2) samobuzení (závislé buzení), tzn. budicí systémy přijímající energii přímo z terminálů generátoru prostřednictvím speciálních snižujících transformátorů.
Nezávislé buzení generátorů (hlavní výhodou je, že buzení SG nezávisí na režimu elektrické sítě a proto je nejspolehlivější) je nejčastější.
Omezení: relativně nízká míra nárůstu buzení (určená především nedostatkem budiče); snížená spolehlivost stejnosměrného generátoru v důsledku vibrací a ztížených provozních podmínek kartáčů komutátoru (u turbogenerátorů s vysokými otáčkami).
Systémy samobuzení jsou obecně méně spolehlivé než nezávislé systémy buzení, protože v nich závisí činnost budiče na režimu sítě střídavého proudu.
Obvod buzení nezávislého elektrického stroje (vlevo), obvod buzení závislého elektrického stroje, t.j. samobuzení (vpravo).
Na diagramu; OVV(G) – budicí vinutí budiče (generátoru); ShR – bočníkový reostat; B – patogen; IM-asynchronní motor; M – setrvačník; SG – synchronní generátor; VN autobusy pro vlastní potřebu.
Perspektivním systémem, zejména pro výkonné turbogenerátory, je bezkomutátorový budicí systém, ve kterém nejsou žádná pohyblivá kontaktní spojení.
Pro vytvoření hlavního magnetického toku generátoru je vyrobeno budicí vinutí se stejnosměrným proudem. Při změně budícího proudu se mění napětí generátoru a jalový výkon dodávaný ze sítě. Parametry budícího systému: uvolnění nárůstu napětí a poměr zesílení. Budicí systémy mohou být nezávislé buzení nebo samobuzení.
Nezávislý systém buzení elektrického stroje
Regulace napětí budiče a následně i budícího proudu hlavního generátoru se provádí změnou proudu v budícím vinutí budiče. Výhody: nezávisí na režimu sítě. Nevýhoda: při vysokých rychlostech otáčení vede vlivem komutace, velkého reaktivního emf k porušení izolace kolektorových desek a poruše kolektoru.
Vysokofrekvenční budicí systém
Skládá se z budiče, což je vysokofrekvenční generátor, se třemi budicími vinutími, frekvence 500 Hz. První budicí vinutí je zapojeno do série s budicím vinutím hlavního generátoru. Další dva jsou napájeny 400 Hz (multipólovým) sub-budič-generátorem s permanentními magnety a otevřeným trojúhelníkovým vinutím. Budič a pomocný budič jsou na stejné hřídeli s generátorem.
Proud v dalších dvou vinutích subbudiče je regulován bloky ARV (udržování napětí v normálním režimu) a UBF (bezkontaktní vynucovací zařízení) připojenými k proudovému a napěťovému transformátoru na svorkách generátoru. Poměr síly 2, rychlost nárůstu napětí menší než 2 1/s.
Tyristorový budicí systém. Budič je třífázový stroj s vinutími zapojenými do hvězdy. Jeho budicí vinutí je napájeno z usměrňovacího transformátoru přes usměrňovač. Budicí vinutí hlavního generátoru je připojeno přes 2 skupiny tyristorových usměrňovačů: pracovní VS1 a nucený VS. Při boostování jsou pracovní tyristory uzavřeny vyšším napětím na VS2.
Bezkartáčový systém. Vodiče spojující budicí vinutí s budičem s vodiči na hřídeli přes rotační usměrňovač. Eliminuje potřebu kartáčů a sběracích kroužků.
Systém samobuzení elektrického stroje. Budič je roztáčen motorem připojeným k pomocnému transformátoru jednotky.
Systém samobuzení tyristoru. Vinutí generátoru je připojeno k tyristorovým usměrňovačům napájeným z jednotky TSN. Skládají se z regulovatelných, regulujících napětí v normálním režimu, a neovladatelných, při boostování.
Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:
Způsoby buzení a konstrukce synchronních strojů
Magnetické pole a charakteristiky synchronních generátorů
Paralelní provoz synchronních generátorů
Synchronní motor a synchronní kompenzátor
Synchronní stroje pro speciální účely
Synchronní stroje jsou bezkomutátorové stroje na střídavý proud. Svým provedením se od asynchronních strojů liší pouze provedením rotoru, který může být vyčnívající pól nebo nevyčnívající. Pokud jde o vlastnosti, synchronní stroje se liší rychlostí synchronního rotoru (č2 =n1 = konst) při libovolné zátěži, stejně jako možnost regulace účiníku, nastavení jeho hodnoty, při které se provoz synchronního stroje stává nejhospodárnějším. Synchronní stroje jsou reverzibilní a mohou pracovat v režimu generátoru nebo motoru. Synchronní generátory tvoří základ elektrického vybavení elektráren, to znamená, že téměř veškerá elektřina je vyráběna synchronními generátory. Jednotkový výkon moderních synchronních generátorů dosahuje milionu kilowattů nebo více. Synchronní motory se používají hlavně k pohonu zařízení s vysokým výkonem. Tyto motory jsou ve svých technických a ekonomických ukazatelích lepší než jiné typy motorů. Ve velkých elektroenergetických instalacích se někdy jako kompenzátory používají synchronní stroje – generátory jalového výkonu, které umožňují zvýšit účiník celé instalace. Tato část se zabývá především třífázovými synchronními stroji. Jsou také uvedeny informace o některých typech synchronních motorů s velmi nízkým výkonem používaných v automatizačních a přístrojových zařízeních.
Kapitola 19
• prostředky buzení a konstrukce synchronních strojů
§ 19.1. Buzení synchronních strojů
Při zvažování principu činnosti synchronního generátoru (viz § 6.1) bylo zjištěno, že na rotoru synchronního generátoru je umístěn zdroj MMF (induktor), vytvářející v generátoru magnetické pole. Pomocí hnacího motoru (PD) je rotor generátoru uváděn do rotace se synchronní frekvencí n1. V tomto případě se magnetické pole rotoru také otáčí a v záběru s vinutím statoru v něm indukuje EMF.
Synchronní motory se konstrukčně téměř neliší od synchronních generátorů. Skládají se také ze statoru s vinutím a rotoru. Proto bez ohledu na provozní režim potřebuje každý synchronní stroj proces buzení – indukci magnetického pole v něm.
Hlavním způsobem buzení synchronních strojů je elektromagnetické buzení, jehož podstatou je umístění budícího vinutí na pólech rotoru. Při průchodu stejnosměrného proudu tímto vinutím vzniká buzení MMF, které indukuje magnetické pole v magnetickém systému stroje.
Pro napájení budícího vinutí se donedávna používaly speciální nezávislé budicí generátory stejnosměrného proudu (viz § 28.2), nazývané budiče B (obr. 19.1, a)., jehož budící vinutí (OB) přijímalo stejnosměrný proud z jiného generátoru (paralelní buzení), nazývaného subexciter (SU). Rotor synchronního stroje a kotvy budiče a pomocného budiče jsou umístěny na společné hřídeli a otáčejí se současně. V tomto případě proud vstupuje do budícího vinutí synchronního stroje přes sběrací kroužky a kartáče. K regulaci budícího proudu slouží regulační reostaty zapojené v budicím obvodu budiče (r1) a pomocný budič (r2).
U synchronních generátorů středního a vysokého výkonu je proces regulace budícího proudu automatizován.
U synchronních generátorů vysokého výkonu – turbogenerátorů (viz § 19.2) – se někdy jako budiče používají generátory střídavého proudu indukčního typu (viz § 23.6). Na výstupu takového generátoru je zapnutý polovodičový usměrňovač.
Rýže. 19.1. Kontaktní (a) a bezkontaktní (b) systémy
elektromagnetické buzení synchronních generátorů
V tomto případě se budicí proud synchronního generátoru upravuje změnou buzení induktorového generátoru.
U synchronních generátorů byl použit bezkontaktní systém elektromagnetického buzení, u kterého synchronní generátor nemá sběrací kroužky na rotoru.
V tomto případě je jako budič použit generátor střídavého proudu (obr. 19.1, 5), ve kterém je na rotoru umístěno vinutí 2, ve kterém je indukováno EMF (vinutí kotvy), a budící vinutí 1 je umístěno na stator. V důsledku toho se vinutí kotvy budiče a budicí vinutí synchronního stroje ukáže jako rotující a jejich elektrické připojení je provedeno přímo, bez sběracích kroužků a kartáčů. Ale protože budič je generátor střídavého proudu a budicí vinutí musí být napájeno stejnosměrným proudem, na výstupu vinutí kotvy budiče se zapne polovodičový měnič 3, namontovaný na hřídeli synchronního stroje a rotující společně s budicí vinutí synchronního stroje a vinutí kotvy budiče. Stejnosměrné napájení budícího vinutí 1 budiče je zajištěno ze subbudiče (SU) – generátoru stejnosměrného proudu.
Absence kluzných kontaktů v budicím obvodu synchronního stroje umožňuje zvýšit jeho provozní spolehlivost a zvýšit účinnost.
U synchronních generátorů včetně hydrogenerátorů (viz § 19.2) se rozšířil princip samobuzení (obr. 19.2, a), kdy se energie střídavého proudu potřebná k buzení odebírá ze statorového vinutí synchronního generátoru a přes snižující transformátor a usměrňovací polovodičový měnič (PP) se přeměňují na energii stejnosměrného proudu. Princip samobuzení je založen na tom, že k počátečnímu buzení generátoru dochází vlivem zbytkového magnetismu magnetického obvodu stroje.
Rýže. 19.2. Princip samobuzení synchronních generátorů
Na Obr. 19.2, b je blokové schéma systému automatického samobuzení synchronního generátoru (SG) s usměrňovacím transformátorem (VT) a tyristorovým měničem (TC), přes který prochází střídavý proud elektřina ze statorového obvodu SG, po převod na stejnosměrný proud, je přiváděn do budícího vinutí. Tyristorový měnič je řízen pomocí automatického stimulačního regulátoru AVR, jehož vstup přijímá napěťové signály na výstupu SG (přes napěťový transformátor TN) a zatěžovací proud SG (z proudového transformátoru CT). Obvod obsahuje ochrannou jednotku BZ, která zajišťuje ochranu budícího vinutí a tyristorového měniče TP před přepětím a proudovým přetížením.
U moderních synchronních motorů se k buzení používají tyristorová budicí zařízení, která jsou připojena na střídavou síť a automaticky řídí budicí proud ve všech možných provozních režimech motoru, včetně přechodových. Tento způsob buzení je nejspolehlivější a nejhospodárnější, protože účinnost tyristorových budicích zařízení je vyšší než u generátorů stejnosměrného proudu. Průmysl vyrábí tyristorová budicí zařízení pro různá budicí napětí s přípustnou hodnotou stejnosměrného proudu 320 A.
Nejpoužívanější v moderních řadách synchronních motorů jsou budicí tyristorová zařízení typu TE8-320/48 (budicí napětí 48 V) a TE8-320/75 (budicí napětí 75 V). Výkon vynaložený na buzení se obvykle pohybuje od 0,2 do 5 % čistého výkonu stroje (u výkonných strojů platí nižší hodnota).
U nízkovýkonových synchronních strojů se využívá princip buzení permanentními magnety, kdy jsou permanentní magnety umístěny na rotoru stroje. Tento způsob buzení umožňuje zbavit stroj budícího vinutí. V důsledku toho je konstrukce stroje zjednodušená, ekonomičtější a spolehlivější. Vzhledem k nedostatku materiálů pro výrobu permanentních magnetů s velkou zásobou magnetické energie a složitosti jejich zpracování je však použití buzení permanentními magnety omezeno na stroje s výkonem nejvýše několika kilowattů ( viz § 23.1).
