Sistemi za pobudu

Sistemi za pobudu

Definicija

Sistem za pobudu je ključni komponent sinhronih mašina, zadužen za snabdevanje potrebnim strujnim tokom rotorne osevine. Na jednostavan način, dizajniran je da generiše magnetnu fluksiju prolaženjem električnog toka kroz osnovnu osevinu. Ključne karakteristike koje definišu idealan sistem za pobudu uključuju nepromenljivu pouzdanost u svim operativnim situacijama, jednostavne mehanizme kontrole, lakštu održavanje, stabilnost i brzu transijentnu reakciju.

Intenzitet pobude koji je potreban sinhronoj mašini zavisi od mnogo faktora, uključujući strujni tok opterećenja, faktor moći opterećenja i rotacionu brzinu mašine. Veći strujni tokovi opterećenja, niže brzine i lagajući faktori moći zahtevaju veći nivo pobude unutar sistema.

U sistemu za pobudu, svaki alternator obično ima svoj vlastiti pobudnik, koji funkcioniše kao generator. U centralizovanom sistemu za pobudu, koriste se dva ili više pobudnika kako bi se snabdevala bus - bara. Dok je ovaj centralizovani pristup ekonomičan, greška unutar sistema može imati štetan uticaj na alternatore koji rade u elektrane.

Tipovi sistema za pobudu

Sistem za pobudu se može uglavnom kategorisati u nekoliko tipova, sa sledeća tri kao najznačajniji: DC Sistem za pobudu, AC Sistem za pobudu i Statički sistem za pobudu. Pored toga, postoje podtipovi poput Rotor Sistema za pobudu i Bezčetkastog Sistema za pobudu, koji će biti detaljnije objašnjeni ispod.

DC Sistem za pobudu

DC sistem za pobudu uključuje dva pobudnika: glavni pobudnik i pilot pobudnik. Automatski regulator napona (AVR) igra ključnu ulogu u ovom sistemu podesanjem izlaza pobudnika. Ovo podešavanje je namenjeno preciznom kontrolisanju izlaznog terminalnog napona alternatora. Ulaz iz transformatora struje u AVR služi kao zaštita, obezbeđujući da je struja alternatora ograničena u uslovima greške.

Kada je prekidnik polja u otvorenom položaju, otpornik za ispunjavanje polja povezan je preko osnovne osevine. Uzimajući u obzir visoko induktivnu prirodu osnovne osevine, ovaj otpornik je neophodan za disipiranje akumulirane energije, time štiti komponente sistema od moguće oštećenja zbog indukovanih napona.

DC Sistem za pobudu (Nastavak)

Oboje, glavni i pilot pobudnici, mogu biti snabdijevani na dva načina: ili direktno od glavnog stuba sinhronog uređaja ili nezavisno od spoljnog motora. Direktno pokrenuti pobudnici su često preferirani izbor. To je zato što održavaju integritet operativnog sistema jedinice, osiguravajući da proces pobude ostane nepridružen vanjskim prekidnicima.

Glavni pobudnik obično ima nominalni napon oko 400 volti, a njegova kapacitet je približno 0,5% kapaciteta alternatora. Međutim, u turboalternatorima, problemi sa pobudnicima su relativno česti. Visoke rotacijske brzine ovih mašina doprinose povećanoj istrošenosti, čime se pobudnici čine više podložni kvarovima. Da bi se to rešilo, instalirani su posebno motor-pokrenuti pobudnici kao rezervne jedinice, spremani da preuzmu u slučaju bilo kakvog kvara primarnih pobudnika.

AC Sistem za pobudu

AC sistem za pobudu integriše alternator i tiristorov most rectifikacije, oba direktno spojena na glavni stub alternatora. Glavni pobudnik u ovom sistemu može raditi u dva režima: samopobuda, gde generiše svoje magnetno polje kako bi proizveo električni izlaz, ili odvojena pobuda, koja se oslanja na spoljni izvor struje kako bi započela proces pobude. AC sistem za pobudu može biti dalje podeljen u dve različite kategorije, svaka sa svojim unikatnim karakteristikama, koje će biti detaljnije istražene ispod.

Rotirajući tiristorov sistem za pobudu

Kao što je prikazano na priloženoj slici, rotirajući tiristorov sistem za pobudu ima dobro definisanu rotirajuću sekciju, označenu crtam linijom. Ovaj sistem uključuje AC pobudnik, stacionarno polje i rotirajuću armaturu. Izlaz iz AC pobudnika se pretvara putem full-wave tiristorovog mosta rectifikacije. Ovaj konvertovan izlaz strujnog toka se zatim snabdeva polju osnovne osevine glavnog alternatora, omogućujući generisanje magnetnog polja potrebnog za rad alternatora.

U rotirajućem tiristorovom sistemu za pobudu, polje alternatora takođe se snabdeva putem dodatnog mosta rectifikacije. Pobudnik može postaviti svoj napon koristeći ostatak magnetne fluksije. Jedinica za snabdevanje strujom, zajedno sa mehanizmom kontrole rectifikacije, generiše precizno kontrolisane signale za paliću. U automatskom režimu rada, signal napona alternatora se prvo prosekuje, a zatim direktno se upoređuje sa postavljenom vrednošću prilagođavanja napona. Suprotno tome, u ručnom režimu rada, strujni tok pobude alternatora se upoređuje sa odvojeno, ručno postavljenoj referentnoj vrednosti napona.

Bezčetkasti sistem za pobudu

Bezčetkasti sistem za pobudu je prikazan na donjoj slici, sa svojim rotirajućim komponentama jasno okruženim crtam linijom. Ovaj sofisticirani sistem uključuje alternator, rectifikator, glavni pobudnik i permanentni magnetni generator alternator. Obje, glavni i pilot pobudnici, pokreću se od glavnog stuba mašine. Glavni pobudnik ima stacionarno polje i rotirajuću armaturu. Izlaz rotirajuće armature direktno je povezan, preko silikonovih rectifikatora, sa poljem osnovne osevine glavnog alternatora, obezbeđujući bezčetkast prenos električne energije za potrebe pobude.

Pilot pobudnik je permanentni magnetni generator pokretan stubom. Ima rotirajuće permanente magnetne čvrste na stubu i trofaznu stacionarnu armaturu. Ova armatura snabdeva polje glavnog pobudnika preko silikonovih rectifikatora, konačno doprinoseći pobudi glavnog alternatora. Takođe, u drugoj konfiguraciji, pilot pobudnik, još uvijek pokretan stubom s permanentnim magnetnim generatorom, koristi trofazni full-wave fazno kontrolisane tiristorove mostove kako bi hranio glavni pobudnik.

Bezčetkasti sistem za pobudu nudi nekoliko značajnih prednosti. Eliminirajući korišćenje komutatora, sakupljača i četkica, znatno smanjuje potrebu za održavanjem. Takođe, ima vrlo kratku vremensku konstantu, sa vremenom odziva manjim od 0,1 sekunde. Ova kratak vremenski konstanta poboljšava dinamički performanse mali-signal, omogućavajući brži i tačniji odgovor na male električne perturbacije. Takođe, pojednostavljuje integraciju dodatnih signala za stabilizaciju sistema snabdevanja, koji su ključni za održavanje stabilnosti mreže.

Statički sistem za pobudu

U statičkom sistemu za pobudu, električna snabdevanja dolazi direktno od alternatora. To se postiže kroz trofazni zvezda/delta povezani step-down transformator. Primarna osevina ovog transformatora je povezana sa bus-om alternatora, dok sekundarna osevina služi mnogo funkcija. Snabdeva strujom rectifikator, koji pretvara strujni tok u strujni tok za potrebe pobude. Takođe, snabdeva električnom energijom kontrolni krug mreže i druge povezane električne opreme, osiguravajući neprekidan rad celog sistema za pobudu i kontrole.

Statički sistem za pobudu poseduje impresivno kratko vreme odziva, omogućavajući mu da brzo reaguje na promene u električnim uslovima. Ova brza reaktivnost, na svoju stranu, daje izvanredne dinamičke performanse, omogućavajući sistemu da održava stabilan rad čak i pod fluktuirajućim opterećenjima i varirajućim električnim zahtevima.

Jedna od ključnih prednosti ovog sistema leži u njegovoj sposobnosti da značajno smanji troškove rada. Otvarajući tradicionalne pobudnike, eliminira se gubitci ventilacije – energija koja se disipa zbog trenja između pokretnih delova i okružujućeg zraka. Takođe, bez potrebe za redovnim održavanjem osevina pobudnika, troškovi održavanja su značajno smanjeni. Ove karakteristike koje smanjuju troškove čine statički sistem za pobudu ekonomski privlačnom opcijom za širok spektar primena.