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发电机励磁控制系统和方法

时间:2021-07-27 作者:发电机公司 点击:

励磁系统

励磁系统可以定义为向发电机转子绕组提供励磁电流的系统。精心设计的励磁系统提供运行的可靠性、稳定性和快速的瞬态响应。

四种常见的激励方法包括:
  • 分流或自激
  • 励磁升压系统 (EBS)
  • 永磁发电机 (PMG)
  • 辅助绕组 (AUX)。
每种方法都有其独特的优势。所有方法都使用自动电压调节器 (AVR) 向励磁机定子提供直流输出。励磁机转子交流输出被整流为主发电机转子的直流输入。更高级的系统使用 AVR 的附加输入。本文将探讨每种方法的构造、功能和应用,并包括每种方法的图表和插图。

自动电压调节器 (AVR)

AVR 的结构随所使用的激励而变化。当发电机旋转时,所有这些都接收来自发电机定子的输入。具有接收第二个输入以减少或消除由负载反馈信号引起的内部谐波的能力的 AVR 用于非线性负载应用。常用的两种类型是:
  • 硅控整流器 (SCR) - 检测定子的功率电平并确定励磁电压的点火。与非线性负载一起使用时可能会导致问题。
  • 场效应晶体管 (FET) - 感测来自定子的功率电平并将其转换为脉冲宽度调制 (PWM) 信号到励磁机。这种类型的 AVR 可用于激励方法。非线性负载不会导致反馈导致励磁击穿。

分流或自激 

并联励磁
分流方法具有简单且经济高效的设计,可为 AVR 提供输入电源。这种方法不需要额外的组件或接线。当出现问题时,故障排除会得到简化,需要验证的组件和接线更少。

随着发电机旋转,定子向 AVR 提供输入电压。此外,AVR 具有监控定子输出的传感器。 

AVR 为励磁机供电并整流为直流电流。电流感应到定子上用于负载输出。

该系统的最大缺点是 AVR 受到发电机供电负载的影响。当负载增加时,电压开始下降,AVR 必须向励磁机提供更多电流以支持需求。这将 AVR 推向了极限。如果 AVR 被推到超出它的限制,激励场就会崩溃。输出电压降低到很小的量。

如果 AVR 的电源发生短路,发电机将没有励磁源。这会导致发电机功率输出的损失。

具有并联或自激方法的发电机可用于线性负载(恒定负载)。具有非线性负载(变化负载)的应用不推荐用于采用这种励磁方法的发电机。与非线性负载相关的谐波会导致励磁场击穿。
 

励磁升压系统 (EBS)

EBS 激励
EBS 系统由向 AVR 提供输入和从 AVR 接收输出的相同基本组件组成。该系统中的附加组件是:
  • 励磁升压控制 (EBC) 模块
  • 励磁升压发生器 (EBG)。
EBG 安装在交流发电机的从动端。物理外观与永磁体相同。当发电机轴旋转时,EBG 为控制器供电。

EBC 控制模块与 AVR 和励磁机并联。EBC 从 AVR 接收信号。需要时,控制器向励磁机提供不同水平的励磁电流,其水平取决于系统的需要。

励磁系统的额外供电支持负载要求。这允许发电机启动和恢复励磁电压。 

不建议将此励磁系统用于连续供电应用。它适用于应急或备用电源应用。当发电机启动时,EBS 系统会断开,直到达到运行速度。EBG 仍在发电,但控制器不会对其进行路由。 

系统允许动态响应,成本较低且满足提供 300% 短路电流的要求。与并联或自激方法相比,非线性负载(例如电机启动)得到了改进。

永磁发电机 (PMG)

PMG 励磁
配备永磁体的发电机是最著名的他励方法之一。永磁体安装在发电机轴的从动端。

当发电机轴旋转时,PMG 为 AVR 提供隔离电源。AVR 在提供非线性负载时利用额外的功率,例如:电动机的启动。 

当发电机轴转动时,会产生干净、隔离、不间断的三相波形。 

使用配备 PMG 励磁方法的发电机的一些好处是:
  • 励磁场不会崩溃,允许清除持续的短路故障。
  • 改变负载不会影响励磁场。
  • 电压在初始启动时产生,不取决于磁场中的剩余磁性。
  • 在电机启动期间,励磁场不会因为 AVR 电源不足而崩溃。
PMG 系统增加了发电机端的重量和尺寸。对于使用启动和关闭电机以及其他非线性负载的应用,它是最常用的励磁方法。

辅助绕组 (AUX)

辅助绕组励磁
辅助绕线法已经使用多年。用途范围从船舶到工业应用,在更大的安装中更实用。

这种方法有一个单独的励磁场,但它不使用连接到发电机轴从动端的组件。这些方法使用轴旋转和永磁体或发电机来提供额外的励磁。

一个额外的单相绕组安装在定子中。当发电机轴旋转时,定子主绕组向 AVR 提供电压,如上述所有方法。

额外的单相绕组为 AVR 提供电压。这会在为非线性负载供电时产生所需的额外激励电压。 

对于线性负载应用,可以使用分流、EBS、PMG 和 AUX 励磁方法。并联励磁是最具成本效益的方法。

对于非线性负载应用,可以使用 EBS、PMG 和 AUX 激励方法。PMG 激励是最常见和广泛使用的。
 

 



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