Системи збудження генераторів: види, переваги та недоліки, будову та методи збудження

Система збудження генератора – це найважливіша частина будь-якого синхронного генератора. Вона забезпечує подачу постійного струму в обмотку збудження ротора до створення магнітного поля. Без системи збудження генератор зможе виробляти електроенергію. Правильний вибір та налагодження системи збудження багато в чому визначають надійність роботи генератора.

Загальні відомості про системи збудження генераторів

Існує кілька основних типів систем збудження:

• Незалежне збудження
• Самозбудження
• Тиристорне збудження
• Електромашинне збудження
• Напівпровідникове збудження
• Безщіткове збудження

Кожен тип системи збудження має свої переваги та недоліки. Вибір конкретного типу залежить від потужності та конструктивних особливостей генератора, умов його роботи в енергосистемі.

Основні вимоги до систем збудження генераторів:

• Забезпечення надійного збудження генератора у всіх режимах роботи
• Можливість плавного регулювання напруги збудження
• Достатня швидкість наростання напруги збудження при включенні генератора до мережі
• Стабільність параметрів системи збудження при зміні зовнішніх умов

Одним із варіантів системи збудження генераторів є збудження генератора ВАЗ. У цій схемі використовується допоміжний синхронний генератор ваз невеликої потужності, який через контактні кільця подає постійний струм збудження на ротор основного генератора. Система проста, але має обмежену надійність через наявність додаткового генератора ВАЗ та контактних кілець.В даний час набули поширення більш досконалі системи збудження генераторів.

Незалежне збудження генераторів

При незалежному збудженні обмотка ротора генератора живиться від зовнішнього джерела постійного струму, як правило, від постійної мережі електростанції через понижувальний трансформатор і випрямляч.

До переваг незалежного збудження відносяться:

• Простота схеми
• Надійна робота генератора у всіх режимах
• Можливість точного регулювання напруги
• Не залежить від режиму роботи генератора

Основний недолік незалежного збудження – наявність додаткового обладнання (трансформаторів, випрямлячів), що ускладнює та подорожчає систему.

Незалежне збудження широко застосовується на генераторах невеликої потужності (до 100 МВт), а також як резервне збудження на великих генераторах.

Самозбудження генераторів

При самозбудженні обмотка збудження ротора живиться безпосередньо від висновків самого генератора через контактні кільця та щітки.

До переваг самозбудження належать:

• Простота схеми
• Відсутність додаткових пристроїв
• Низька вартість

Головний недолік самозбудження - сильна залежність від режиму роботи генератора та мережі. При коротких замиканнях збудження генератора порушується, що може призвести до втрати стійкості та випадання із синхронізму.

Самовзбудження застосовується на генераторах невеликої та середньої потужності, де немає жорстких вимог до стабільності напруги. Для підвищення надійності самозбудження часто дублюється системою незалежного збудження.

Тиристорне збудження генераторів

У цьому типі системи збудження як регулюючий елемент використовуються тиристори.Керування тиристорами дозволяє плавно змінювати напругу на обмотці збудження ротора.

Переваги тиристорного збудження:

• Висока точність регулювання напруги збудження
• Швидкодія системи
• Компактність
• Широкий діапазон регулювання струму збудження

Недоліки тиристорного збудження:

• Висока вартість тиристорів
• Складність схеми керування тиристорами
• Чутливість до перенапруг

Тиристорне збудження використовується переважно на потужних турбогенераторах, де потрібна висока точність регулювання напруги та швидка зміна струму збудження.

Електромашинне збудження генераторів

p align="justify"> При електромашинному збудженні використовується спеціальний збудник - електрична машина постійного струму, механічно пов'язана з валом генератора.

Переваги електромашинного збудження:

• Простота та надійність
• Не вимагає зовнішнього джерела живлення
• Здатність до короткочасного навантаження

• Наявність додаткового обладнання (збудника)
• Обмежений діапазон регулювання напруги
• Низька швидкодія

Електромашинне збудження застосовується на гідрогенераторах середньої та великої потужності.

Напівпровідникове збудження генераторів

Цей тип системи збудження використовує як джерело живлення напівпровідниковий перетворювач, який виробляє регульовану напругу живлення для обмотки збудження ротора.

Переваги напівпровідникового збудження:

• Висока точність та швидкодія
• Широкий діапазон регулювання напруги збудження
• Малі габарити
• Високий ККД

• Висока вартість
• Складність схеми керування
• Чутливість напівпровідникових приладів до перегріву

Напівпровідникове збудження все частіше застосовується на сучасних турбо- та гідрогенераторах великої потужності.

Безщіткове збудження генераторів

В останні роки все більшого поширення набуває безщіткове збудження генераторів. У цій системі відсутній механічний зв'язок між обмоткою збудження ротора та зовнішнім джерелом живлення.

Переваги безщіткового збудження:

• Відсутність контактних кілець та щіток
• Висока надійність
• Збільшений міжремонтний період
• Можливість роботи на високих оборотах

До недоліків можна віднести підвищену складність схеми керування та більш високу вартість.

Безщіткове збудження використовується на сучасних турбогенераторах великої потужності і дозволяє суттєво підвищити їхню надійність.

Вибір системи збудження генератора

При виборі системи збудження конкретного генератора враховуються такі факторы:

• Тип генератора (гідро-або турбогенератор)
• Потужність генератора
• Необхідні показники надійності
• Умови роботи в енергосистемі
• Вимоги до регулювання напруги
• Кліматичні умови

Для невеликих гідрогенераторів зазвичай використовують самозбудження або незалежне збудження. Для потужних турбогенераторів переважно тиристорне або безщіткове збудження.

Тенденції розвитку систем збудження

Основні тенденції розвитку систем збудження генераторів:

• Перехід до повністю безщіткових систем
• Застосування силових напівпровідникових приладів
• Використання цифрових систем керування
• Підвищення швидкодії та точності
• Поліпшення масогабаритних показників

Завдяки цим інноваціям сучасні системи збудження стають компактнішими, надійнішими та зручнішими в експлуатації.

Налагодження системи збудження генератора

Перед пуском генератора необхідно провести налагодження системи збудження. Це включає перевірку обладнання, регулювання параметрів та випробування у роботі.

Основні етапи налагодження:

1. Перевірка цілісності ланцюгів та надійності контактних з'єднань
2. Вимірювання опору обмоток
3. Перевірка та налаштування елементів системи управління та регулювання
4. Опробування системи збудження на холостому ходу при зниженій напрузі
5. Випробування при номінальній напрузі та навантаженні

Правильне налагодження дозволяє забезпечити надійне збудження генератора та необхідні характеристики системи загалом.

Експлуатація системи збудження

У процесі експлуатації генератора необхідний регулярний контроль параметрів системи збудження:

• Напруга та струм збудження
• Температура обмоток та елементів системи
• Опір ізоляції
• Надійність контактних з'єднань

У разі відхилення параметрів від норми слід виявити та усунути несправність. Важливо дотримуватись періодичності техобслуговування та заміни швидкозношуваних елементів згідно з регламентом.

Також необхідно контролювати умови роботи системи збудження – температуру та вологість у приміщенні, відсутність пилу та сторонніх предметів. Це дозволить забезпечити її безперебійну роботу.

Діагностика несправностей системи збудження

У разі виникнення несправностей у роботі системи порушення необхідно провести діагностику визначення причини.

Типові несправності системи збудження:

• Підвищена вібрація та шум
• Іскріння щітково-колекторного вузла
• Перегрів обмоток та елементів
• Відхилення параметрів від норми

Для діагностики можуть використовуватися різні методи – візуальний огляд, контроль параметрів, реєстрація сигналів датчиків. Це дозволяє виявити несправний елемент та усунути проблему.

Заміна щітково-колекторного вузла

Однією з найпоширеніших несправностей електромашинних систем збудження є знос щітково-колекторного вузла. Ознаками зносу є іскріння щіток, нерівномірне знос колектора.

При заміні щітково-колекторного вузла необхідно:

• Демонтувати старий вузол
• Ретельно очистити колектор від бруду та нагару
• Перевірити стан ламелей колектора
• Встановити та відцентрувати новий вузол
• Відрегулювати натискання щіток

Після заміни потрібна обкатка та перевірка роботи вузла у різних режимах.

Заміна силового тиристора

При виході з ладу силового тиристора у системі тиристорного збудження необхідна його заміна. Порядок заміни:

1. Знеструмити схему та розрядити конденсатори
2. Демонтувати несправний тиристор
3. Встановити та закріпити новий тиристор
4. Виконати паяльні сполуки висновків
5. Перевірити якість з'єднань та ізоляцію

Після заміни тиристора необхідно перевірити роботу схеми у всіх режимах.

Ремонт напівпровідникового перетворювача

Напівпровідникові перетворювачі часто застосовують у сучасних системах збудження. При виході перетворювача з ладу провадиться його ремонт.

Можливі несправності перетворювача:

• Вихід з ладу силових транзисторів
• Порушення друкованих плат
• Несправності елементів системи керування

Ремонт перетворювача може містити заміну окремих компонентів, відновлення друкованих плат, перепрограмування системи управління.

Яка напруга подається на збудження генератора?

Підкажіть, яка напруга має бути на роз'ємі контакту D генератора при включенні запалення (без заводу)? У мене гуляє близько 7 вольт. І за наступному заводі горить лампочка акумулятора на панелі, тобто. генератор як би і не працює. У частині ланцюга від акумулятора до 19 запобіжника - 12В. В решті поміряти не можу і продзвонити теж, бо не знаю, де цей біло-коричневий дріт йде.

Напруга збудження має бути близько половини напруги акумулятора. близько 7В – норма. Якщо поміряти прямо на акумуляторі при працюючому двигуні – яка напруга? Якщо більше, ніж 12,6В, то обрив (пробою) діодів підживлення збудження в підкові, якщо напруга менша, то помер генератор або таблетка, до речі термін життя генератора близько 70-100 тис. км. Перевіряй по черзі заміною елементів.

Трохи зрушивши фішку дроту збудження з клеми D генератора, встаємо її тестером. Коли запалення увімкнено і двигун не працює має бути близько 7В. Якщо після запуску двигуна напруга в тій точці менше 12В - пробити додатковий діод живлення ОВ. Це вказує лампа на приборке.

Трохи зрушивши фішку дроту збудження з клеми D генератора, встаємо її тестером. Коли запалення увімкнено і двигун не працює має бути близько 7В. Якщо після запуску двигуна напруга в тій самій точці менше 12В - пробитий додатковий діод живлення ВВ. Це вказує лампа на приборке.

У мене вже другий рік, із настанням негативних температур періодично не працює ВВ. "Лічу" наступним чином: прямий провід з акумулятора, заводка двигуна, глушу двигун, клему ВВ на місце. Все працює. Так поводитися додатковий діод може? Це не неконтакт, перевірено.

На клемі D гени при включенні запалювання, але НЕЗАВЕДЕНОМ двиглі в мене 1,4В (повторюю прописом: півтора вольта!!), вважаю це правильним, т.к. в цей ланцюг втікає струм від контрольної лампи заряду акумулятора на панелі приладів, і лампа горить!
Перевіряв усе це коли ставив собі реле блокування стартера від клеми D гени, і якби там справді було близько 7Вольт, то реле працювало б нестійко.

Сьогодні поміряв значення напруги збудження (клема D) на своєму генераторі. Запалювання включено, двигун не працює – 1.14В. На працюючому двигуні – 13.7В.

Дякую всім за відповіді!

Вчора напруга становила 1.14В. Після запуску майже не піднімалося. На високих обертах та дальньому світлі лампочка намагалася згаснути, але не до кінця. Зняв регулятор напруги – віддав на перевірку. А поки що продзвонив вентилі. Якщо все робив правильно, то за підсумком – пробій у негативних вентилях (або КЗ обмотки на корпус). Під час питання - чи можна замінити випрямний блок ("підкову") не знімаючи і не розбираючи повністю генератор?

можна не знімати гену.
але на знятому зручніше і не загубиться ні чого, це в умовах ями просто.

гвинти кріплення викрутив, як шайби стоять подивився, відколупав якщо самі не відпали, висновки обмоток окуратно відігнув підкова в руках.

ось тільки як продзвонювати вентилі не від'єднуючи обмоток, не розумію.

зи сам тільки що боровся з відсудженням зарядки, на акб 8.5в, машин не їде.
Результат на реле переломився провід на одній щітці, пружина кудато поділася (можна вона накрутилася кудато?) Щітка вільно бовтається в гнізді.
реле було завбачливо куплено заздалегідь (старе в запас після додавання щітки), акб на зарядку - ввечері знатиму воно чи ні.

Перевіряв так (від'єднав всі дроти від гени та акумулятора, джерело струму - акумулятор, лампа 12В, 5 Вт):

Пробій у "-" вентилях або КЗ обмотки на масу (ось при цьому тесті у мене лампочка горіла в обох напрямках):

Порушення синхронних генераторів

Обмотки роторів синхронних генераторів отримують живлення від спеціальних джерел постійного струму, які називаються збудниками.

Потужність збудників становить 0,3-1% потужності генератора, а номінальна напруга – від 100 до 650 В. Чим потужніший генератор, тим більше номінальна напруга збудження.

Сучасні схеми порушення крім збудника містять велику кількість допоміжного обладнання. Сукупність збудника, допоміжних та регулюючих пристроїв прийнято називати системою збудження.

Електричне з'єднання збудника з обмоткою генератора ротора виконується переважно за допомогою контактних кілець і щіток. Створені та застосовуються безщіткові системи збудження.

Системи збудження повинні бути надійними та економічними, допускати регулювання струму збудження в необхідних межах, бути досить швидкодіючими, а також забезпечувати стельове збудження у разі виникнення аварії в мережі.

Регулюючи струм збудження, змінюють напругу синхронного генератора і реактивну потужність, що віддається їм в мережу. Регулювання збудження генератора дозволяє підвищити стабільність паралельної роботи.

При глибоких зниженнях напруги, які мають місце, наприклад, при коротких замиканнях, застосовується форсування (швидке збільшення) збудження генераторів, що сприяє припиненню електричних коливань та збереженню стійкості паралельної роботи генераторів. Крім того, швидкодіюче регулювання та форсування збудження підвищують надійність роботи релейного захисту та полегшують умови самозапуску електродвигунів власних потреб електростанцій.

Рис.1. Зміна напруги збудження під час форсування

Найважливішими характеристиками систем збудження є: швидкодія, яка визначається швидкістю наростання напруги на обмотці ротора при форсуванні V = 0,632 (U_{f, піт} - U_f,ном) / U_f,номt₁ (рис.1), і відношення стельової напруги до номінальної напруги збудження U_{f, піт} /U_f,ном = k_ф - так звана кратність форсування.

Згідно з ГОСТ турбогенератори повинні мати k_ф≥2а швидкість наростання збудження не менше 2 1/с. Кратність форсування для гідрогенераторів повинна бути не менше 1,8 для колекторних збудників, з'єднаних з валом генератора, та не менше 2 для інших систем збудження. Швидкість наростання напруги збудження повинна бути не менше 1,3 1/с для гідрогенераторів до 4 Мбайта включно і не менше 1,5 1/с для гідрогенераторів великих потужностей.

Для потужних гідрогенераторів, що працюють на дальні електропередачі, до систем збудження пред'являється більш висока вимога (k_ф=3-4, швидкість наростання збудження до 10U_f,ном за секунду).

Обмотка ротора та системи збудження генераторів з непрямим охолодженням повинні витримувати дворазовий по відношенню до номінального струму протягом 50 с.Для генераторів з безпосереднім охолодженням обмоток ротора цей час скорочується до 20 с, для генераторів 800-1000 МВт прийнято 15 с, 1200 МВт - 10 с (ГОСТ533-85Е).

Системи збудження генераторів можна розділити на дві групи: незалежне збудження та самозбудження (залежне збудження).

До першої групи відносяться всі електромашинні збудники постійного та змінного струму, пов'язані з валом генератора. Другу групу складають системи збудження, які отримують живлення безпосередньо від висновків генератора через спеціальні знижувальні трансформатори. До цієї групи можуть бути віднесені системи збудження з окремо встановленими електромашинними збудниками, що приводяться в обертання електродвигунами змінного струму, які отримують живлення від власних шин електроенергії.

Незалежне збудження генераторів

Незалежне збудження генераторів набуло найбільшого поширення. Основна перевага цього способу полягає в тому, що збудження синхронного генератора не залежить від режиму електричної мережі і тому є найбільш надійним.

На генераторах потужністю до 100 МВт включно застосовують, як правило, як збудник генератор постійного струму, з'єднаний з валом синхронного генератора (рис.2).

Рис.2. Принципова схема незалежного електромашинного збудження генератора

Порушення самого збудника виконано за схемою самозбудження (обмотка збудження збудника LGE живиться від якоря збудника). Регулювання збудження збудника здійснюється вручну шунтовим реостатом RR, встановленим в ланцюзі LGE або автоматично регулятором збудження АРВ.

Недоліки системи збудження з генератором постійного струму визначаються переважно недоліками самого збудника. Одним із недоліків є порівняно невисока швидкість наростання збудження, особливо у збудників гідрогенераторів, які мають низьку частоту обертання (V=1-21/с).

Інший недолік аналізованої системи збудження характерний для турбогенераторів, що мають більшу частоту обертання. Він обумовлений зниженням надійності роботи генератора постійного струму через вібрацію та важкі умови роботи щіток і колектора (умов комутації).

Для турбогенераторів потужністю вище 165 МВт потужність збудження стає настільки значною, що виконати надійно працюючий генератор постійного струму на частоту обертання 3000 об/хв за умов комутації стає скрутним.

Для зниження частоти обертання збудника з метою підвищення надійності роботи іноді виконують з'єднання збудника з валом генератора через редуктор. Така система була застосована для низки турбогенераторів, у тому числі і для генераторів ТГВ-300 та ТВМ-300. Недоліком цієї системи порушення є наявність додаткової механічної передачі.

Для збудження великих генераторів у СРСР застосовуються системи збудження з напівпровідниковими випрямлячами.

У системі збудження з використанням напівпровідникових випрямлячів з валом турбогенератора зчленований допоміжний генератор, напруга якого випрямляється та підводиться до обмотки ротора турбогенератора (рис.3).

Рис.3. Принципова схема високочастотного збудження турбогенератора

Як допоміжний генератор застосовується високочастотний генератор індукторного типу.Такий генератор не має обмотки на обертовому роторі, що підвищує його надійність в експлуатації.

Індукторний високочастотний генератор-збудник ВГТ має три обмотки збудження, розташовані разом з трифазною обмоткою змінного струму на нерухомому статорі. різке збільшення збудження ВГТ при коротких замиканнях в енергосистемі внаслідок кидка струму в роторі.

Регулювання струму в LGE2 та LGE3 здійснюється за допомогою двох пристроїв - відповідно регуляторів електромагнітного типу АРВ (автоматичний регулятор збудження) та УБФ (пристрій безконтактного форсування збудження).

Пристрій АРВ забезпечує підтримку напруги генератора в нормальному режимі роботи зміною струму в обмотці LGE2.

Високочастотна система збудження забезпечує k_ф=2 і швидкість наростання напруги збудження щонайменше 2 1/с.

Рис.4. Принципова схема незалежного тиристорного збудження генераторів

p align="justify"> Принципова схема системи незалежного тиристорного збудження (ТН) представлена ​​на рис.4. На одному валу з генератором G розташовується синхронний допоміжний генератор GE, який має на статорі трифазну обмотку з відпаюванням. У схемі, показаній на рис.4, є дві групи тиристорів: робоча VS1 та форсувальна VS2. На стороні змінного струму вони включені на різну напругу, на стороні постійного струму – паралельно. Порушення генератора в нормальному режимі забезпечує робоча група тиристорів VS1, які відкриваються подачею на електрод, що управляє, відповідного потенціалу.

Форсувальна група у своїй майже закрита. У режимі форсування збудження тиристори FS2, що живляться від повної напруги допоміжного генератора, повністю відкриваються і дають весь струм форсування. Робоча група при цьому замикається більш високою напругою групи форсувань.

Розглянута система має найбільшу швидкодію в порівнянні з іншими системами та дозволяє отримати k_ф>2. Системи незалежного тиристорного порушення знайшли широке застосування. Раніше, до освоєння вітчизняної промисловістю виробництва тиристорів достатньої потужності, за аналогічними схемами виконувались схеми іонного незалежного збудження (ІН), де застосовувалися ртутні вентилі з сіточним керуванням.

Усі генератори з розглянутими вище збудниками мають спеціальну конструкцію для підведення струму до обмотки ротора. Вона є контактними кільцями на валу ротора, до яких струм підводиться за допомогою щіток. Така контактна система недостатньо надійна. Цей недолік особливо проявляється при струмах збудження 3000 А та більше (генератори потужністю 300 МВт і більше).

Перспективною, особливо для турбогенераторів великої потужності, є система безщіткового збудження, що не має зазначених недоліків. У цій системі порушення, сутність якої пояснює рис.5, немає рухливих контактних з'єднань.

Рис.5. Принципова схема безщіткового збудження генераторів

Джерелом енергії для живлення обмотки ротора LG є синхронний допоміжний генератор GE. Цей генератор виконаний на кшталт оборотних машин, тобто. обмотка змінного струму розташована на частині, що обертається, а обмотка збудження нерухома. Порушення генератора GE здійснюється від збудника GEA.

Струм від обертової обмотки змінного струму допоміжного генератора підводиться через провідники, закріплені на валу, до напівпровідникового (зазвичай кремнієвого) випрямляча, що обертається. Випрямлений струм підводиться безпосередньо до обмотування збудження основного генератора.

Регулювання струму збудження в обмотці ротора LG здійснюється зміною струму в обмотці збудження допоміжного генератора LGE.

Напівпровідниковий перетворювач VD, що обертається, зовні закривається звукопоглинаючим кожухом.

Система безщіткового збудження інтенсивно вдосконалюється та є перспективною для генераторів усіх типів, особливо для турбогенераторів великої потужності (300-1200 МВт).

Системи самозбудження

Системи самозбудження менш надійні, ніж системи незалежного збудження, оскільки робота збудника залежить від режиму мережі змінного струму. Короткі замикання в мережі, що супроводжуються зниженням напруги, порушують нормальну роботу системи збудження, яка саме в цих випадках має забезпечити форсування струму в обмотці генератора ротора.

Рис.6. Принципова схема залежного електромашинного збудження

Принципова схема збудження синхронного генератора з електромашинним збудливим агрегатом показано на рис.6. Збудливий агрегат складається з асинхронного двигуна М, що живиться від шин потреб електростанції і генератора постійного струму GE. Для підвищення надійності роботи збудливого агрегату при форсуванні збудження асинхронний двигун, що обертає збудник GE, вибирається з необхідною здатністю до перевантаження.

Такі збудливі агрегати набули широкого поширення на електростанціях як резервні джерела збудження.

Рис.7. Принципова схема напівпровідникового самозбудження

Один із можливих варіантів схем самозбудження з напівпровідниковими перетворювачами представлений на рис.7.

Основними елементами схеми є дві групи напівпровідникових перетворювачів - некеровані вентилі VD і керовані VS, трансформатор силового компаундування ТА і випрямний трансформатор ТЕ.

Некеровані вентилі VD отримують живлення від трансформаторів ТА, вторинний струм яких пропорційний струму статора генератора, керовані вентилі VS отримують живлення від трансформатора ТЕ, вторинна напруга якого пропорційна напруги генератора.

Вентилі VD, струм яких пропорційний струму статора генератора, забезпечують збудження машини при навантаженні та форсування збудження при коротких замиканнях. Потужність вентилів VS розраховують таким чином, щоб вона була достатня для збудження генераторів на холостому ходу і регулювання збудження в нормальному режимі. У номінальному режимі некеровані вентилі забезпечують 70-80% струму збудження генератора.При належному виборі параметрів система напівпровідникового самозбудження за своїми властивостями наближається до системи незалежного тиристорного (іонного) збудження, тому застосовується на потужних синхронних машинах. Раніше промисловість широко випускала системи іонного самозбудження із ртутними вентилями.

ПІДМЕНЮ ГЕНЕРАТОР

• Купити генератор можна ТУТ
  
• Меню розділу
• Тех характеристики та конструкції генераторів
• Системи охолодження генераторів
• Порушення синхронних генераторів
• Автоматичне гасіння поля генераторів
• Автоматичне регулювання збудження генератора