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

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

Système d'excitation du générateur. L'alimentation électrique fournissant le courant d'excitation du générateur synchrone et ses équipements auxiliaires sont collectivement appelés système d'excitation. 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 donnés. Le régulateur d'excitation automatique du système d'excitation joue un rôle important dans l'amélioration de la stabilité des unités parallèles du système électrique. En particulier, le développement des systèmes électriques modernes entraîne une tendance à la réduction de la limite de stabilité des unités et favorise également le développement continu des technologies d'excitation. Le système d'excitation du générateur synchrone se compose principalement de deux parties : l'unité de puissance et le régulateur (dispositif).

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

1) Ajuster le courant d'excitation en fonction du changement de la charge du générateur pour 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) Appliquer une limite d'excitation nominale et une faible limite d'excitation au générateur en fonction des exigences de fonctionnement. Le système d'excitation d'un générateur synchrone se décline en plusieurs formes et, selon le mode d'alimentation, il peut être divisé en deux catégories : le type d'excitation séparée et le type auto-excité.

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 d'excitation est équipé d'un générateur CC spécial, appelé excitateur CC. L'excitateur est généralement coaxial au générateur. Son enroulement d'excitation est alimenté par une bague collectrice montée sur le grand arbre et un balai fixe de l'excitateur pour produire du courant CC. Ce mode d'excitation présente les avantages suivants : un courant d'excitation indépendant, un fonctionnement fiable et une consommation électrique réduite. Il s'agit du principal mode d'excitation des générateurs au cours des dernières décennies et bénéficie d'une expérience d'exploitation plus aboutie. Son inconvénient réside dans sa lenteur de régulation et sa charge de maintenance importante, ce qui le rend rarement utilisé pour les unités de plus de 10 MW.

2. Mode d'excitation de l'alimentation de l'excitatrice CA :

Certains générateurs modernes de grande capacité utilisent une excitatrice CA pour fournir le courant d'excitation. Cette excitatrice est également installée sur l'arbre principal du générateur et son courant alternatif de sortie circule dans le redresseur pour alimenter l'excitation du rotor du générateur. Le mode d'excitation du générateur est alors un mode alternatif. En raison du redresseur statique, on parle d'excitation statique. L'excitatrice secondaire CA fournit le courant d'excitation. L'excitatrice secondaire CA peut être une machine à aimant permanent ou un alternateur à tension constante auto-excitée. Afin d'améliorer la vitesse de régulation de l'excitation, l'excitatrice CA utilise généralement un générateur à fréquence intermédiaire de 100 à 200 Hz, et l'excitatrice secondaire CA, un générateur à fréquence intermédiaire de 400 à 500 Hz. Les enroulements d'excitation CC et CA triphasés de ce générateur sont bobinés dans l'encoche du stator, tandis que le rotor ne comporte que des dents et des encoches, sans bobinage, comme un engrenage. Il est donc dépourvu de balais, de bagues collectrices et d'autres pièces de contact rotatives. Il offre un fonctionnement fiable, une structure simple et un procédé de fabrication pratique, entre autres avantages. L'inconvénient réside dans un bruit et une composante harmonique du potentiel CA plus importants.

3. Mode d'excitation sans excitateur :

En mode excitation, aucun excitateur spécifique n'est installé. La puissance d'excitation est obtenue à partir du générateur lui-même, puis celui-ci est excité après redressement. On parle alors d'excitation statique auto-excitée. Cette excitation se divise en deux modes : l'excitation auto-shunt et l'excitation auto-composée. Dans le mode d'excitation auto-shunt, le courant d'excitation est obtenu via le transformateur redresseur connecté à la sortie du générateur et l'alimentation du générateur après redressement. Ce mode d'excitation présente les avantages d'une jonction simple, d'un équipement réduit, d'un investissement moindre et d'une maintenance réduite. Le mode d'excitation auto-composée ne nécessite pas de transformateur redresseur, mais intègre un transformateur de courant haute puissance en série dans la boucle statorique du générateur. Le transformateur a pour fonction de fournir un courant d'excitation plus important au générateur en cas de court-circuit, afin de compenser la défaillance de la sortie du transformateur redresseur. Ce mode excitant dispose de deux sources d'alimentation excitantes, la source d'alimentation en tension obtenue par le transformateur redresseur et la source de courant obtenue par le transformateur série.

Iii. Caractéristiques relatives au générateur et au courant d'excitation

1, régulation de tension

Le système d'excitation à régulation automatique peut être considéré comme un système de contrôle à contre-réaction dont la tension est la grandeur régulée. Le courant de charge réactif 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 avec l'augmentation du courant réactif. Cependant, pour répondre aux exigences des utilisateurs en matière de qualité de l'énergie, la tension aux bornes du générateur doit rester pratiquement inchangée. Pour y parvenir, il faut ajuster le courant d'excitation en fonction de la variation du courant réactif.

2, régulation de la puissance réactive :

Lorsque le générateur fonctionne en parallèle avec le système, on peut considérer qu'il fonctionne avec le jeu de barres de l'alimentation à capacité infinie. Pour modifier le courant d'excitation du générateur, le potentiel induit et le courant statorique, ainsi que le courant réactif, varient également. Lorsque le générateur fonctionne en parallèle avec le système à capacité infinie, le courant d'excitation doit être ajusté afin de modifier sa puissance réactive. À ce stade, la modification du courant d'excitation du générateur ne constitue pas ce que l'on appelle communément une « régulation de tension », mais modifie uniquement la puissance réactive injectée dans le système.

3, répartition de la charge réactive :

Les générateurs fonctionnant en parallèle répartissent le courant réactif proportionnellement à leur capacité nominale. Les générateurs de grande capacité doivent supporter une charge réactive plus importante, tandis que les générateurs de petite capacité doivent en supporter une plus faible. Afin de réaliser une répartition automatique de la charge réactive, le courant d'excitation du générateur peut être modifié par le dispositif de régulation automatique de la haute tension afin de maintenir la tension aux bornes inchangée. L'inclinaison de la caractéristique de régulation de tension du générateur peut également être ajustée pour assurer une répartition raisonnable de la charge réactive du générateur fonctionnant en parallèle.

Méthode de réglage automatique du courant d'excitation

La modification du courant d'excitation d'un générateur ne s'effectue généralement pas directement dans la boucle rotorique. En effet, le courant dans la boucle étant très important, il est difficile à ajuster directement. La méthode généralement utilisée consiste à modifier le courant d'excitation de l'excitatrice pour ajuster le courant rotorique du générateur. Les méthodes courantes incluent la modification de la résistance du circuit d'excitation, du courant d'excitation supplémentaire, de l'angle d'activation du thyristor, etc. Il s'agit principalement de modifier l'angle d'activation du thyristor en fonction des variations de tension, de courant ou de facteur de puissance du générateur, et de modifier l'angle d'activation du redresseur à thyristor en conséquence, ce qui modifie le courant d'excitation du générateur. Ce dispositif est généralement composé de transistors et de composants électroniques à thyristor. Il présente des caractéristiques telles que sensibilité, rapidité, absence de zone de défaillance, puissance de sortie élevée, faible encombrement et légèreté, entre autres avantages. En cas d'accident, la surtension du générateur peut être efficacement supprimée et le champ magnétique rapidement éliminé. Le dispositif d'excitation à régulation automatique se compose généralement d'une unité de mesure, d'une unité de synchronisation, d'une unité d'amplification, d'une unité de réglage, d'une unité de stabilisation, d'une unité de limitation et de quelques unités auxiliaires. Le signal mesuré (tension, courant, etc.) est comparé à la valeur donnée après transformation par l'unité de mesure. Le résultat de la comparaison (écart) est ensuite amplifié par l'unité de préamplification et l'unité d'amplification de puissance. Il permet de contrôler l'angle d'activation du thyristor afin d'ajuster le courant d'excitation du générateur. L'unité de synchronisation synchronise l'impulsion de déclenchement du déphaseur avec l'alimentation d'excitation CA du redresseur à thyristors afin d'assurer le bon déclenchement du silicium contrôlé. L'unité de réglage différentiel permet de faire fonctionner les générateurs en parallèle afin de répartir la charge réactive de manière stable et raisonnable. L'unité de stabilité est une unité introduite pour améliorer la stabilité du système électrique. L'unité de stabilisation du système d'excitation est utilisée pour améliorer la stabilité du système d'excitation. Le limiteur est conçu pour empêcher le fonctionnement du générateur en conditions de surexcitation ou de sous-excitation. Il est important de noter que tous les dispositifs d'excitation à régulation automatique ne sont pas équipés des unités mentionnées ci-dessus, et que les unités d'un régulateur sont liées aux tâches spécifiques qu'il effectue.

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