Системы возбуждения генераторов

Магнитное поле ротора, необходимое для создания ЭДС обмотки статора, создаётся постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения. Для питания обмотки возбуждения предназначена система возбуждения, включающая непосредственно обмотку возбуждения, источник постоянного тока, регулирующие и коммутирующие устройства.

Требования к системе возбуждения:

1) надёжное питание постоянным током обмотки возбуждения в любых режимах, в т.ч. и при авариях, обеспечение номинальных напряжения возбуждения 𝑈_{в ном} и тока возбуждения 𝐼_{в ном}, при которых генератор выдаёт 𝑆_{г ном}; номинальная мощность возбуждения обычно составляет: 𝑃_{в ном} = (0,2 − 0,6)% ∙ 𝑃_{г ном}.

2) регулирование тока возбуждения 𝐼в при изменении нагрузки генератора и при авариях в системе;

3) быстродействующая форсировка возбуждения при резком снижении напряжения на выводах статора генератора; форсировочную способность и быстродействие системы возбуждения в процессе форсировки напряжения при авариях в энергосистеме характеризуют:

кратность форсировки: 𝑘_ф = 𝑈_{в макс}/𝑈_{в ном},

скорость нарастания напряжения возбудителя: 𝑉_в = 0,632 ∙ (𝑈_{в макс} − 𝑈_{в ном})/𝑈_{в ном} ∙ 𝑇_н ,

где 𝑈_{в макс} – максимальное напряжение возбуждения, 𝑇_н – время нарастания напряжения возбуждения от 𝑈_{в ном} до значения 𝑈_{в ном} + 0,632 ∙ (𝑈_{в макс} − 𝑈_{в ном});

к возбудителям предъявляются требования: 𝑘_ф ≥ 2, 𝑉_в ≥ 2 1/c (или ещё пишут 𝑉_в ≥ 2𝑈_{в ном} 1/c).

4) быстрое гашение поля возбуждения, например, при отключении генератора от сети.

В зависимости от источника энергии, питающего обмотку возбуждения, применяются следующие типы систем возбуждения:

- электромашинная система возбуждения с возбудителем постоянного тока;

- высокочастотная система возбуждения (высокочастотный генератор и диодный выпрямитель);

- тиристорная система возбуждения независимая; (генератор переменного тока и тиристорный выпрямитель)

- тиристорная система возбуждения зависимая (напряжение со статора прогоняют через тиристорный выпрямитель);

- бесщёточная система возбуждения (генератор переменного тока и диодный выпрямитель).

1) Электромашинная система возбуждения с возбудителем постоянного тока (рис. 3.3).

Источник энергии – возбудитель (В) – генератор постоянного тока, установленный на валу главного генератора (Г) и соединений непосредственно с его обмоткой возбуждения (ОВГ). Обмотка возбуждения возбудителя (ОВВ) выполнена последовательно с ОВГ и питается от самого возбудителя (схема самовозбуждения возбудителя). В случае колебания напряжения в сети или изменении нагрузки, при внешних коротких замыканиях регулирование возбуждения осуществляется через автоматический регулятор возбуждения (АРВ) путём изменения постоянного тока в обмотке возбуждения возбудителя (ОВВ). Например, при просадке напряжения на выводах Г действие АРВ увеличивает ток в ОВВ, что приводит к увеличению напряжения возбуждения и тока в ОВГ, вследствие чего увеличивается ЭДС и напряжение на трёхфазной обмотке статора.

Схема содержит небольшое количество оборудования, проста, экономична, надёжна, так как электрически не связана с электрической сетью. Но из-за наличия контактных колец (КК) и щёток надёжность её снижается. Недостатком является и то, что схема не может быть использована для мощных генераторов. Электрические соединение В и ОВГ осуществляется с помощью контактных колец и щёток. По условиям надёжной коммутации токов предельная мощность возбудителя постоянного тока при частоте 3000 об/мин составляет до 500 кВт, что соответствует мощности генератора порядка 100-160 МВт. Это можно пояснить на примере: приняв 𝑃_{в ном} = 500 кВт и 𝑃_{в ном} = 0,5%𝑃г ном, получим 𝑃_{г ном} = 500кВт/0,005 = 100 МВт.

Параметры электромашинной системы возбуждения: 𝑉_в = 2 1/с, 𝑘_ф = 2.