Anspänningsreglersystem

Anspänningsreglersystem

Definition

Ett anspänningsreglersystem är en viktig komponent i synkrona maskiner, vars uppgift är att tillföra den nödvändiga fälströmmen till rotorspolen. Med andra ord är det utformat för att generera magnetisk flöde genom att leda elektrisk ström genom fältspolen. Viktiga egenskaper som definierar ett idealiskt anspänningsreglersystem inkluderar oföränderlig pålitlighet i alla driftsituations, enkel kontrollmekanism, lätthet i underhåll, stabilitet och snabb övergångsrespons.

Mängden anspänning som krävs av en synkron maskin beror på flera faktorer, nämligen lastströmmen, lastens effektfaktor och maskinens rotationshastighet. Större lastströmmar, lägre hastigheter och försenade effektfaktorer kräver en högre nivå av anspänning inom systemet.

I ett anspänningsreglersystem har varje alternator vanligtvis sin egen spole, som fungerar som en generator. I ett centraliserat anspänningsreglersystem används två eller fler spoler för att tillföra energi till busshållare. Även om denna centraliserade metod är kostnadseffektiv kan ett fel i systemet ha en negativ inverkan på de alternatorer som drivs inom kraftverket.

Typer av Anspänningsreglersystem

Anspänningsreglersystemet kan huvudsakligen indelas i flera typer, med följande tre som de mest betydande: DC-anpsänningsreglersystem, AC-anspänningsreglersystem och statiskt anspänningsreglersystem. Dessutom finns det undergrupper som rotoranspänningsreglersystem och borstatfritt anspänningsreglersystem, vilka kommer att beskrivas i detalj nedan.

DC-anspänningsreglersystem

DC-anspänningsreglersystemet består av två spoler: en huvudspole och en pilotspole. Ett automatiskt spänningsregler (AVR) spelar en viktig roll i detta system genom att justera utmatningen från spolerna. Denna justering syftar till att exakt kontrollera utgående terminalspänningen hos alternatorn. Inmatningen från en strömförstärkare till AVR fungerar som en säkerhet, vilket garanterar att alternatorströmmen begränsas vid felvillkor.

När fältbrytaren är i öppen position är en fältdischarge-resistor ansluten över fältspolen. Givet den mycket induktiva naturen av fältspolen, är denna resistor nödvändig för att sluka den lagrade energin, vilket skyddar systemkomponenterna från potentiell skada på grund av inducerade spänningar.

DC-anspänningsreglersystem (fortsättning)

Både huvud- och pilotspoler kan drivas på två sätt: antingen direkt av huvudaxeln på den synkrona maskinen eller oberoende av en extern motor. Direkt-drivna spoler är ofta den föredragna valet. Detta beror på att de bevarar enhetens driftsystem integritet, vilket säkerställer att anspänningsprocessen inte påverkas av externa störningar.

Huvudspolen har normalt en spänningsklass på cirka 400 volt, och dess kapacitet är ungefär 0,5% av alternatorns kapacitet. I turbinalternatorer är dock problem med spoler relativt vanliga. De höga rotationshastigheterna bidrar till ökad slit och slitage, vilket gör spoler mer benägna att misslyckas. För att hantera detta installeras separat motordrivna spoler som reservenheter, redo att ta över i fall av någon defekt hos de primära spoler.

AC-anspänningsreglersystem

AC-anspänningsreglersystemet integrerar en alternator och en thyristorkonverteringsbro, båda direkt kopplade till huvudalternatoraxeln. Huvudspolen inom detta system kan fungera i två lägen: självanställning, där den genererar sitt eget magnetfält för att producera elektrisk utdata, eller separat anspänning, som beror på en extern strömkälla för att initiera anspänningsprocessen. AC-anspänningsreglersystemet kan ytterligare delas in i två distinkta kategorier, varav var och en har sina unika egenskaper, vilka kommer att utforskas i större detalj nedan.

Roterande thyristor-anspänningsreglersystem

Som illustrerat i den bifogade figuren, har roterande thyristor-anspänningsreglersystemet en tydligt definierad roterande sektion, markerad av en streckad linje. Detta system består av en AC-spole, en stationär fält och en roterande armatur. Utgången från AC-spolen undergår rektifiering genom en fullvågs thyristorkonverteringsbro. Denna konverterade likströmsutdata levereras sedan till fältspolen av huvudalternatorn, vilket möjliggör genereringen av det magnetiska fält som krävs för alternatorns drift.

I roterande thyristor-anspänningsreglersystemet drivs alternatorns fältspole också via en extra rektifieringskrets. Spolen kan etablera sin spänning genom att utnyttja sin restmagnetflöde. Strömförsörjningsenheten, tillsammans med rektifieringskontrollmekanismen, genererar exakt kontrollerade utlösarsignaler. I automatiska driftläge jämförs alternatorspänningssignalen först med den operatorbestämda spänningsjusteringsvärdet. Å andra sidan, i manuellt driftläge, jämförs alternatorns anspänningsström med en separat, manuellt justerad spänningreferens.

Borstatfritt anspänningsreglersystem

Det borstatfria anspänningsreglersystemet visas i figuren nedan, med dess roterande komponenter tydligt inneslutna inom en streckad linjerectangel. Detta sofistikerade system består av en alternator, en rektifierare, en huvudspole och en permanentmagnetgenerator. Både huvud- och pilotspoler drivs av huvudaxeln på maskinen. Huvudspolen har en stationär fält och en roterande armatur. Utgången från den roterande armaturen är direkt ansluten, genom silikonrektifierare, till fältspolen av huvudalternatorn, vilket säkerställer en sömlös och borstatfri överföring av elektrisk energi för anspänningsändamål.

Pilotspolen är en axeldrivbar permanentmagnetgenerator. Den har roterande permanentmagneter fastsatta på axeln och en trefasig stationär armatur. Denna armatur levererar ström till huvudspolfältet via silikonrektifierare, vilket till slut bidrar till anspänningen av huvudalternatorn. Dessutom, i en annan konfiguration, använder pilotspolen, fortfarande en axeldrivbar permanentmagnetgenerator, trefasig fullvågs fasstyrd thyristorkonverteringsbroar för att matas huvudspolen.

Det borstatfria anspänningsreglersystemet erbjuder flera framstående fördelar. Genom att eliminera användningen av kommutatorer, kollektorer och borstar, minskar det underhållskraven betydligt. Det har också en mycket kort tidkonstant, med en respons tid på mindre än 0,1 sekunder. Denna korta tidkonstant förbättrar systemets dynamiska prestanda för små signaler, vilket möjliggör ett snabbare och mer korrekt svar på små elektriska störningar. Dessutom förenklar det integrationen av ytterligare stabiliserande signaler i strömförsörjningssystemet, vilket är viktigt för att bibehålla nätets stabilitet.

Statiskt anspänningsreglersystem

I det statiska anspänningsreglersystemet hämtas den elektriska strömförsörjningen direkt från alternatorn. Detta åstadkoms genom en trefasig stjärn/delta ansluten stegnedtransformator. Primärspolen av denna transformator är ansluten till alternatorbusshållaren, medan sekundärspolen har flera funktioner. Den levererar ström till rektifieraren, som konverterar växelströmmen till likström för anspänningsändamål. Dessutom levererar den elektrisk energi till nätets kontrollkrets och andra relaterade elektriska utrustningar, vilket säkerställer den sömlösa drift av hela anspännings- och kontrollsystemet.

Det statiska anspänningsreglersystemet har en imponerande kort responstid, vilket möjliggör ett snabbt svar på förändringar i elektriska villkor. Denna snabba respons, i sin tur, ger utmärkt dynamisk prestanda, vilket tillåter systemet att bibehålla stabil drift även under fluktuerande belastningar och varierande elektriska krav.

En av de viktigaste fördelarna med detta system ligger i dess förmåga att driva ner driftskostnaderna betydligt. Genom att avveckla traditionella spoler, elimineras vindagförluster—energin som slukas på grund av friktion mellan rörliga delar och omgivande luft. Dessutom, utan behovet av regelbundet underhåll av spolevindningar, minskas underhållskostnader betydligt. Dessa kostnadsbesparande egenskaper gör det statiska anspänningsreglersystemet till en ekonomiskt attraktiv alternativ för en mängd olika tillämpningar.