Qu'est-ce qu'un système d'excitation de générateur ?

Qu'est-ce qu'un système d'excitation de générateur ?

Le système d'excitation d'un générateur synchrone comprend l'alimentation électrique fournissant le courant d'excitation et ses équipements auxiliaires. Il se compose généralement de deux parties principales : l'unité de puissance d'excitation et le régulateur d'excitation. L'unité de puissance d'excitation fournit le courant d'excitation au rotor du générateur synchrone. Le régulateur d'excitation contrôle la sortie de l'unité de puissance d'excitation en fonction du signal d'entrée et des critères de régulation définis. Le régulateur d'excitation automatique joue un rôle important dans l'amélioration de la stabilité des groupes parallèles du réseau électrique. En particulier, le développement des réseaux électriques modernes tend à réduire la limite de stabilité des groupes et favorise le développement continu des technologies d'excitation. Le système d'excitation d'un générateur synchrone se compose principalement de deux parties : l'unité de puissance et le régulateur.

1. Les principales fonctions du système d'excitation sont :

1) Ajuster le courant d'excitation en fonction de la variation de la charge du générateur afin de maintenir la tension aux bornes de la machine à la valeur donnée ;

2) Contrôler la distribution de la puissance réactive entre les générateurs en fonctionnement parallèle ;

3) Améliorer la stabilité statique du fonctionnement en parallèle des générateurs ;

4) Améliorer la stabilité transitoire des générateurs fonctionnant en parallèle ;

5) En cas de panne à l'intérieur du générateur, le champ magnétique est supprimé pour réduire le degré de perte due à la panne ;

6) Mettre en œuvre les limites d'excitation nominale et de sous-excitation du générateur conformément aux exigences de fonctionnement. Les systèmes d'excitation des générateurs synchrones présentent diverses configurations ; selon le mode d'alimentation, on distingue deux catégories : les générateurs à excitation séparée et les générateurs à auto-excitation.

Deux. Plusieurs façons pour les générateurs d'obtenir un courant d'excitation

1. Mode d'excitation de l'alimentation du générateur CC :

Ce type de générateur à excitation utilise un générateur à courant continu spécifique, appelé excitateur. Cet excitateur est généralement coaxial au générateur. L'enroulement d'excitation du générateur est alimenté par l'excitateur via une bague collectrice fixée sur l'arbre principal et des balais fixes, afin d'obtenir un courant continu. Ce mode d'excitation présente l'avantage d'un courant d'excitation indépendant, d'un fonctionnement fiable et d'une réduction de la consommation d'électricité propre. Principal mode d'excitation des générateurs ces dernières décennies, il bénéficie d'une grande expérience d'exploitation. Son principal inconvénient réside dans la lenteur de la régulation de l'excitation et l'importance des opérations de maintenance, ce qui explique sa faible utilisation dans les unités de plus de 10 MW.

2. Mode d'excitation de l'alimentation électrique de l'excitateur CA :

Certains générateurs modernes de forte puissance utilisent un excitateur à courant alternatif pour fournir le courant d'excitation. Cet excitateur est installé sur l'arbre principal du générateur et son courant alternatif de sortie, après redressement, alimente le rotor. Dans ce cas, le mode d'excitation du générateur est dit statique, du fait de la présence d'un redresseur statique. L'excitateur secondaire à courant alternatif fournit le courant d'excitation. Cet excitateur secondaire peut être une machine à aimants permanents ou un alternateur à tension constante auto-excité. Afin d'améliorer la rapidité de la régulation de l'excitation, l'excitateur principal utilise généralement un générateur de fréquence intermédiaire de 100 à 200 Hz, tandis que l'excitateur secondaire utilise un générateur de fréquence intermédiaire de 400 à 500 Hz. L'enroulement d'excitation CC et l'enroulement triphasé CA de cette génératrice sont bobinés dans les encoches du stator. Le rotor, constitué uniquement de dents et d'encoches sans enroulement, à la manière d'un engrenage, ne comporte ni balais, ni bagues collectrices, ni autres pièces de contact rotatives. Il présente ainsi de nombreux avantages : fiabilité, simplicité de fabrication et fiabilité. Son principal inconvénient réside dans un niveau sonore plus élevé et une part plus importante d'harmoniques dans le potentiel alternatif.

3. Mode d'excitation sans excitateur :

En mode d'excitation, aucun excitateur spécifique n'est installé ; la puissance d'excitation est fournie par le générateur lui-même, qui est ensuite excité après redressement. On parle alors d'excitation statique auto-excitée. L'excitation statique auto-excitée se divise en deux variantes : l'excitation shunt et l'excitation composée. En mode shunt, le courant d'excitation est obtenu via un transformateur redresseur connecté à la sortie du générateur, puis injecté dans ce dernier après redressement. Ce mode d'excitation présente l'avantage d'une jonction simple, d'un équipement réduit, d'un investissement moindre et d'une maintenance simplifiée. Le mode d'excitation composée, quant à lui, ne nécessite pas de transformateur redresseur, mais intègre un transformateur de courant de forte puissance en série dans la boucle statorique du générateur. Ce transformateur a pour fonction de fournir un courant d'excitation plus important au générateur en cas de court-circuit, afin de compenser l'insuffisance de courant de sortie du transformateur redresseur. Ce mode d'excitation dispose de deux sources d'alimentation : la source de tension fournie par le transformateur redresseur et la source de courant fournie par le transformateur série.

III. Caractéristiques liées au générateur et au courant d'excitation

1. Régulation de la tension

Le système d'excitation à régulation automatique peut être considéré comme un système de contrôle à rétroaction négative, la tension étant la grandeur régulée. Le courant de charge réactive est la principale cause de la chute de tension aux bornes du générateur. À courant d'excitation constant, la tension aux bornes du générateur diminue lorsque le courant réactif augmente. Cependant, afin de satisfaire aux exigences des utilisateurs en matière de qualité de l'énergie, la tension aux bornes du générateur doit rester sensiblement constante. Pour ce faire, le courant d'excitation du générateur est ajusté en fonction des variations du courant réactif.

2. Régulation de la puissance réactive :

Lorsqu'un générateur fonctionne en parallèle avec le réseau, on peut le considérer comme fonctionnant avec la barre omnibus d'une alimentation électrique de capacité infinie. Modifier le courant d'excitation du générateur modifie également le potentiel induit et le courant statorique, et par conséquent son courant réactif. Dans ce cas, il est nécessaire d'ajuster le courant d'excitation du générateur pour modifier sa puissance réactive. Il ne s'agit pas ici d'une régulation de tension au sens strict, mais uniquement d'une modification de la puissance réactive injectée dans le réseau.

3. Répartition de la charge réactive :

Les générateurs fonctionnant en parallèle répartissent le courant réactif proportionnellement à leur puissance nominale. Les générateurs de forte puissance supportent une charge réactive plus importante, tandis que ceux de faible puissance en supportent une moindre. Afin d'assurer cette répartition automatique, le courant d'excitation du générateur est ajusté par le dispositif d'excitation du régulateur automatique de haute tension, ce qui permet de maintenir la tension aux bornes constante. De plus, la pente de la courbe de régulation de tension du générateur est paramétrée pour obtenir une répartition optimale de la charge réactive des générateurs fonctionnant en parallèle.

Méthode de réglage automatique du courant d'excitation

Lorsqu'on modifie le courant d'excitation d'un générateur, on n'intervient généralement pas directement dans le circuit rotorique, car le courant y est très élevé et difficile à ajuster directement. La méthode courante consiste à modifier le courant d'excitation de l'excitateur pour ajuster le courant rotorique du générateur. Parmi les méthodes courantes, on peut citer la modification de la résistance du circuit d'excitation de l'excitateur, la modification du courant d'excitation additionnel de l'excitateur, ou encore la modification de l'angle de conduction du thyristor. Nous nous concentrerons ici sur la méthode de modification de l'angle de conduction du thyristor. En fonction des variations de tension, de courant ou de facteur de puissance du générateur, on modifie en conséquence l'angle de conduction du redresseur à thyristors, ce qui modifie le courant d'excitation du générateur. Ce dispositif est généralement composé de transistors et de thyristors. Il présente d'autres avantages : sensibilité, rapidité, absence de zone de défaillance, puissance de sortie élevée, dimensions compactes et poids léger. En cas d'incident, la surtension du générateur peut être efficacement supprimée et le champ magnétique rapidement éliminé. Le dispositif d'excitation à régulation automatique est généralement composé d'une unité de mesure, d'une unité de synchronisation, d'une unité d'amplification, d'une unité d'ajustement, d'une unité de stabilisation, d'une unité de limitation et de plusieurs unités auxiliaires. Le signal mesuré (tension, courant, etc.) est comparé à une valeur de consigne après transformation par l'unité de mesure. Le résultat de cette comparaison (écart) est ensuite amplifié par l'unité de préamplification puis par l'unité d'amplification de puissance. Ce résultat sert à contrôler l'angle de conduction du thyristor afin d'ajuster le courant d'excitation du générateur. L'unité de synchronisation synchronise l'impulsion de déclenchement de l'élément de déphasage avec l'alimentation d'excitation alternative du redresseur à thyristors pour garantir le bon amorçage du transistor commandé. L'unité d'ajustement différentiel permet aux générateurs fonctionnant en parallèle de répartir la charge réactive de manière stable et rationnelle. L'unité de stabilisation contribue à améliorer la stabilité du réseau électrique. L'unité de stabilisation du système d'excitation est utilisée pour améliorer la stabilité de ce dernier. Le limiteur est conçu pour empêcher le générateur de fonctionner en cas de surexcitation ou de sous-excitation. Il convient de préciser que tous les dispositifs de régulation automatique d'excitation ne sont pas équipés de ce limiteur, et que les composants d'un régulateur dépendent de sa fonction.

Pour toute question concernant le groupe électrogène, veuillez contacter l'équipe Beidou Power. Forte de plus de dix ans d'expérience dans la production et la vente d'équipements de production d'énergie, Beidou Power met à votre service une équipe d'ingénieurs hautement qualifiés. Choisir Beidou Power, c'est choisir la sérénité. Visite de notre usine bienvenue.