¿Qué es un sistema de excitación de generador?

¿Qué es un sistema de excitación de generador?

Sistema de excitación del generador. La fuente de alimentación que suministra la corriente de excitación del generador síncrono y sus equipos auxiliares se denominan colectivamente sistema de excitación. Generalmente, se compone de dos partes principales: la unidad de potencia de excitación y el regulador de excitación. La unidad de potencia de excitación proporciona corriente de excitación al rotor del generador síncrono; el regulador de excitación controla la salida de la unidad de potencia de excitación según la señal de entrada y los criterios de regulación dados. El regulador automático de excitación del sistema de excitación desempeña un papel importante en la mejora de la estabilidad de las unidades en paralelo del sistema de potencia. En particular, el desarrollo de los sistemas de potencia modernos conduce a la tendencia de reducir el límite de estabilidad de las unidades y también promueve el desarrollo continuo de la tecnología de excitación. El sistema de excitación del generador síncrono consta principalmente de dos partes: la unidad de potencia y el regulador (dispositivo).

1. Las principales funciones del sistema de excitación son:

1) Ajuste la corriente de excitación de acuerdo con el cambio de la carga del generador para mantener el voltaje del terminal de la máquina como el valor dado;

2) Controlar la distribución de potencia reactiva entre los generadores en operación en paralelo;

3) Mejorar la estabilidad estática del funcionamiento en paralelo de los generadores;

4) Mejorar la estabilidad transitoria de los generadores que funcionan en paralelo;

5) Cuando hay una falla dentro del generador, se elimina el campo magnético para reducir el grado de pérdida por falla;

6) Implemente el límite de excitación nominal y el límite de excitación mínima en el generador según los requisitos de operación. El sistema de excitación del generador síncrono presenta diversas formas, y según el modo de alimentación, se divide en dos categorías: tipo de excitación independiente y tipo autoexcitado.

Dos. Diversas formas en que los generadores pueden obtener corriente de excitación.

1. Modo de excitación de la fuente de alimentación del generador de CC:

Este tipo de generador de excitación cuenta con un generador de CC especial, denominado excitador de CC. El excitador generalmente es coaxial con el generador. El devanado de excitación del generador se alimenta a través del anillo colector instalado en el eje grande y de una escobilla fija del excitador para obtener corriente CC. Este modo de excitación ofrece las ventajas de una corriente de excitación independiente, un funcionamiento fiable y la reducción del consumo eléctrico para autoconsumo. Ha sido el principal modo de excitación de generadores en las últimas décadas y cuenta con una experiencia operativa más consolidada. La desventaja es que la velocidad de regulación de la excitación es lenta y requiere un gran mantenimiento, por lo que rara vez se utiliza en unidades superiores a 10 MW.

2. Modo de excitación de la fuente de alimentación del excitador de CA:

Algunos generadores modernos de alta capacidad utilizan un excitador de CA para generar corriente de excitación. Este excitador se instala en el eje principal del generador y su corriente alterna de salida fluye a través del rectificador para alimentar la excitación del rotor. En este caso, el modo de excitación del generador es diferente al de otros modos de excitación. Gracias al rectificador estático, también se conoce como excitación estática. El excitador secundario de CA genera corriente de excitación. Este excitador secundario puede ser una máquina de imanes permanentes o un alternador con un dispositivo de voltaje constante autoexcitado. Para optimizar la velocidad de regulación de la excitación, el excitador de CA suele utilizar un generador de frecuencia intermedia de 100-200 Hz, mientras que el secundario utiliza uno de 400-500 Hz. El devanado de excitación de CC y el devanado de CA trifásico de este generador se enrollan en la ranura del estator. El rotor, como un engranaje, solo tiene dientes y ranuras, sin devanado. Por lo tanto, no tiene escobillas, anillos rozantes ni otras piezas de contacto rotativas. Ofrece un funcionamiento fiable, una estructura sencilla y un proceso de fabricación práctico, entre otras ventajas. La desventaja es que el ruido y el componente armónico del potencial de CA son mayores.

3. Modo de excitación sin excitador:

En el modo de excitación no se instala un excitador especial, y la potencia de excitación se obtiene del propio generador, el cual se excita tras la rectificación. Esta excitación se denomina excitación estática autoexcitada. La excitación estática autoexcitada se divide en dos tipos: excitación autoen derivación y excitación autocompuesta. En el modo de excitación autoen derivación, la corriente de excitación se obtiene a través del transformador rectificador conectado a la salida del generador y se suministra al generador tras la rectificación. Este modo de excitación ofrece las ventajas de una unión sencilla, menor equipamiento, menor inversión y menor mantenimiento. El modo de excitación autocompuesta no solo no requiere transformador rectificador, sino que también cuenta con un transformador de corriente de alta potencia en serie en el bucle del estator del generador. La función del transformador es proporcionar una mayor corriente de excitación al generador en caso de cortocircuito, compensando así la deficiencia de la salida del transformador rectificador. Este modo de excitación tiene dos fuentes de alimentación: la de tensión, obtenida por el transformador rectificador, y la de corriente, obtenida por el transformador en serie.

iii. Características relacionadas con el generador y la corriente de excitación

1, regulación de voltaje

El sistema de excitación con regulación automática puede considerarse un sistema de control de retroalimentación negativa, cuya magnitud regulada es la tensión. La corriente de carga reactiva es la principal causa de la caída de la tensión en los terminales del generador. Cuando la corriente de excitación se mantiene constante, la tensión en los terminales del generador disminuye al aumentar la corriente reactiva. Sin embargo, para satisfacer las necesidades de calidad de la energía de los usuarios, la tensión en los terminales del generador debe mantenerse prácticamente invariable. Para lograrlo, es necesario ajustar la corriente de excitación del generador a la variación de la corriente reactiva.

2, regulación de potencia reactiva:

Cuando el generador funciona en paralelo con el sistema, se puede considerar que funciona con la barra colectora de la fuente de alimentación de capacidad infinita. Para variar la corriente de excitación del generador, también cambian el potencial inducido y la corriente del estator, así como la corriente reactiva. Cuando el generador funciona en paralelo con el sistema de capacidad infinita, es necesario ajustar la corriente de excitación para modificar su potencia reactiva. En este caso, el cambio en la corriente de excitación del generador no se conoce como "regulación de tensión", sino que solo modifica la potencia reactiva suministrada al sistema.

3, distribución de carga reactiva:

Los generadores que funcionan en paralelo distribuyen la corriente reactiva proporcionalmente según su capacidad nominal. Los generadores de mayor capacidad deben soportar mayor carga reactiva, mientras que los de menor capacidad deben proporcionar menor. Para lograr la distribución automática de la carga reactiva, la corriente de excitación del generador puede modificarse mediante el dispositivo de excitación de regulación automática de alta tensión para mantener la tensión en los terminales sin cambios. Además, puede ajustarse la inclinación de la característica de regulación de tensión del generador para lograr una distribución adecuada de la carga reactiva del generador en paralelo.

Método de ajuste automático de la corriente de excitación

Al cambiar la corriente de excitación del generador, generalmente no se realiza directamente en el bucle del rotor, ya que la corriente en el bucle es muy grande y no es fácil de ajustar directamente. El método habitual consiste en cambiar la corriente de excitación del excitador para lograr el propósito de ajustar la corriente del rotor del generador. Los métodos comunes incluyen cambiar la resistencia del circuito de excitación del excitador, cambiar la corriente de excitación adicional del excitador, cambiar el ángulo de encendido del tiristor, etc. Aquí se describe principalmente el método para cambiar el ángulo de encendido del tiristor, que se basa en los cambios de voltaje, corriente o factor de potencia del generador, y en consecuencia cambia el ángulo de encendido del rectificador del tiristor, por lo que la corriente de excitación del generador cambia. Este dispositivo generalmente se compone de transistores y componentes electrónicos de tiristores, con sensibilidad, rapidez, sin zona de fallo, gran potencia de salida, tamaño compacto y peso ligero, entre otras ventajas. En caso de accidente, la sobretensión del generador se puede suprimir eficazmente y el campo magnético se puede eliminar rápidamente. El dispositivo de excitación de regulación automática suele estar compuesto por una unidad de medición, una unidad de sincronización, una unidad de amplificación, una unidad de ajuste, una unidad de estabilización, una unidad de limitación y algunas unidades auxiliares. La señal medida (como tensión, corriente, etc.) se compara con el valor dado tras ser transformada por la unidad de medición. El resultado de la comparación (desviación) es amplificado por la unidad de preamplificación y la unidad de amplificación de potencia, y se utiliza para controlar el ángulo de activación del tiristor y ajustar la corriente de excitación del generador. La función de la unidad de sincronización es sincronizar la salida del pulso de disparo del desfasador con la fuente de alimentación de excitación de CA del rectificador de tiristores para garantizar la activación correcta del silicio controlado. La función de la unidad de ajuste diferencial es hacer que los generadores funcionen en paralelo para distribuir la carga reactiva de forma estable y razonable. La unidad de estabilidad mejora la estabilidad del sistema de potencia. La unidad de estabilización del sistema de excitación mejora la estabilidad del sistema de excitación. La unidad limitadora está diseñada para evitar que el generador funcione en condiciones de sobreexcitación o subexcitación. Cabe destacar que no todos los dispositivos de excitación de regulación automática cuentan con las unidades mencionadas, y que las unidades de un dispositivo regulador se relacionan con las tareas específicas que desempeña.

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