Het bekrachtigingssysteem van een generator is een van de meest cruciale systemen in een generator en het gehele energiesysteem, en wordt vaak het hart van de generator genoemd. Vandaag zullen we een uitgebreide en gedetailleerde uitleg geven vanuit drie aspecten: principe, werkmodus en functie.
I. Basisprincipe
Kernconcept: elektriciteit genereert magnetisme, en magnetisme genereert elektriciteit.
2. De basis van energieopwekking: De generator werkt op basis van de wet van Faraday van elektromagnetische inductie. - Een gesloten geleider die door een magnetisch veld beweegt en de magnetische krachtlijnen doorsnijdt, zal een elektrische stroom opwekken.
3. Bron van het magnetische veld: Er is een sterk magnetisch veld vereist. Dit magnetische veld wordt gegenereerd door een excitatiewikkeling (dwz de rotorwikkeling) die gelijkstroom voert. Deze gelijkstroom wordt de excitatiestroom genoemd.
4. Sleutel tot controle: Door de grootte van de excitatiestroom aan te passen, kan de sterkte van het magnetische veld worden geregeld, waardoor de door de generator afgegeven spanning en de hoeveelheid reactief vermogen die deze genereert, worden bepaald.
Verhoog de excitatiestroom → Versterk het magnetische veld → Vergroot het elektrische potentieel in de generator → Neiging om de spanning te verhogen en meer inductief reactief vermogen af te geven.
Vermindering van de bekrachtigingsstroom → Verzwakking van het magnetische veld → Verlaging van de elektrische potentiaal in de generator → Neiging om de spanning te verlagen, minder inductief reactief vermogen af te geven (zelfs absorberend reactief vermogen).
Daarom is de fundamentele taak van het excitatiesysteem het leveren van een regelbare gelijkstroom-excitatiestroom voor de rotor van de generator.
II. Werkwijze (systeemsamenstelling en proces)
1. Het moderne excitatiesysteem maakt hoofdzakelijk gebruik van het statische, zelf-excitatiesysteem. Het stroomschema van het werkingsprincipe wordt als volgt weergegeven:
2. De kerncomponenten die betrokken zijn bij het bovenstaande proces en hun functies zijn als volgt:
1) Excitatietransformator: ontvangt energie van de machinezijde en vervult de functies van spanningsreductie en elektrische isolatie, waardoor laag-apparatuur zoals de gelijkrichterbrug wordt beschermd.
2) Thyristor-gelijkrichterbrug: zet wisselstroom om in regelbare gelijkstroom. Door de triggerhoek te veranderen, kan de grootte van de gelijkstroomuitgangsspanning soepel worden aangepast, waardoor de bekrachtigingsstroom nauwkeurig wordt geregeld.
3) Automatische spanningsregelaar (AVR): het brein van het systeem. Hij bewaakt continu de klemspanning van de generator en vergelijkt deze met een ingestelde waarde. Zodra een afwijking wordt gedetecteerd (zoals een spanningsdaling als gevolg van een toename van de belasting), geeft hij onmiddellijk een instructie om de triggerhoek van de thyristors te wijzigen, de bekrachtigingsstroom te verhogen en de spanning terug te brengen naar de ingestelde waarde. Dit is een snel-continu, gesloten-regelproces.
4) Magnetisatie-onderdrukking en rotor-overspanningsbeveiliging: de bewaker van het systeem.
5) Eliminatie van magnetisatie: In geval van interne fouten of uitschakeling van de generator is het noodzakelijk om het magnetische veld van de rotor snel en veilig te elimineren. Dit wordt bereikt door de magnetische energie over te dragen naar de magnetisatie-eliminatieweerstand voor dissipatie, en dit is de meest effectieve maatregel om de generator te beschermen.
6) Overspanningsbeveiliging: Voorkom schade aan de isolatie in het rotorcircuit veroorzaakt door systeempieken, asynchrone werking, enz., die hoge spanningen kunnen genereren.
Andere methoden: naast het reguliere zelf-excitatiesysteem zijn er ook de traditionele maar nog steeds in gebruik zijnde excitatie via een afzonderlijk excitatiesysteem (dat wordt aangedreven door een onafhankelijke excitatiemachine) en het borstelloze excitatiesysteem (dat roterende diodes gebruikt voor gelijkrichting en geen koolborstels of sleepringen nodig heeft).
III. Belangrijkste functies
Het bekrachtigingssysteem is veel meer dan alleen het leveren van gelijkstroom. Het vervult ook andere belangrijke functies:
1. Spanningsregeling en -regeling
Dit is de meest fundamentele functie. Door de automatische regeling van de AVR wordt de spanning op de generatorterminal op het nominale niveau gehouden, waardoor de kwaliteit van de elektrische energie wordt gewaarborgd en niet wordt beïnvloed door veranderingen in de belasting.
2. Controle en distributie van blindvermogen
Bij werking in de netaansluitmodus kan het aanpassen van de bekrachtigingsstroom het reactieve vermogen regelen dat door de generator naar het net wordt gestuurd of geabsorbeerd.
Excitatie stimuleren: het uitvoeren van inductief reactief vermogen naar het elektriciteitsnet om de netspanning te ondersteunen.
Demagnetiseren: het verminderen van het reactieve vermogen, of zelfs het absorberen van inductief reactief vermogen van het elektriciteitsnet (asymmetrische werking) om een te hoge systeemspanning te verminderen.
Dit is van cruciaal belang voor het behoud van de spanningsstabiliteit en de blindvermogensbalans van het net.
3. Verbetering van de parallelle werkingsstabiliteit van synchrone generatoren
Statische stabiliteit: Een krachtig en responsief excitatiesysteem (zoals het gebruik van een PSS-voedingssysteemstabilisator) kan kleine oscillaties in het systeem effectief onderdrukken en de vermogenslimiet van transmissielijnen verhogen.
Transiënte stabiliteit: Wanneer er een ernstige storing, zoals kortsluiting, optreedt in het elektriciteitsnet, daalt de spanning scherp.
Het excitatiesysteem zal geforceerde excitatie uitvoeren, waardoor de excitatiespanning onmiddellijk naar de maximale waarde wordt verhoogd, een grote hoeveelheid reactief vermogen in het systeem wordt geïnjecteerd, waardoor de netspanning wordt hersteld en wordt voorkomen dat de generator de synchronisatie verliest.
4. Beveiligingsfunctie
Door magnetisatieonderbreking en overspanningsbeveiliging wordt de veiligheid van het rotorlichaam van de generator gewaarborgd.
IV. Samenvatting
1. Principe: controleer de bekrachtigingsstroom om de magnetische veldsterkte te regelen en pas uiteindelijk de uitgangsspanning en het reactieve vermogen van de generator aan.
2. Werkmodus: gebruikt gewoonlijk een zelf-systeem dat wordt aangedreven door de excitatietransformator, gelijkgericht door thyristoren en automatisch bestuurd door AVR om nauwkeurige en snelle regeling te bereiken.
3. Functies
1) Spanningsregeling: handhaaf de spanningsstabiliteit.
2) Regeling van blindvermogen: controleer de blindvermogenstroom in het elektriciteitsnet.
3) Stabiliteitsonderhoud: Verbeter de statische en voorbijgaande stabiliteit van het systeem.
4) Veiligheidsbescherming: uitsterven van magnetisatie en overspanningsbeveiliging.
Er kan worden gezegd dat zonder een krachtig- bekrachtigingssysteem moderne grote synchrone generatoren niet betrouwbaar en stabiel op het elektriciteitsnet zouden kunnen worden aangesloten, en dat we niet zouden kunnen genieten van hoge- kwaliteit en zeer betrouwbare elektriciteit.