Возбуждение (магнитное) - Excitation (magnetic)

An электрический генератор или же электрический двигатель состоит из ротор вращаясь в магнитное поле. Магнитное поле может быть создано постоянные магниты или по катушки возбуждения. В случае машины с катушками возбуждения, ток должен течь в катушках для генерации поля, в противном случае мощность не будет передаваться на ротор или от него. Процесс создания магнитного поля с помощью электрического тока называется возбуждение. Катушки возбуждения обеспечивают наиболее гибкую форму регулирования и отмены регулирования магнитного потока, но за счет протекания электрического тока. Существуют гибридные топологии, которые включают в себя как постоянные магниты, так и катушки возбуждения в одной и той же конфигурации. Гибкое возбуждение вращающейся электрической машины используется либо бесщеточное возбуждение техники или путем подачи тока угольными щетками (статическое возбуждение).

Генератор переменного тока для электростанции с прямым приводом мощностью 100 кВА с отдельным генератором возбудителя с ременным приводом, дата c. 1917 г.

Возбуждение в генераторах

Слева показан самовозбуждающийся генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой, а магнето Справа показан генератор постоянного тока с магнитами постоянного поля. Выходная мощность генератора с шунтовой обмоткой зависит от потребляемого тока, в то время как магнето выход стабильный независимо от колебаний нагрузки.
Генератор постоянного тока с независимым возбуждением и биполярными полевыми магнитами. Подобные генераторы с раздельным возбуждением обычно используются на крупных электростанциях. Меньший генератор может быть либо магнето с магнитами постоянного поля, либо другим самовозбуждающимся генератором.
Катушка возбуждения может быть соединена шунтом, последовательно или вместе с якорем машины постоянного тока (двигателя или генератора).

Для машины, использующей катушки возбуждения, как в случае с большинством больших генераторов, поле должно создаваться током, чтобы генератор вырабатывал электричество. Хотя часть собственного выхода генератора может использоваться для поддержания поля после его запуска, для запуска генератора необходим внешний источник тока. В любом случае важно иметь возможность контролировать поле, так как это будет поддерживать напряжение в системе.

Принцип усилителя

За исключением генераторов с постоянными магнитами, генератор вырабатывает выходное напряжение, пропорциональное магнитному полю, которое пропорционально току возбуждения; если нет тока возбуждения, нет и напряжения.

Таким образом, небольшое количество энергии, подаваемой в качестве тока возбуждения, может управлять большим количеством генерируемой мощности и может использоваться для ее модуляции. Этот принцип очень полезен для управления напряжением: если выходное напряжение системы меньше желаемого, ток возбуждения можно увеличить; если выходное напряжение высокое, возбуждение можно уменьшить. А синхронный конденсатор работает по тому же принципу, но отсутствует потребляемая мощность «первичного двигателя»; однако инерция вращения означает, что он может передавать или получать энергию в течение коротких периодов времени. Чтобы избежать повреждения машины из-за беспорядочных изменений тока, часто используется генератор рампы. Таким образом, генератор можно рассматривать как усилитель:

Раздельное возбуждение

Генератор дизель-генераторной установки 1930-х годов с динамо-машиной возбуждения наверху

Для больших или старых генераторов обычно используется отдельный возбудитель динамо-машина должна работать параллельно с главным генератор энергии. Это небольшая динамо-машина с постоянным магнитом или с батарейным питанием, которая вырабатывает ток возбуждения для более крупного генератора.

Самовозбуждение

Современные генераторы с полевыми катушками обычно самовозбужденный; то есть некоторая часть выходной мощности ротора используется для питания катушек возбуждения. Железо ротора сохраняет остаточную магнетизм при выключении генератора. Генератор запускается без нагрузки; начальное слабое поле индуцирует слабый ток в катушках ротора, который, в свою очередь, создает начальный ток поля, увеличивая напряженность поля, тем самым увеличивая индуцированный ток в роторе, и так далее в процессе обратной связи, пока машина не «накапливается». до полного напряжения.

Запуск

Генераторы с самовозбуждением должны запускаться без какой-либо внешней нагрузки. Внешняя нагрузка потребляет электроэнергию от генератора до того, как способность вырабатывать электроэнергию может увеличиться.

Поле мигает

Если у машины недостаточно остаточного магнетизма для достижения полного напряжения, обычно предусматривается подача тока в ротор от другого источника. Это может быть аккумулятор, а дом предоставление постоянный ток, или же исправленный ток от источника переменный ток мощность. Поскольку этот начальный ток требуется в течение очень короткого времени, его называют поле мигает. Даже маленький переносные генераторные установки иногда может потребоваться перепрошивка поля для перезапуска.

В критическое сопротивление поля - максимальное сопротивление цепи возбуждения для данной скорости, с которой будет возбуждать шунтирующий генератор. Шунтирующий генератор будет нарастать напряжение только в том случае, если сопротивление цепи возбуждения меньше критического сопротивления поля. Это касательная к характеристикам холостого хода генератора при заданной скорости.

Бесщеточное возбуждение

Бесщеточное возбуждение создает магнитный поток на роторе электрических машин без использования угольных щеток. Обычно он используется для снижения затрат на регулярное обслуживание и снижения риска возгорания щеток. Он был разработан в 1950-х годах в результате достижений в области технологий большой мощности. полупроводниковые приборы.[1] Идея заключалась в использовании вращающегося диодного выпрямителя на валу синхронной машины для сбора наведенных переменных напряжений и их выпрямления для питания обмотки возбуждения генератора.[2][3][4]

В бесщеточном возбуждении исторически отсутствовала быстрая дерегуляция потока, что является серьезным недостатком. Однако появились новые решения.[5] Современная вращающаяся схема включает в себя компоненты активного снятия возбуждения на валу, расширяющие пассивный диодный мост.[6][7][8] Более того, их последние разработки в области высокопроизводительной беспроводной связи[9][10] реализовали полностью контролируемые топологии на валу, такие как тиристорные выпрямители и интерфейсы прерывателей.[11][12][13][14][15][16][17]

Рекомендации

  • Электрические технологии - II Б.Л. Терея
  • Электрические машины - I by U.A. Бакши, В.У Бакши
  1. ^ Fenwick, D.R .; Райт, В.Ф. (1976). «Обзор тенденций в системах возбуждения и возможные будущие разработки». Труды института инженеров-электриков. 123 (5): 413. Дои:10.1049 / piee.1976.0093. ISSN  0020-3270.
  2. ^ Салах, Мохамед; Бача, Хмайс; Чаари, Абделькадер; Бенбузид, Мохамед Эль Хашеми (сентябрь 2014 г.). «Бесщеточный трехфазный синхронный генератор в условиях отказа вращающегося диода» (PDF). IEEE Transactions по преобразованию энергии. 29 (3): 594–601. Дои:10.1109 / tec.2014.2312173. ISSN  0885-8969.
  3. ^ Чжан, Юй Ци; Крамер, Аарон М. (декабрь 2017 г.). «Численное моделирование среднего значения вращающихся выпрямителей в бесщеточных системах возбуждения». IEEE Transactions по преобразованию энергии. 32 (4): 1592–1601. Дои:10.1109 / tec.2017.2706961. ISSN  0885-8969.
  4. ^ Нуццо, Стефано; Галеа, Майкл; Герада, Крис; Браун, Нил (апрель 2018 г.). «Анализ, моделирование и вопросы проектирования систем возбуждения синхронных генераторов». IEEE Transactions по промышленной электронике. 65 (4): 2996–3007. Дои:10.1109 / tie.2017.2756592. ISSN  0278-0046.
  5. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен (2017). «Новая парадигма для больших бесщеточных гидрогенераторов: преимущества за пределами статической системы». ДИВА.
  6. ^ Система быстрого снятия возбуждения для синхронных машин с непрямым возбуждением, 2010-02-11, получено 2018-05-28
  7. ^ Реболло, Эмилио; Бласкес, Франциско; Blanquez, Francisco R .; Платеро, Карлос А .; Редондо, Марта (01.07.2015). «Усовершенствованная высокоскоростная система снятия возбуждения бесщеточных синхронных машин, испытанная на гидрогенераторе мощностью 20 МВА». Электроэнергетические приложения ИЭПП. 9 (6): 405–411. Дои:10.1049 / iet-epa.2014.0313. ISSN  1751-8660.
  8. ^ Реболло, Эмилио; Платеро, Карлос А .; Бласкес, Франциско; Гранизо, Рикардо (2017-04-01). «Внутренняя внезапная реакция на короткое замыкание новой HSBDS для бесщеточных синхронных машин, испытанных на генераторе 15 МВА». Электроэнергетические приложения ИЭПП. 11 (4): 495–503. Дои:10.1049 / iet-epa.2016.0525. ISSN  1751-8660.
  9. ^ Панг, Чжибо; Лювизотто, Микеле; Джунг, Дачфей (сентябрь 2017 г.). «Беспроводная высокопроизводительная связь: вызовы и возможности новой цели». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine. 11 (3): 20–25. Дои:10.1109 / mie.2017.2703603. ISSN  1932-4529.
  10. ^ Ллано, Данило X .; Абди, Салман; Татлоу, Марк; Абди, Эхсан; МакМахон, Ричард А. (09.09.2017). «Система сбора энергии и беспроводной передачи данных для роторных приборов в электрических машинах» (PDF). Силовая электроника IET. 10 (11): 1259–1267. Дои:10.1049 / iet-pel.2016.0890. ISSN  1755-4535.
  11. ^ Вращающаяся электрическая машина, 2014-05-28, получено 2018-05-28
  12. ^ Системы и методы, касающиеся синхронных машин без возбудителя, 2017-10-06, получено 2018-05-28
  13. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Хельмервик, Карина Баккелоккен; Лундин, Урбан (март 2016 г.). «Сравнение топологий выпрямления с тиристорным управлением для шестифазного вращающегося бесщеточного возбудителя с постоянными магнитами». IEEE Transactions по преобразованию энергии. 31 (1): 314–322. Дои:10.1109 / tec.2015.2480884. ISSN  0885-8969.
  14. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Эвестедт, Фредрик; Перес-Лойя, Дж. Хосе; Абрахамссон, Йохан; Лундин, Урбан (май 2017 г.). "Конструкция и характеристика вращающегося бесщеточного возбудителя с внешним полюсом для синхронного генератора". IEEE Transactions по отраслевым приложениям. 53 (3): 2016–2027. Дои:10.1109 / tia.2017.2669890. ISSN  0093-9994.
  15. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Эвестедт, Фредрик; Перес-Лойя, Дж. Хосе; Абрахамссон, Йохан; Лундин, Урбан (март 2018 г.). «Тестирование топологий активного выпрямления на шестифазном вращающемся бесщеточном внешнем полюсном возбудителе с постоянными магнитами». IEEE Transactions по преобразованию энергии. 33 (1): 59–67. Дои:10.1109 / tec.2017.2746559. ISSN  0885-8969.
  16. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Эвестедт, Фредрик; Перес-Лойя, Дж. Хосе; Абрахамссон, Йохан; Лундин, Урбан (февраль 2018 г.). «Сравнение конфигураций тиристорного выпрямителя для шестифазного вращающегося бесщеточного возбудителя с постоянным магнитом на внешнем полюсе». IEEE Transactions по промышленной электронике. 65 (2): 968–976. Дои:10.1109 / tie.2017.2726963. ISSN  0278-0046.
  17. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Эвестедт, Фредрик; Лундин, Урбан (2018). «Демонстрация режимов отказа и резервная работа после отказа вращающихся тиристорных выпрямителей на бесщеточных двухзвездочных возбудителях». IEEE Transactions по промышленной электронике. 66 (2): 842–851. Дои:10.1109 / tie.2018.2833044. ISSN  0278-0046.

Смотрите также