Automatischer Spannungsregler

Automatischer Spannungsregler

Der automatische Spannungsregler (AVR) ist ein wesentlicher Geräte, der entwickelt wurde, um Spannungsniveaus zu regulieren. Er übernimmt wechselnde Spannungen und wandelt sie in eine stabile, konstante Spannung um. Spannungsschwankungen treten hauptsächlich aufgrund von Schwankungen in der Belastung des Versorgungssystems auf. Solche Spannungsschwankungen können den Geräten im Stromsystem schaden, indem sie Fehlfunktionen oder sogar dauerhafte Schäden verursachen.

Um diese Spannungsschwankungen zu kontrollieren, kann Spannungssteuerausrüstung an mehreren Schlüsselpositionen im Stromsystem installiert werden, wie in der Nähe von Transformatoren, Generatoren und Leitern. Tatsächlich werden Spannungsregler oft an mehr als einem Punkt im Stromsystem eingesetzt, um Spannungsschwankungen effektiv zu managen.

Spannungssteuerung in Gleich- und Wechselstromsystemen

• Gleichstromversorgungssystem: In einem Gleichstromversorgungssystem können bei gleich langen Leitern überverdichtete Generatoren zur Steuerung der Spannung verwendet werden. Für Leiter unterschiedlicher Länge wird jedoch ein Leiter-Booster eingesetzt, um an jedem Leiterende eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten.

• Wechselstromsystem: In einem Wechselstromsystem kann die Spannungssteuerung durch verschiedene Methoden erreicht werden. Dazu gehören der Einsatz von Booster-Transformatoren, Induktionsreglern und Shunt-Kondensatoren. Jede Methode hat ihre eigenen Vorteile und wird basierend auf den spezifischen Anforderungen des Stromsystems ausgewählt.

Funktionsprinzip des Spannungsreglers

Der Spannungsregler arbeitet nach dem Prinzip der Fehlererkennung. Zunächst wird die Ausgangsspannung eines Wechselstromgenerators über einen Spannungswandler erfasst. Diese Spannung wird dann geglättet und gefiltert, bevor sie mit einer Referenzspannung verglichen wird. Der Unterschied zwischen der tatsächlichen und der Referenzspannung wird als Fehlerspannung bezeichnet. Diese Fehlerspannung wird von einem Verstärker verstärkt und anschließend entweder dem Haupt- oder Pilotanreger zugeführt. Durch die Anpassung der Anregung basierend auf dieser verstärkten Fehlerspannung regelt und stabilisiert der Spannungsregler die Ausgangsspannung des Generators, wodurch eine konsistente und zuverlässige Stromversorgung gewährleistet wird.

Dadurch regeln die verstärkten Fehlersignale die Anregung des Haupt- oder Pilotanregers über ein Buck- oder Boost-Mechanismus. Dies steuert wiederum die Spannungsschwankungen. Durch die Steuerung des Anreger-Ausgangs wird die Endspannung des Hauptwechselstromgenerators effektiv geregelt.

Anwendungen des automatischen Spannungsreglers

Der automatische Spannungsregler (AVR) erfüllt mehrere wichtige Funktionen:

• Spannungssteuerung und Stabilitätserhöhung: Er hält die Spannung des Stromsystems innerhalb akzeptabler Grenzen und ermöglicht es, dass die Maschine näher an der Grenze des stationären Stabilitätsbereichs betrieben werden kann. Dies gewährleistet eine zuverlässige Stromversorgung und verhindert spannungsbasierte Instabilitäten im System.

• Reaktive Lastverteilung: Wenn mehrere Wechselstromgeneratoren parallel betrieben werden, spielt der AVR eine Schlüsselrolle bei der Verteilung der reaktiven Last unter ihnen. Dies hilft, die Leistung der parallel betriebenen Wechselstromgeneratoren zu optimieren und den Gesamtleistungsfaktor des Systems aufrechtzuerhalten.

• Überspannungsminderung: Der AVR ist effektiv bei der Reduzierung von Überspannungen, die durch plötzliches Lastabwurf im System auftreten. Durch schnelle Anpassung der Anregung verhindert er, dass die Spannung zu stark ansteigt und elektrische Ausrüstung beschädigt.

• Anreger-Anpassung bei Fehlern: Unter Fehlbedingungen erhöht der AVR die Anregung des Systems. Dies stellt sicher, dass während der Beseitigung des Fehlers die maximale Synchronisierleistung verfügbar ist, was eine glattere Wiederherstellung des Systems ermöglicht.

• Lastfolgende Anregersteuerung: Bei plötzlichen Laständerungen am Wechselstromgenerator passt der AVR das Anreger-System an. Er stellt sicher, dass der Generator auch unter den neuen Lastbedingungen die gleiche Spannung liefert. Der AVR erreicht dies, indem er das Anreger-Feld steuert, die Anreger-Ausgangsspannung und den Feldstrom modifiziert. Bei starken Spannungsschwankungen reagiert der Standard-AVR möglicherweise nicht schnell genug.

Schnellwirkende Spannungsregler

Um eine schnellere Reaktion zu erzielen, werden schnellwirkende Spannungsregler auf Basis des Prinzips des Übersteuerung und Korrektur eingesetzt. Nach diesem Prinzip wird, wenn die Last zunimmt, auch die Anregung des Systems erhöht. Aber bevor die Spannung den Wert erreicht, der der erhöhten Anregung entspricht, verringert der Regler die Anregung auf das angemessene Niveau. Dieses Übersteuerungs- und Korrekturmechanismus ermöglicht eine schnellere und präzisere Anpassung der Spannung und verbessert die Leistung des Stromsystems bei dynamischen Laständerungen.