgivende luft. I tillegg, uten behov for regelmessig vedlikehold av spenningsoppbyggervindinger, reduseres vedlikeholdsutgifter betydelig. Disse kostnadsbesparende funksjonene gjør statisk spenningsoppbyggende system til en økonomisk attraktiv alternativ for en rekke anvendelser.
