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发电机励磁系统的比较以及励磁系统都有哪些方法?

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发电机励磁系统的比较以及励磁系统都有哪些方法?

发布日期:2019-07-31 作者: 点击:

发电机组制造商为自动电压调节器(AVR)提供不同的供电选项,选择合适的选项对于确保发电机组的正确运行非常重要。虽然励磁系统有多种选择,但每种都有自己独特的特性,为不同的应用提供了好处。

本文讨论了四种励磁方法,每种方法的优缺点,并根据应用的要求提出了选择合适方法的建议。

一、励磁方法包括:

自激(分流)

励磁升压系统

永磁发电机

辅助绕组(辅助)

交流发电机和自动电压调节器的工艺流程如下:

发电机励磁系统

自动电压调节器电压传感线连接到主定子,用于控制交流发电机的磁场强度,以通过自动电压调节器在变化的条件下保持发电机组输出上的恒定电压。

AVR的输入功率通过本文描述的多种方法之一接收。

自动电压调节器使用输入功率向励磁机定子提供DC输出,电压电平检测用于确定自动电压调节器在励磁机转子上感应交流信号的电平。

励磁机转子交流输出随后被整流为交流发电机主转子的DC输出,并最终感应到主定子上用于负载输出。

为了使这一过程发挥作用,自动电压调节器必须有一个强大的电源,当需要时,特别是在瞬态情况下,该电源将提供适当数量的激励电流。如果没有强大的电源,系统可能无法在电机启动或故障情况下恢复电压。这可能导致电机难以启动,造成潜在的损坏;或者系统由于交流发电机中的磁场损失而关闭。AVR也可以具有不同的结构,这将影响它们基于电压感测和功率输入提供适当激励的能力。

这里将讨论两种类型的结构:可控硅整流器和场效应晶体管。每种结构类型都会与励磁类型一起对系统性能产生影响。

二、激发类型

这是一种非常简单且经济的方法,可提供自动电压调节器正确激励交流发电机所需的必要输入功率。它不需要额外的零件或接线,故障排除时也更容易。并联励磁的简单性也导致其最大的缺点,因为交流发电机向下游供电的负载直接影响到自动电压调节器的输入电能质量。当由于负载连接/启动或下游出现故障而发生瞬变时,电压和频率将下降,自动电压调节器必须驱动更多激励电流来支持电压。

随着输入电压和频率的降低,为AVR供电可能成为一项挑战,尤其是在电压崩溃的短路故障情况下。在这种情况下,由于交流发电机的主磁场可能崩溃,自动电压调节器可能没有足够长的时间来支持电压以清除下游故障。

由非线性负载供电引起的谐波对于并联励磁系统也是一个挑战。这是因为功率输入变化会限制自动电压调节器提供适当输出功率的能力。

励磁升压系统

电子制动系统是另一种激励形式,它为典型的自激系统提供了“助力”。该系统的结构遵循并联励磁的相同设置,用于电压检测和向自动电压调节器输入功率,还包括励磁升压控制(EBC)模块和添加到交流发电机轴非驱动端的小型励磁升压发电机(EBG)。该控制模块连接到自动电压调节器,并根据系统的需要,使自动电压调节器能够接通不同水平的增加的励磁电流。

该电源为发电机的励磁系统供电,支持负载,直到下游断路器能够排除故障或使发电机能够启动电机并驱动电压恢复。EBG虽然在外观上类似于永磁发电机励磁系统,但不适合向自动电压调节器连续输出功率,而是适合较短的输出情况。发电机启动期间,电子制动系统关闭,以防止电压过高。EBG此时正在产生一个电压电位,但它没有提供激励。EBS系统的结构允许电机起动和短路情况下的动态响应。这就是EBS不同于PMG的地方。

金手指彩票随着EBG被评为非连续使用,它是一个更便宜和更小的选择,仍然满足提供300%短路电流和改善电机启动的需求。

三、永磁发电机

最著名的激励形式之一是单独激励或PMG。这种方法实际上是在交流发电机的非驱动端放置一个额外的小型永磁发电机,为自动电压调节器发电。

辅助绕组的一些好处是,它导致发电机组的轴向长度更短,降低了生产成本,因为与永磁发电机系统相比,需要安装的设备更少。虽然其输入到自动电压调节器的电压会在一定程度上受到所产生功率的影响,但对机组性能的影响可以忽略不计。它还提供了一个非常强大的解决方案,故障率很低。通过设计,与主绕组的互感被最小化,因此来自非线性负载的主绕组中的波形失真不会影响AVR性能。PMG和辅助绕组都适合要求苛刻的应用。

四、AVR结构

AVR结构的类型会对每种类型激励电路的能力产生重大影响。可控硅型和场效应管型系统都有独立的输入功率和电压检测电路。在所有四个励磁系统中,电压传感线都从主定子中拉出,这可能导致客户连接负载引起的谐波产生失真的电压反馈信号。这两个系统如何处理电源电路和电压感应线对发电机组的性能至关重要。

五、AVR的类型

可控硅型系统检测交流发电机输出的电压电平,并使用该电平来计时可控硅的点火时间。它必须确定开关何时打开,何时关闭。电压电平用作反馈环路,根据电压波形何时达到零(也称为过零),确定开关何时应导通,何时将关断。开关接通的时间长度决定了发送到励磁机的电量。当不使用磁传感器时,它还利用这些线路上的过零点来确定系统频率。这会影响可控硅点火的定时,也可用于调整电子调速器。

这对于非线性负载来说尤其麻烦,因为谐波失真和诱发的“凹口”会导致额外的过零点,这会导致系统难以输送适当量的激励。它还会导致不正确的频率检测,并导致错误的超速故障。

由于这些原因,对于带有分流或电子制动系统的大量非线性负载,不推荐使用可控硅型自动电压调节器。给非线性负载供电时,这两个系统的经验法则是,在失真变得过大之前,系统可以处理大约25%的交流发电机基本额定值为非线性。由于更清洁的输入功率,PMG或AUX的使用将是一种改进,因此不会有不适当的过零点导致可控硅过早关闭,但是电压传感线仍然会有电压失真的问题,因为过零点仍然会驱动不适当的激励和不准确的频率读数(如果没有使用磁传感器)。

六、场效应晶体管AVR

场效应晶体管型自动电压调节系统具有许多优点,适用于所有四种励磁系统,在涉及非线性负载和潜在失真时,可提高性能。在场效应晶体管自动电压调节器的情况下,电压传感线被测量和转换以驱动用于激励输出的脉宽调制电路。转换后的信号决定了脉宽调制信号的占空比,并最终决定了施加的激励量,如图8所示。这种方法通过不断脉动和调整占空比来防止过零点指示单个事件或陷波影响激励量。功率输入波形仅用于激励输出,并被滤波和整流为DC信号。

励磁系统

这防止了电能质量对系统励磁能力的影响。场效应晶体管型自动电压调节器还使用磁性传感器测量发动机转速,并仅从该信号中获取频率,防止因非线性负载而产生错误的频率信息。对于所讨论的每种不同的自动电压调节器,使用场效应晶体管型自动电压调节器的效果是显著的。

七、结论

金手指彩票虽然励磁系统有多种选择,但每种都有独特的特性,为不同的应用提供了好处。对于需要低成本解决方案、电机数量少或非线性负载的简单应用,并联励磁可能是合适的选择。由于应用要求较低,这通常更适合小型发电机。一旦应用要求启动多个电机,改善电机启动,和/或满足选择性协调的持续短路能力要求,EBS励磁系统将在这种要求稍高的情况下提供所需的励磁水平,且成本低于PMG。

对于要求大电机起动、提高电机起动能力、非线性负载要求和大故障期间持续短路能力的最苛刻应用,应评估永磁发电机和辅助绕组励磁系统以满足应用需求。永磁发电机的使用将AVR电源与交流发电机输出隔离开来,并提供恒定的功率输出。辅助绕组利用发电机内固有的谐波来减小机组尺寸,同时仍然提供强大的电机启动和持续短路能力。


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