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    勵磁裝置

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    發電機勵磁系統的比較以及勵磁系統都有哪些方法?

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    發電機勵磁系統的比較以及勵磁系統都有哪些方法?

    發布日期:2019-07-31 作者: 點擊:

    發電機組制造商為自動電壓調節器(AVR)提供不同的供電選項,選擇合適的選項對于確保發電機組的正確運行非常重要。雖然勵磁系統有多種選擇,但每種都有自己獨特的特性,為不同的應用提供了好處。

    本文討論了四種勵磁方法,每種方法的優缺點,并根據應用的要求提出了選擇合適方法的建議。

    一、勵磁方法包括:

    自激(分流)

    勵磁升壓系統

    永磁發電機

    輔助繞組(輔助)

    交流發電機和自動電壓調節器的工藝流程如下:

    發電機勵磁系統

    自動電壓調節器電壓傳感線連接到主定子,用于控制交流發電機的磁場強度,以通過自動電壓調節器在變化的條件下保持發電機組輸出上的恒定電壓。

    AVR的輸入功率通過本文描述的多種方法之一接收。

    自動電壓調節器使用輸入功率向勵磁機定子提供DC輸出,電壓電平檢測用于確定自動電壓調節器在勵磁機轉子上感應交流信號的電平。

    勵磁機轉子交流輸出隨后被整流為交流發電機主轉子的DC輸出,并最終感應到主定子上用于負載輸出。

    為了使這一過程發揮作用,自動電壓調節器必須有一個強大的電源,當需要時,特別是在瞬態情況下,該電源將提供適當數量的激勵電流。如果沒有強大的電源,系統可能無法在電機啟動或故障情況下恢復電壓。這可能導致電機難以啟動,造成潛在的損壞;或者系統由于交流發電機中的磁場損失而關閉。AVR也可以具有不同的結構,這將影響它們基于電壓感測和功率輸入提供適當激勵的能力。

    這里將討論兩種類型的結構:可控硅整流器和場效應晶體管。每種結構類型都會與勵磁類型一起對系統性能產生影響。

    二、激發類型

    這是一種非常簡單且經濟的方法,可提供自動電壓調節器正確激勵交流發電機所需的必要輸入功率。它不需要額外的零件或接線,故障排除時也更容易。并聯勵磁的簡單性也導致其最大的缺點,因為交流發電機向下游供電的負載直接影響到自動電壓調節器的輸入電能質量。當由于負載連接/啟動或下游出現故障而發生瞬變時,電壓和頻率將下降,自動電壓調節器必須驅動更多激勵電流來支持電壓。

    隨著輸入電壓和頻率的降低,為AVR供電可能成為一項挑戰,尤其是在電壓崩潰的短路故障情況下。在這種情況下,由于交流發電機的主磁場可能崩潰,自動電壓調節器可能沒有足夠長的時間來支持電壓以清除下游故障。

    由非線性負載供電引起的諧波對于并聯勵磁系統也是一個挑戰。這是因為功率輸入變化會限制自動電壓調節器提供適當輸出功率的能力。

    勵磁升壓系統

    電子制動系統是另一種激勵形式,它為典型的自激系統提供了“助力”。該系統的結構遵循并聯勵磁的相同設置,用于電壓檢測和向自動電壓調節器輸入功率,還包括勵磁升壓控制(EBC)模塊和添加到交流發電機軸非驅動端的小型勵磁升壓發電機(EBG)。該控制模塊連接到自動電壓調節器,并根據系統的需要,使自動電壓調節器能夠接通不同水平的增加的勵磁電流。

    該電源為發電機的勵磁系統供電,支持負載,直到下游斷路器能夠排除故障或使發電機能夠啟動電機并驅動電壓恢復。EBG雖然在外觀上類似于永磁發電機勵磁系統,但不適合向自動電壓調節器連續輸出功率,而是適合較短的輸出情況。發電機啟動期間,電子制動系統關閉,以防止電壓過高。EBG此時正在產生一個電壓電位,但它沒有提供激勵。EBS系統的結構允許電機起動和短路情況下的動態響應。這就是EBS不同于PMG的地方。

    隨著EBG被評為非連續使用,它是一個更便宜和更小的選擇,仍然滿足提供300%短路電流和改善電機啟動的需求。

    三、永磁發電機

    最著名的激勵形式之一是單獨激勵或PMG。這種方法實際上是在交流發電機的非驅動端放置一個額外的小型永磁發電機,為自動電壓調節器發電。

    輔助繞組的一些好處是,它導致發電機組的軸向長度更短,降低了生產成本,因為與永磁發電機系統相比,需要安裝的設備更少。雖然其輸入到自動電壓調節器的電壓會在一定程度上受到所產生功率的影響,但對機組性能的影響可以忽略不計。它還提供了一個非常強大的解決方案,故障率很低。通過設計,與主繞組的互感被最小化,因此來自非線性負載的主繞組中的波形失真不會影響AVR性能。PMG和輔助繞組都適合要求苛刻的應用。

    四、AVR結構

    AVR結構的類型會對每種類型激勵電路的能力產生重大影響??煽毓栊秃蛨鲂苄拖到y都有獨立的輸入功率和電壓檢測電路。在所有四個勵磁系統中,電壓傳感線都從主定子中拉出,這可能導致客戶連接負載引起的諧波產生失真的電壓反饋信號。這兩個系統如何處理電源電路和電壓感應線對發電機組的性能至關重要。

    五、AVR的類型

    可控硅型系統檢測交流發電機輸出的電壓電平,并使用該電平來計時可控硅的點火時間。它必須確定開關何時打開,何時關閉。電壓電平用作反饋環路,根據電壓波形何時達到零(也稱為過零),確定開關何時應導通,何時將關斷。開關接通的時間長度決定了發送到勵磁機的電量。當不使用磁傳感器時,它還利用這些線路上的過零點來確定系統頻率。這會影響可控硅點火的定時,也可用于調整電子調速器。

    這對于非線性負載來說尤其麻煩,因為諧波失真和誘發的“凹口”會導致額外的過零點,這會導致系統難以輸送適當量的激勵。它還會導致不正確的頻率檢測,并導致錯誤的超速故障。

    由于這些原因,對于帶有分流或電子制動系統的大量非線性負載,不推薦使用可控硅型自動電壓調節器。給非線性負載供電時,這兩個系統的經驗法則是,在失真變得過大之前,系統可以處理大約25%的交流發電機基本額定值為非線性。由于更清潔的輸入功率,PMG或AUX的使用將是一種改進,因此不會有不適當的過零點導致可控硅過早關閉,但是電壓傳感線仍然會有電壓失真的問題,因為過零點仍然會驅動不適當的激勵和不準確的頻率讀數(如果沒有使用磁傳感器)。

    六、場效應晶體管AVR

    場效應晶體管型自動電壓調節系統具有許多優點,適用于所有四種勵磁系統,在涉及非線性負載和潛在失真時,可提高性能。在場效應晶體管自動電壓調節器的情況下,電壓傳感線被測量和轉換以驅動用于激勵輸出的脈寬調制電路。轉換后的信號決定了脈寬調制信號的占空比,并最終決定了施加的激勵量,如圖8所示。這種方法通過不斷脈動和調整占空比來防止過零點指示單個事件或陷波影響激勵量。功率輸入波形僅用于激勵輸出,并被濾波和整流為DC信號。

    勵磁系統

    這防止了電能質量對系統勵磁能力的影響。場效應晶體管型自動電壓調節器還使用磁性傳感器測量發動機轉速,并僅從該信號中獲取頻率,防止因非線性負載而產生錯誤的頻率信息。對于所討論的每種不同的自動電壓調節器,使用場效應晶體管型自動電壓調節器的效果是顯著的。

    七、結論

    雖然勵磁系統有多種選擇,但每種都有獨特的特性,為不同的應用提供了好處。對于需要低成本解決方案、電機數量少或非線性負載的簡單應用,并聯勵磁可能是合適的選擇。由于應用要求較低,這通常更適合小型發電機。一旦應用要求啟動多個電機,改善電機啟動,和/或滿足選擇性協調的持續短路能力要求,EBS勵磁系統將在這種要求稍高的情況下提供所需的勵磁水平,且成本低于PMG。

    對于要求大電機起動、提高電機起動能力、非線性負載要求和大故障期間持續短路能力的最苛刻應用,應評估永磁發電機和輔助繞組勵磁系統以滿足應用需求。永磁發電機的使用將AVR電源與交流發電機輸出隔離開來,并提供恒定的功率輸出。輔助繞組利用發電機內固有的諧波來減小機組尺寸,同時仍然提供強大的電機啟動和持續短路能力。


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