Принцип работы возбудитель генератора – Возбудитель электрических машин — это… Что такое Возбудитель электрических машин?

Возбуждение синхронных генераторов



Обмотки роторов синхронных генераторов получают питание от специальных источников постоянного тока, называемых возбудителями.

Мощность возбудителей составляет 0,3-1% мощности генератора, а номинальное напряжение — от 100 до 650 В. Чем мощнее генератор, тем обычно больше номинальное напряжение возбуждения.

Современные схемы возбуждения кроме возбудителя содержат большое количество вспомогательного оборудования. Совокупность возбудителя, вспомогательных и регулирующих устройств принято называть системой возбуждения.

Электрическое соединение возбудителя с обмоткой ротора генератора выполняется преимущественно при помощи контактных колец и щеток. Созданы и применяются бесщеточные системы возбуждения.

Системы возбуждения должны быть надежными и экономичными, допускать регулирование тока возбуждения в необходимых пределах, быть достаточно быстродействующими, а также обеспечивать потолочное возбуждение при возникновении аварии в сети.

Регулируя ток возбуждения, изменяют напряжение синхронного генератора и отдаваемую им в сеть реактивную мощность. Регулирование возбуждения генератора позволяет повысить устойчивость параллельной работы.

При глубоких снижениях напряжения, которые имеют место, например, при коротких замыканиях, применяется форсировка (быстрое увеличение) возбуждения генераторов, что способствует прекращению электрических качаний и сохранению устойчивости параллельной работы генераторов. Кроме того, быстродействующее регулирование и форсировка возбуждения повышают надежность работы релейной защиты и облегчают условия самозапуска электродвигателей собственных нужд электростанций.

Рис.1. Изменение напряжения возбуждения при форсировке

Важнейшими характеристиками систем возбуждения являются: быстродействие, определяемое скоростью нарастания напряжения на обмотке ротора при форсировке V = 0,632(Uf,пот — Uf,ном) / Uf,номt1 (рис.1), и отношение потолочного напряжения к номинальному напряжению возбуждения

Uf,пот / Uf,ном = kф — так называемая кратность форсировки.

Согласно ГОСТ турбогенераторы должны иметь kф≥2, а скорость нарастания возбуждения не менее 2 1/с. Кратность форсировки для гидрогенераторов должна быть не менее 1,8 для коллекторных возбудителей, соединенных с валом генератора, и не менее 2 для других систем возбуждения. Скорость нарастания напряжения возбуждения должна быть не менее 1,3 1/с для гидрогенераторов до 4 MBА включительно и не менее 1,5 1/с для гидрогенераторов больших мощностей.

Для мощных гидрогенераторов, работающих на дальние электропередачи, к системам возбуждения предъявляется более высокое требование (kф=3-4, скорость нарастания возбуждения до 10Uf,ном в секунду).

Обмотка ротора и системы возбуждения генераторов с косвенным охлаждением должны выдерживать двукратный по отношению к номинальному ток в течение 50 с. Для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток ротора это время сокращается до 20 с, для генераторов 800-1000 МВт принято время 15 с, 1200 МВт — 10 с (ГОСТ533-85Е).

Системы возбуждения генераторов можно разделить на две группы: независимое возбуждение и самовозбуждение (зависимое возбуждение).

К первой группе относятся все электромашинные возбудители постоянного и переменного тока, сопряженные с валом генератора. Вторую группу составляют системы возбуждения, получающие питание непосредственно от выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы. К этой группе могут быть отнесены системы возбуждения с отдельно установленными электромашинными возбудителями, приводимыми во вращение электродвигателями переменного тока, которые получают питание от шин собственных нужд электростанций.

Независимое возбуждение генераторов

Независимое возбуждение генераторов получило наибольшее распространение. Основное достоинство этого способа состоит в том, что возбуждение синхронного генератора не зависит от режима электрической сети и поэтому является наиболее надежным.

На генераторах мощностью до 100 МВт включительно применяют, как правило, в качестве возбудителя генератор постоянного тока, соединенный с валом синхронного генератора (рис.2).

Рис.2. Принципиальная схема независимого электромашинного возбуждения генератора

Возбуждение самого возбудителя выполнено по схеме самовозбуждения (обмотка возбуждения возбудителя LGE питается от якоря самого возбудителя). Регулирование возбуждения возбудителя осуществляется вручную шунтовым реостатом RR, установленным в цепи LGE, или автоматически регулятором возбуждения АРВ.

Недостатки системы возбуждения с генератором постоянного тока определяются в основном недостатками самого возбудителя. Одним из недостатков является сравнительно невысокая скорость нарастания возбуждения, особенно у возбудителей гидрогенераторов, которые имеют низкую частоту вращения (V=1-2 1/с).

Другой недостаток рассматриваемой системы возбуждения характерен для турбогенераторов, имеющих большую частоту вращения. Он обусловлен снижением надежности работы генератора постоянного тока из-за вибрации и тяжелых условий работы щеток и коллектора (условий коммутации).

Для турбогенераторов мощностью выше 165 МВт мощность возбуждения становится настолько значительной, что выполнить надежно работающий генератор постоянного тока на частоту вращения 3000 об/мин по условиям коммутации становится затруднительным.

Для снижения частоты вращения возбудителя с целью повышения надежности его работы иногда выполняют соединение возбудителя с валом генератора через редуктор. Такая система была применена для ряда турбогенераторов, в том числе и для генераторов ТГВ-300 и ТВМ-300. Недостатком этой системы возбуждения является наличие дополнительной механической передачи.

Для возбуждения крупных генераторов в СССР применяются системы возбуждения с полупроводниковыми выпрямителями.

В системе возбуждения с использованием полупроводниковых выпрямителей с валом турбогенератора сочленен вспомогательный генератор, напряжение которого выпрямляется и подводится к обмотке ротора турбогенератора (рис.3).

Рис.3. Принципиальная схема высокочастотного возбуждения турбогенератора

В качестве вспомогательного генератора применяется высокочастотный генератор индукторного типа. Такой генератор не имеет обмотки на вращающемся роторе, что повышает его надежность в эксплуатации. Повышенная частота (500 Гц) позволяет уменьшить габариты и повысить быстродействие системы возбуждения.

Индукторный высокочастотный генератор-возбудитель ВГТ имеет три обмотки возбуждения, расположенные вместе с трехфазной обмоткой переменного тока на неподвижном статоре. Первая из них LGE1 включается последовательно с обмоткой ротора основного генератора LG и обеспечивает основное возбуждение ВГТ. Благодаря включению LGE1 последовательно с обмоткой ротора основного генератора обеспечивается резкое увеличение возбуждения ВГТ при коротких замыканиях в энергосистеме вследствие броска тока в роторе. Обмотки IGE2 и LGЕЗ получают питание от высокочастотного подвозбудителя GEA через выпрямители. Подвозбудитель (высокочастотная машина 400 Гц с постоянными магнитами), как и вспомогательный генератор ВГТ, соединен с валом турбогенератора.

Регулирование тока в LGE2 и LGE3 осуществляется с помощью двух устройств — соответственно регуляторов электромагнитного типа АРВ (автоматический регулятор возбуждения) и УБФ (устройство бесконтактной форсировки возбуждения).

Устройство АРВ обеспечивает поддержание напряжения генератора в нормальном режиме работы изменением тока в обмотке LGE2. Устройство УБФ обеспечивает начальное возбуждение генератора и его форсировку при снижении напряжений более чем на 5%.

Высокочастотная система возбуждения обеспечивает kф=2 и скорость нарастания напряжения возбуждения не менее 2 1/с.

Рис.4. Принципиальная схема независимого тиристорного возбуждения генераторов

Принципиальная схема системы независимого тиристорного возбуждения (ТН) представлена на рис.4. На одном валу с генератором G располагается синхронный вспомогательный генератор GE, который имеет на статоре трехфазную обмотку с отпайками. В схеме, показанной на рис.4, имеются две группы тиристоров: рабочая VS1 и форсировочная VS2. На стороне переменного тока они включены на разное напряжение, на стороне постоянного тока — параллельно. Возбуждение генератора в нормальном режиме обеспечивает рабочая группа тиристоров VS1, которые открываются подачей на управляющий электрод соответствующего потенциала.

Форсировочная группа при этом почти закрыта. В режиме форсировки возбуждения тиристоры FS2, питающиеся от полного напряжения вспомогательного генератора, открываются полностью и дают весь ток форсировки. Рабочая группа при этом запирается более высоким напряжением форсировочной группы.

Рассмотренная система имеет наибольшее быстродействие по сравнению с другими системами и позволяет получить kф>2. Системы независимого тиристорного возбуждения нашли широкое применение. Ранее, до освоения отечественной промышленностью производства тиристоров достаточной мощности, по аналогичным схемам выполнялись схемы ионного независимого возбуждения (ИН), где применялись ртутные вентили с сеточным управлением.

Все генераторы с рассмотренными выше возбудителями имеют специальную конструкцию для подвода тока к обмотке ротора. Она представляет собой контактные кольца на валу ротора, к которым ток подводится с помощью щеток. Такая контактная система недостаточно надежна. Этот недостаток особенно проявляется при токах возбуждения 3000 А и более (генераторы мощностью 300 МВт и больше).

Перспективной, особенно для турбогенераторов большой мощности, является система бесщеточного возбуждения, не обладающая указанными недостатками. В этой системе возбуждения, сущность которой поясняет рис.5, нет подвижных контактных соединений.

Рис.5. Принципиальная схема бесщеточного возбуждения генераторов

Источником энергии для питания обмотки ротора LG является вспомогательный синхронный генератор GE. Этот генератор выполнен по типу обратимых машин, т.е. обмотка переменного тока расположена на вращающейся части, а обмотка возбуждения неподвижна. Возбуждение генератора GE осуществляется от возбудителя GEA.

Ток от вращающейся обмотки переменного тока вспомогательного генератора подводится через проводники, закрепленные на валу, к вращающемуся полупроводниковому (обычно кремниевому) выпрямителю. Выпрямленный ток подводится непосредственно к обмотке возбуждения основного генератора.

Регулирование тока возбуждения в обмотке ротора LG производится изменением тока в обмотке возбуждения вспомогательного генератора LGE.

Вращающийся полупроводниковый преобразователь VD снаружи закрывается звукопоглощающим кожухом.

Система бесщеточного возбуждения интенсивно совершенствуется и является перспективной для генераторов всех типов, особенно для турбогенераторов большой мощности (300-1200 МВт).

Системы самовозбуждения

Системы самовозбуждения менее надежны, чем системы независимого возбуждения, поскольку в них работа возбудителя зависит от режима сети переменного тока. Короткие замыкания в сети, сопровождающиеся понижением напряжения, нарушают нормальную работу системы возбуждения, которая именно в этих случаях должна обеспечить форсировку тока в обмотке ротора генератора.

Рис.6. Принципиальная схема зависимого электромашинного возбуждения

Принципиальная схема возбуждения синхронного генератора с электромашинным возбудительным агрегатом показана на рис.6. Возбудительный агрегат состоит из асинхронного двигателя М, питающегося от шин собственных нужд электростанции и генератора постоянного тока GE. Для повышения надежности работы возбудительного агрегата при форсировке возбуждения асинхронный двигатель, вращающий возбудитель GE, выбирается с необходимой перегрузочной способностью.

Такие возбудительные агрегаты получили широкое распространение на электростанциях в качестве резервных источников возбуждения.

Рис.7. Принципиальная схема полупроводникового самовозбуждения

Один из возможных вариантов схем самовозбуждения с полупроводниковыми преобразователями представлен на рис.7.

Основными элементами схемы являются: две группы полупроводниковых преобразователей — неуправляемые вентили VD и управляемые VS, трансформатор силового компаундирования ТА и выпрямительный трансформатор ТЕ.

Неуправляемые вентили VD получают питание от трансформаторов ТА, вторичный ток которых пропорционален току статора генератора, управляемые вентили VS получают питание от трансформатора ТЕ, вторичное напряжение которого пропорционально напряжению генератора.

Вентили VD, ток которых пропорционален току статора генератора, обеспечивают возбуждение машины при нагрузке и форсировку возбуждения при коротких замыканиях. Мощность вентилей VS рассчитывают таким образом, чтобы она была достаточна для возбуждения генераторов на холостом ходу и для регулирования возбуждения в нормальном режиме. В номинальном режиме неуправляемые вентили обеспечивают 70-80% тока возбуждения генератора. При надлежащем выборе параметров система полупроводникового самовозбуждения по своим свойствам приближается к системе независимого тиристорного (ионного) возбуждения и поэтому применяется на мощных синхронных машинах. Ранее промышленность широко выпускала системы ионного самовозбуждения с ртутными вентилями.



Что такое возбуждение генератора. Системы возбуждения

Все турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы и двигатели, изготавливаемые в настоящее время, оснащаются современными полупроводниковыми системами возбуждения — рис.5.2 — 5.7. В этих системах используется принцип выпрямления трехфазного переменного тока повышенной или промышленной частоты возбудителей или напряжения возбуждаемой машины.

Электромашинные системы возбуждения (рис.5.1), выпускавшиеся заводами более 30 лет назад и находящиеся до сих пор в эксплуатации, могут быть заменены на современные полупроводниковые статические системы с любым набором заданных функций.

Системы возбуждения обеспечивают следующие режимы работы синхронных машин:

Начальное возбуждение;

Холостой ход;

Включение в сеть методом точной синхронизации или самосинхронизации;
. работу в энергосистеме с допустимыми нагрузками и перегрузками;
. форсировку возбуждения по напряжению и по току с заданной кратностью;
. разгрузку по реактивной мощности и развозбуждение при нарушениях в энергосистемах;
. гашение поля генератора в аварийных режимах и при нормальной остановке;
. электрическое торможение агрегата.

Рис.5.1. Система независимого возбуждения с возбудителем постоянного тока.
КК — контактные кольца, Rсс и КСС — сопротивление и контактор самосинхронизации, РВ — резервный возбудитель, АГП — автомат гашения поля, АГПВ — автомат гашения поля возбудителя, Rр — регулировочный реостат, Rд и Rгасв — резисторы добавочный и гасительный в цепи ОВВ, ДОВВ — добавочная обмотка возбуждения возбудителя.
Для оснащения турбо- и гидрогенераторов выпускается три типа систем возбуждения :
. системы тиристорные независимые (СТН) — рис.5.2;
. системы тиристорные самовозбуждения (СТС) — рис.5.3;
. системы бесщеточные диодные (СБД) — рис.5.4

Системы тиристорного независимого возбуждения (СТН)

Системы тиристорные независимые (СТН) предназначены для питания обмотки возбуждения крупных турбо- и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током, применяемые при выработке электроэнергии на ГЭС и других генерирующих станциях — рис.5.2.

В отличие от систем самовозбуждения (СТС), в СТН тиристорные выпрямители главного генератора получают питание от независимого источника напряжения переменного тока промышленной частоты — от вспомогательного синхронного генератора, вращающемся на одном валу с главным генератором.

Рис.5.2. Система тиристорная независимая (СТН) с возбудителем переме

нного тока и двумя группами тиристоров, в сочетании со схемой резервного возбуждения от двухмашинного агрегата асинхронный двигатель-возбудитель постоянного тока. В — возбудитель (вспомогательный генератор) переменного тока, ОВВ обмотка возбуждения возбудителя, ВРГ, ВФГ — тиристорные вентили рабочей и форсировочной групп, ВВВ — тиристорные вентили выпрямителя возбудителя, СУВРГ, СУВФГ, СУВВВ — системы управления вентилями соответствующих групп, ВТВ — выпрямительный трансформатор возбудителя, ТСНВ — трансформатор СН тиристорных выпрямителей.

Вспомогательный генератор переменного тока возбуждения построен по схеме самовозбуждения. СТН обладает важным преимуществом — её параметры не зависят от процессов, протекающих в энергосистеме. Благодаря наличию вспомогательного генератора, сохраняется независимость возбуждения от длительности и удаленности и других возмущений в энергосистеме, и высокая скорость нарастания напряжения возбуждения: не более 25 мс до достижения максимального значения при уменьшении напряжения прямой последовательности в точке регулирования на 5%. В системе СТН обеспечивается быстрое снятие возбуждения за счет изменения полярности напряжения возбуждения: время развозбуждения от максимального положительного до отрицательного минимального напряжения возбуждения не превышает 100 мс.

Рис.5.3. Система тиристорного самовозбуждения (СТС) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и двумя группами тиристоров. ТСНР, ТСНФ — трансформаторы СН тиристорных выпрямителей рабочей и форсировочной групп.
В системе СТН выпрямленное номинальное напряжение может составлять 700 В, а выпрямленный номинальный ток — до 5500А. Кратности форсировки по напряжению и току составляют не менее двух единиц, а длительность форсировки — от 20 до 50 с. Точность поддержания напряжения генератора — не хуже ±0,5% и до ±1%.
Система охлаждения тиристорного выпрямителя в системах СТН и СТС может быть принудительно воздушной, естественной воздушной или водяной.


Система тиристорного самовозбуждения (СТС) предназначена для питания обмоток возбуждения турбо и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током — рис.5.3.
Питание тиристорного выпрямителя осуществляется через трансформатор, подключенный к генераторному токопроводу. Для запуска генератора предусмотрена цепь начального возбуждения, которая автоматически формирует кратковременный импульс напряжения на обмотке ротора до появления ЭДС обмотки статора генератора. Импульс напряжения достаточен для поддержания устойчивой работы тиристорного преобразователя в цепи самовозбуждения. Питание цепей начального возбуждения осуществляется как от источника переменного тока, так и от станционной аккумуляторной батареи.
В системе СТС выпрямленное номинальное напряжение составляет до 500 В, а выпрямленный номинальный ток — не более 4000 А, т.е. эти значения несколько ниже, чем в системах СТН. Благодаря высокому быстродействию управляемого выпрямителя и предельным уровням напряжения и тока возбуждения в сочетании с эффективными законами управления система СТС обеспечивает высокое качество регулирования и большие запасыустойчивости энергосистем. По этим показателям система СТС соответствует значениям системы СТН.
В системе СТН интенсивное гашение поля генераторов в нормальных условиях эксплуатации достигается за счет перевода тиристорного преобразователя в инверторный режим изменением полярности напряжения возбуждения — время развозбуждения не превышает 100 мс.
Экстренное снятие возбуждения в аварийных режимах обеспечивается автоматом гашения поля — электрическим аппаратом специальной конструкции, который при срабатывании производит оптимальное гашение поля генератора (АГП).

Рис.5.4. Система бесщеточная диодная (СБД) независимого возбуждения: а — с подвозбудителем (ПВ), б — без подвозбудителя, с питанием обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ) от выпрямительного трансформатора (ВТ). ДВ — вращающиеся диодные вентили.
Действие АГП заключается в уменьшении времени гашения поля при соблюдении предельно допустимой по условиям электрической прочности изоляции величины напряжения на обмотке возбуждения. Защита ротора от перенапряжений выполняется на основе быстродействующих тиристорных разрядников.
Учитывая высокую надежность тиристорных выпрямителей и улучшение их параметров по токам и напряжениям, в схемах возбуждения могут применяться вместо двух групп вентилей (ВРГ, ВФГ) одну группу с необходимой кратностью форсировки — рис.5.5.

Система тиристорного самовозбуждения резервная (СТСР)

В схемах рис.5.1, 5.2, 5.3 благодаря наличию контактных колец на роторе можно использовать систему резервного возбуждения. В прежних системах использовался двухмашинный агрегат из асинхронного двигателя, соединенного с генератором постоянного тока. Асинхронный двигатель получал питание от шин собственных нужд и был общим для нескольких генераторов. В современной системе тиристорного самовозбуждения резервной (СТСР) использован принцип тиристорного выпрямления от разделительного трансформатора, также присоединенного к системе собственных нужд станции. Назначение этих систем — питание обмотки ротора синхронной машины в случаях, когда основная система вследствие неисправности или технического обслуживания выведена из работы. На электростанциях устанавливают одну резервную систему на группу генераторов. На многих станциях продол

Возбудитель (электрогенератор) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 3 октября 2017; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 3 октября 2017; проверки требует 1 правка.

Возбудитель — генератор постоянного тока сравнительно небольшой мощности, который питает обмотки возбуждения основного, более мощного генератора постоянного или переменного тока, и обычно располагается с ним на одном валу. При использовании возбудителя, основной генератор работает в режиме независимого возбуждения.

Необходимая мощность возбудителя составляет от 0,3 до 5% от номинальной мощности основной машины. Первое число относится к самым мощным машинам, вторая — к машинам мощностью около 1 кВт.

Возбудители используются с турбогенераторами и гидрогенераторами для основного или резервного возбуждения и служат для управления мощностью основного генератора — вместо непосредственной регулировки его довольно большого тока возбуждения, регулируется весьма малый ток возбуждения самого возбудителя.

Использование возбудителей с тяговыми генераторами тепловозов (в составе двухмашинного агрегата) позволяет поддерживать мощность тягового генератора на заданном уровне, при значительных изменениях его рабочего тока и напряжения.

  • Вольдек А. И., Попов В. В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник для вузов. — СПб: «Питер», 2008. — 320 с.

11. Системы возбуждение синхронных генераторов

Обмотка ротора синхронного генератора питается постоянным током, который создает магнитный поток возбуждения. Обмотка ротора, источник постоянного тока, устройства регулирования и коммутации составляют систему возбуждения генератора.

Системы возбуждения должны:

обеспечивать надежное питание обмотки ротора в нормальных и аварийных режимах;

допускать регулирование напряжения возбуждения в достаточ­ных пределах;

обеспечивать быстродействующее регулирование возбуждения с высокими кратностями форсирования в аварийных режимах;

осуществлять быстрое развозбуждение и в случае необходимо­сти производить гашение поля в аварийных режимах.

В зависимости от источника питания системы возбуждения раз­деляются на системы независимого возбуждения и са­мовозбуждения.

В системе независимого возбуждения на одном валу с генера­тором находится возбудитель — генератор постоянного или пере­менного тока. В системе самовозбуждения питание обмотки воз­буждения осуществляется от выводов генератора через специаль­ные понижающие трансформаторы и выпрямительные устройства.

Для генераторов мощностью до 100 МВт в качестве возбудителя применяется генератор постоянного тока GE, соединенный с ва­лом генератора (рис. 2.9, а). Обмотка возбуждения возбудителя LGE питается от якоря возбудителя, ток в ней регулируется реостатом RR или автоматическим регулятором возбуждения АРВ. Ток, пода­ваемый в обмотку возбуждения LG синхронного генератора G, оп­ределяется величиной напряжения на возбудителе. Недостатком такой системы возбуждения является невысокая надежность рабо­ты генератора постоянного тока GE из-за вибрации и тяжелых ус­ловий коммутации при высокой частоте вращения 3000 об/мин. Другим недостатком является невысокая скорость нарастания воз­буждения, особенно у гидрогенераторов (V= 1 — 2 с»1).

В системе самовозбуждения (рис. 2.9, б) обмотка возбуждения генератора LG получает питание от трансформатора ТЕ, присо­единенного к выводам генератора, через управляемые от АРВ вен­тили VS и от трансформаторов тока ТА через неуправляемые вен­тили VD. Ток вентилей VD пропорционален току статора, поэтому они обеспечивают форсировку возбуждения и работу генератора при нагрузке. Управляемые вентили VS подают ток, пропорцио­нальный напряжению генератора, и обеспечивают регулирование напряжения в нормальном режиме. Такая система применяется для мощных синхронных машин.

Широкое распространение получила система возбуждения с ма­шинным возбудителем 50 Гц и статическими выпрямителями (с т а-тическая тиристорная система независимого возбуждения — рис. 2.10). На одном валу с генератором G на­ходится вспомогательный синхронный генератор GE, который име­ет на статоре трехфазную обмотку с отпайками, к которым при­соединены две группы тиристоров: рабочая группа VD1 — на низ­кое напряжение возбудителя и форсировочная группа VD2 — на полное напряжение. Применение двух групп тиристоров обеспе­чивает потолок возбуждения до 4UfH0M и высокое быстродействие (V= 50 с-1)- Обе группы соединяются параллельно по трехфазной мостовой схеме. На рис. 2.10 для упрощения чтения схемы показа­ны тиристоры только в одной фазе.

Система управления тиристорами AVD2 и AVD1 питается от трансформатора ТА1 и связана с АРВ (автоматическое регулиро­вание возбуждения). Возбудитель GE имеет обмотку возбуждения LGE, получающую питание от трансформатора ТА2 через венти­ли VD. В рассмотренной схеме также показаны элементы схемы автоматического гашения магнитного поля (АГП): автомат АГП, резистор R, разрядник FV и контактор КМ.

Рис. 2.11. Бесщеточная система возбуждения

Рис. 2.10. Статическая тиристорная система независимого возбуждения

К недостаткам схемы следует отнести наличие возбудителя пе­ременного тока, который услож­няет эксплуатацию, а также на­личие скользящих контактов между неподвижными щетками, к которым присоединена систе­ма неподвижных тиристоров, и подвижными контактными коль­цами КК, вращающимися на валу ротора.

Последний недостаток привел t к разработке бесщеточной системы возбуждения — (рис. 2.11). В качестве возбудителя GE в этой системе используется синхронный генератор 50 Гц, об­мотка возбуждения которого LE расположена на неподвижном ста­торе, а трехфазная обмотка — на вращающемся роторе. Обмотка LE получает питание от подвозбудителя GEA через выпрямитель VDE. ; На одном валу с возбудителем на специальных дисках укреплены тиристоры VD, которые выпрямляют переменный ток возбудителя и подают его в ротор генератора по жестким шинам без i колец и щеток, так как ротор генератора, тиристоры VD и ротор возбудителя вращаются на одном валу с одинаковой скоростью. Регулирование тока возбуждения осуществляется от АРВ путем воздействия на тиристоры через импульсное устройство А и вра­щающийся трансформатор ТА.

Достоинством этой системы является отсутствие контактных колец и щеток, недостатком — необходимость останова генерато­ра для переключения на резервное возбуждение или для замены тиристоров.

Что такое система возбуждения в генераторе переменного тока?

1. Возбуждение — это термин, используемый инженерами-электриками, означающий создание магнитного поля. Простой магнит, используемый в этой главе для иллюстрации работы генератора, конечно способен создать ток в обмотках генератора, но постоянный магнит перестает быть постоянным под действием вибраций и нагрева.

2. Обычно ротор выполняется в виде электромагнита, изготовленного из мягкой стали или железа, на который намотана катушка. Через катушку пропускается постоянный ток, индуцирующий в железном роторе магнитное поле. Напряженность наведенного таким обрезом магнитного поля зависит от силы тока, пропускаемого через обмотку возбуждения, и этот факт дает еще одно преимущество, поскольку позволяет регулировать э.д.с, в статорных обмотках генератора.

3. Если катушку ротора намотать не железный сердечник так, как показано на рис. 3.13(а), то получится магнит с одной парой полюсов N (North — северный) и S (South — южный).


Рис. 3.13(а). Простой электромагнит.

Из-за большого расстояния между полюсами магнитные силовые пинии окажутся сильно рассеянными в пространстве. Теперь протянем полюса магнита навстречу друг другу, так, чтобы между ними остался лишь небольшой зазор (см. рис. 3.13(б)).


Рис. 3.13(6). Загнем концы электромагнита, чтобы сконцентрировать поле.

И, наконец, выполним полюса мегнита в виде набора зубьев, входящих друг в друга, но без соприкосновения (см. рис. 3.14). Мы получим в сумме длинный узкий зазор между полюсами N и S, через который будет происходить «утечка» магнитного поля наружу. При вращении ротора эта «утечка» будет пересекать обмотки статора, и наводить в них э.д.с.
4. Для того чтобы магнитное попе роторе не меняло направления, его катушка должна питаться постоянным током одной полярности. Подвод тока к вращающейся катушке осуществляется через угольные щетки и коллекторные кольца.

Для питания обмотки ротора постоянным током применяют два способа: самовозбуждение и возбуждение от внешнего источника (обычно от аккумулятора).

Рис. 3.14. Зубчатый ротор генератора.

4.4. Системы возбуждения генераторов

Магнитное поле ротора, необходимое для создания электродвижущей силы обмотки статора любого генератора, создается постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения (ОВ) (см. рис. 4.1). Для питания ОВ предназначена система возбуждения, в значительной степени определяющая надежность работы синхронных генераторов. В связи с этим к системе возбуждения предъявляются следующие основные требования:

1) надежное питание постоянным током ОВ в любых режимах, в том числе при авариях в энергосистемах;

2) устойчивое регулирование тока возбуждения при изменении нагрузки генератора;

3) необходимое быстродействие;

4) форсировка возбуждения, т.е. обеспечение быстрого нарастания тока возбуждения, примерно до двукратного значения;

5) быстрое гашение магнитного поля возбуждения при оперативных отключениях генератора от сети.

В зависимости от источника энергии, используемого для питания ОВ системы возбуждения разделяются на группы:

1) электромашинное возбуждение с использованием генератора постоянного тока;

2) электромашинное возбуждение с использованием генератора переменного тока с преобразованием этого тока в постоянный;

3) самовозбуждение путем преобразования части электрической энергии переменного тока генератора в энергию постоянного тока возбуждения.

Электромашинные системы возбуждения, где источником энергии является генератор постоянного тока, т.е. возбудитель, использовались в течение длительного времени для большинства генераторов. Обычно они находились на одном валу с генератором и приводились во вращение той же турбиной, что и сам генератор. Такая система называется прямой. В случае, если возбудитель приводится во вращение отдельным двигателем, то систему принято называть косвенной. В отечественном генераторостроении применяют, как правило, прямую систему возбуждения, имеющую меньшую стоимость и большую надежность.

Увеличение мощностей турбо- и гидрогенераторов, а следовательно, необходимых мощностей возбудителей инициировало необходимость замены генераторов постоянного тока электромашинными системами возбуждения с применением генераторов переменного тока, не имеющих никаких ограничений по мощности. Для преобразования переменного тока в постоянный ранее использовались ртутные выпрямители, которые в дальнейшем уступили место управляемым и неуправляемым полупроводниковым преобразователям на основе диодов, тиристоров, транзисторов. Полупроводниковые преобразователи обладают большей надежностью, а в целом система с генераторами переменного тока большим быстродействием, позволяющим осуществить высокий уровень возбуждения (до четырехкратного номинального напряжения возбуждения при постоянной времени системы возбуждения менее двух сотых секунды). Широкое внедрение систем возбуждения с управляемыми преобразователями было осуществлено впервые в мире в нашей стране. В дальнейшем переход на такие системы был осуществлен и за рубежом.

Мощность генераторов для системы возбуждения составляет 0,5—2 % полной мощности главного генератора. Например, для турбогенератора 320 МВт она достигает 2 МВт, для 800 МВт — 6 МВт и т.д., токи возбуждения — тысяч ампер (для мощных турбогенераторов 5—8 тыс. А). Это обстоятельство создает большие трудности при организации токоподвода к обмотке возбуждения с помощью скользящего контакта между контактными кольцами ротора и щетками. Поэтому для ряда генераторов была успешно применена бесщеточная система возбуждения, где постоянный ток подается непосредственно с вращающегося ротора возбудителя на обмотку возбуждения главного генератора. Переменное напряжение обмотки возбуждения преобразуется в постоянное выпрямительным мостом, установленным на роторе. Силовые роторные вентили должны обладать повышенной механической прочностью и вибростойкостью.

Преимуществом систем самовозбуждения является то, что они не имеют электромашинного возбудителя — генератора. Для питания обмотки ротора главного генератора используется часть энергии статора главного генератора. В результате надежность системы повышается, стоимость ее уменьшается, сокращается длина генератора. Начальное возбуждение генератора осуществляется за счет остаточного намагничивания машины или током от постороннего источника.

В состав системы возбуждения входит автоматический регулятор возбуждения (АРВ). Он осуществляет поддержание заданного уровня напряжения и устойчивость работы генератора при колебаниях напряжения в электроэнергетической системе при изменении значения и характера нагрузок, отключении электростанции, линии электропередачи, коротких замыканиях. Основные требования, предъявляемые к АРВ, — это быстродействие, устойчивость регулирования, обеспечение форсировки возбуждения при резких снижениях напряжения в сети, что чревато потерей статической и динамической устойчивости генераторов.

Ввод в эксплуатацию дальних электропередач, объединение отдельных энергосистем в единую сеть, рост мощностей генераторов потребовали существенного повышения их динамической и статической устойчивости. Были созданы АРВ сильного действия (АРВ СД), реагирующие не только на отклонение параметров режима генератора (напряжение, ток, частота), но и на скорость их изменения.

При возникновении аварийных режимов, коротких замыканий в генераторе, шинопроводе или трансформаторе, после внезапного отключения генератора необходимо быстро уменьшить магнитное поле обмотки возбуждения генератора. Эта операция носит название гашение поля и осуществляется специальным автоматом гашения поля (АГП). К устройству АГП предъявляются два основных, иногда противоречащих друг другу, требования: время гашения поля должно быть возможно меньшим, а возникающее при гашении индуктированное перенапряжение в обмотке ротора не должно превосходить допустимых значений.

Возбудитель электрических машин — это… Что такое Возбудитель электрических машин?


Возбудитель электрических машин
        генератор постоянного или переменного тока для питания индуктора электрической машины, создающего в ней рабочий магнитный поток. В основном получили развитие В. э. м. в синхронных машинах (См. Синхронная машина), поскольку постоянный ток, необходимый для питания индуктора, самой машиной не вырабатывается. В качестве В. э. м. обычно применяется коллекторный генератор постоянного тока с шунтовым или независимым возбуждением от подвозбудителя. В связи с ростом мощностей и повышением быстродействия системы управления синхронных машин, а также в специальных машинах начиная с 50-х гг. 20 в. применяются В. э. м., в которых переменное напряжение от основной машины (непосредственно или через трансформатор — самовозбуждение) или от вспомогательной синхронной машины (независимое возбуждение) подаётся на ионный или полупроводниковый выпрямитель, питающий индуктор основной машины. Регулирование осуществляется в силовой цепи возбуждения или воздействием на цепь возбуждения В. э. м. В другом типе В. э. м. переменное напряжение от вспомогательного генератора, якорь которого расположен на общем валу с индикатором синхронной машины, подаётся на выпрямитель, смонтированный на том же валу. Выпрямленное напряжение поступает непосредственно в обмотку индуктора. Основные достоинства таких В. э. м.: отсутствие скользящих контактов, повышенная надёжность и высокое быстродействие.

         Г. А. Ковальков.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Возбудитель
  • Возбуждающие средства

Смотреть что такое «Возбудитель электрических машин» в других словарях:

  • ВОЗБУДИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН — устройство, питающее пост. током обмотки возбуждения электрич. машины. В качестве В. э. м. широко применяют ПП управляемые преобразователи (ти ристорные и транзисторные), к рые вытесняют машинные и неуправляемые ПП возбудители. Быстродействующие… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ГОСТ Р МЭК 60034-2-1-2009: Машины электрические вращающиеся. Часть 2-1. Стандартные методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава) — Терминология ГОСТ Р МЭК 60034 2 1 2009: Машины электрические вращающиеся. Часть 2 1. Стандартные методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава) оригинал… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • возбудитель — Генератор, предназначенный для питания обмоток возбуждения других электрических машин …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • Турбогенератор —         генератор электрической энергии, приводимый во вращение паровой или газовой турбиной. Обычно Т. это Синхронный генератор, непосредственно соединённый с турбиной тепловой электростанции (См. Тепловая электростанция) (ТЭС). Так как турбины …   Большая советская энциклопедия

  • Самовозбуждение —         электромашинных генераторов, способ возбуждения магнитного поля главных полюсов генераторов, при котором обмотка главных полюсов получает питание от обмотки якоря (ротора). (В отличие от С., при независимом возбуждении обмотки главных… …   Большая советская энциклопедия

  • Синхронный генератор —         Синхронная машина, работающая в генераторном режиме. С. г. используют обычно в качестве источников переменного тока постоянной частоты и устанавливают на электростанциях, в электрических установках, на транспорте и т. д. Применение С. г.… …   Большая советская энциклопедия

  • Синхронный электродвигатель —         Синхронная машина, работающая в режиме двигателя. Статор С. э. несёт на себе многофазную (чаще всего трёхфазную) якорную обмотку. На Роторе расположена обмотка возбуждения, имеющая такое же число полюсов, как и обмотка статора. Обмотка… …   Большая советская энциклопедия

  • потери — 3.8 потери: Разность между 100 и восстановленным общим объемом, в процентах. Источник: ГОСТ 2177 99: Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • потери в возбудителе PEd — 3.4.3.3 потери в возбудителе PEd: Потери, определяющиеся для различных систем возбуждения следующим образом: а) возбудитель на валу машины Потери в возбудителе мощность, потребляемая валом возбудителя (за вычетом потерь на трение и сопротивление… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • мощность — 3.6 мощность (power): Мощность может быть выражена терминами «механическая мощность на валу у соединительной муфты турбины» (mechanical shaft power at the turbine coupling), «электрическая мощность турбогенератора» (electrical power of the… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *