Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Электрический генератор или электрический двигатель состоит из ротора прядения в магнитном поле . Магнитное поле может создаваться постоянными магнитами или катушками возбуждения . В случае машины с катушками возбуждения, ток должен течь в катушках для генерации поля, в противном случае мощность не будет передаваться на ротор или от него. Процесс создания магнитного поля с помощью электрического тока называется возбуждением.. Катушки возбуждения обеспечивают наиболее гибкую форму регулирования и отмены регулирования магнитного потока, но за счет протекания электрического тока. Существуют гибридные топологии, которые включают в себя как постоянные магниты, так и катушки возбуждения в одной и той же конфигурации. Гибкое возбуждение вращающейся электрической машины используется либо методами бесщеточного возбуждения , либо путем подачи тока угольными щетками (статическое возбуждение).

Генератор переменного тока для электростанции с прямым приводом мощностью 100 кВА с отдельным генератором возбудителя с ременным приводом, дата c. 1917 г.

Возбуждение в генераторах [ править ]

Слева показан самовозбуждающийся генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой, а справа - магнито- генератор постоянного тока с магнитами постоянного поля. Выходная мощность генератора с параллельной обмоткой изменяется в зависимости от потребляемого тока, а выходная мощность магнето стабильна независимо от изменений нагрузки.
Генератор постоянного тока с независимым возбуждением и биполярными полевыми магнитами. Подобные генераторы с раздельным возбуждением обычно используются на крупных электростанциях. Меньший генератор может быть либо магнето с магнитами постоянного поля, либо другим самовозбуждающимся генератором.
Катушка возбуждения может быть соединена шунтом, последовательно или вместе с якорем машины постоянного тока (двигателя или генератора).

Для машины, использующей катушки возбуждения, как в случае с большинством больших генераторов, поле должно создаваться током, чтобы генератор вырабатывал электричество. Хотя часть собственного выхода генератора может использоваться для поддержания поля после его запуска, для запуска генератора необходим внешний источник тока. В любом случае важно иметь возможность контролировать поле, так как это будет поддерживать напряжение в системе.

Принцип усилителя [ править ]

За исключением генераторов с постоянными магнитами, генератор вырабатывает выходное напряжение, пропорциональное магнитному полю, которое пропорционально току возбуждения; если нет тока возбуждения, нет и напряжения.

Таким образом, небольшое количество энергии, подаваемой в качестве тока возбуждения, может управлять большим количеством генерируемой мощности и может использоваться для ее модуляции. Этот принцип очень полезен для управления напряжением: если выходное напряжение системы меньше желаемого, ток возбуждения можно увеличить; если выходное напряжение высокое, возбуждение можно уменьшить. Синхронный конденсатор работает по тому же принципу, но нет «первичный двигатель» входной мощности; однако инерция вращения означает, что он может передавать или получать энергию в течение коротких периодов времени. Чтобы избежать повреждения машины из-за беспорядочных изменений тока, часто используется генератор рампы. Таким образом, генератор можно рассматривать как усилитель:

Раздельное возбуждение [ править ]

Генератор дизель-генераторной установки 1930-х годов с динамо-машиной возбуждения наверху

Для больших или старых генераторов обычно питание отдельного динамо- возбудителя подается параллельно с основным генератором энергии . Это небольшая динамо-машина с постоянным магнитом или с батарейным питанием, которая вырабатывает ток возбуждения для более крупного генератора.

Самовозбуждение [ править ]

Современные генераторы с полевыми катушками обычно самовозбуждаются ; т. е. некоторая часть выходной мощности ротора используется для питания катушек возбуждения. Железо ротора сохраняет некоторый остаточный магнетизм при выключении генератора. Генератор запускается без нагрузки; начальное слабое поле индуцирует слабый ток в катушках ротора, который, в свою очередь, создает начальный ток поля, увеличивая напряженность поля, тем самым увеличивая индуцированный ток в роторе, и так далее в процессе обратной связи, пока машина не «накапливается». до полного напряжения.

Запуск [ править ]

Генераторы с самовозбуждением должны запускаться без какой-либо внешней нагрузки. Внешняя нагрузка потребляет электроэнергию от генератора до того, как способность вырабатывать электроэнергию может увеличиться.

Поле мигает [ править ]

Если у машины недостаточно остаточного магнетизма для достижения полного напряжения, обычно предусматривается подача тока в ротор от другого источника. Это может быть аккумулятор , домашний блок, обеспечивающий постоянный ток , или выпрямленный ток от источника переменного тока . Поскольку этот начальный ток требуется в течение очень короткого времени, он называется миганием поля . Даже небольшие портативные генераторные установки могут иногда нуждаться в перепрошивке в поле для перезапуска.

Сопротивление критического поля является максимальным сопротивлением контура поля для заданной скорости , с которой шунтом генератор будет возбуждать. Шунтирующий генератор будет нарастать напряжение только в том случае, если сопротивление цепи возбуждения меньше критического сопротивления поля. Это касательная к характеристикам холостого хода генератора при заданной скорости.

Бесщеточное возбуждение [ править ]

Бесщеточное возбуждение создает магнитный поток на роторе электрических машин без использования угольных щеток. Обычно он используется для снижения затрат на регулярное техническое обслуживание и уменьшения риска возгорания щеток. Он был разработан в 1950-х годах в результате достижений в области мощных полупроводниковых устройств . [1] Концепция заключалась в использовании вращающегося диодного выпрямителя на валу синхронной машины для сбора индуцированных переменных напряжений и их выпрямления для питания обмотки возбуждения генератора. [2] [3] [4]

В бесщеточном возбуждении исторически отсутствовала быстрая дерегуляция потока, что является серьезным недостатком. Однако появились новые решения. [5] Современные вращающиеся схемы включают компоненты активного снятия возбуждения на валу, расширяющие пассивный диодный мост. [6] [7] [8] Более того, их недавние разработки в области высокопроизводительной беспроводной связи [9] [10] реализовали полностью контролируемые топологии на валу, такие как тиристорные выпрямители и интерфейсы прерывателей. [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17]

Ссылки [ править ]

  • Электрические технологии - II, автор BL Thereja
  • Электрические машины - Я У.А. Бакши, В.У. Бакши
  1. ^ Fenwick, DR; Райт, WF (1976). «Обзор тенденций в системах возбуждения и возможные будущие разработки». Труды института инженеров-электриков . 123 (5): 413. DOI : 10,1049 / piee.1976.0093 . ISSN  0020-3270 .
  2. ^ Салах, Мохамед; Бача, Хмайс; Чаари, Абделькадер; Бенбузид, Мохамед Эль Хашеми (сентябрь 2014 г.). "Бесщеточный трехфазный синхронный генератор в условиях отказа вращающегося диода" (PDF) . IEEE Transactions по преобразованию энергии . 29 (3): 594–601. Bibcode : 2014ITEnC..29..594S . DOI : 10.1109 / tec.2014.2312173 . ISSN 0885-8969 . S2CID 1386715 .   
  3. ^ Чжан, Юй Ци; Крамер, Аарон М. (декабрь 2017 г.). «Численное моделирование среднего значения вращающихся выпрямителей в бесщеточных системах возбуждения». IEEE Transactions по преобразованию энергии . 32 (4): 1592–1601. Bibcode : 2017ITEnC..32.1592Z . DOI : 10.1109 / tec.2017.2706961 . ISSN 0885-8969 . S2CID 20095186 .  
  4. ^ Нуццо, Стефано; Галеа, Майкл; Герада, Крис; Браун, Нил (апрель 2018 г.). «Анализ, моделирование и вопросы проектирования систем возбуждения синхронных генераторов» . IEEE Transactions по промышленной электронике . 65 (4): 2996–3007. DOI : 10.1109 / tie.2017.2756592 . ISSN 0278-0046 . S2CID 2108726 .  
  5. ^ Нолан, Jonas Кристиансен (2017). «Новая парадигма для больших бесщеточных гидрогенераторов: преимущества за пределами статической системы» . ДИВА .
  6. ^ Система быстрого снятия возбуждения для синхронных машин с непрямым возбуждением , 11 февраля 2010 г. , извлечено 28 мая 2018 г.
  7. ^ Реболло, Эмилио; Бласкес, Франциско; Blanquez, Francisco R .; Платеро, Карлос А .; Редондо, Марта (01.07.2015). «Усовершенствованная высокоскоростная система снятия возбуждения для бесщеточных синхронных машин, испытанная на гидрогенераторе мощностью 20 МВА» . Электроэнергетические приложения ИЭПП . 9 (6): 405–411. DOI : 10,1049 / МТВ-epa.2014.0313 . ISSN 1751-8660 . 
  8. ^ Реболло, Эмилио; Платеро, Карлос А .; Бласкес, Франциско; Гранизо, Рикардо (2017-04-01). «Внутренняя внезапная реакция на короткое замыкание новой HSBDS для бесщеточных синхронных машин, испытанных на генераторе 15 МВА». Электроэнергетические приложения ИЭПП . 11 (4): 495–503. DOI : 10,1049 / МТВ-epa.2016.0525 . ISSN 1751-8660 . 
  9. ^ Панг, Чжибо; Лювизотто, Микеле; Джунг, Дачфей (сентябрь 2017 г.). «Беспроводная высокопроизводительная связь: вызовы и возможности новой цели». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 11 (3): 20–25. DOI : 10.1109 / mie.2017.2703603 . ISSN 1932-4529 . S2CID 36317354 .  
  10. ^ Ллано, Данило X .; Абди, Салман; Татлоу, Марк; Абди, Эхсан; МакМахон, Ричард А. (09.09.2017). «Система сбора энергии и беспроводной передачи данных для роторного оборудования электрических машин» (PDF) . Силовая электроника ИЭПП . 10 (11): 1259–1267. DOI : 10,1049 / МТВ-pel.2016.0890 . ISSN 1755-4535 .  
  11. ^ Вращающаяся электрическая машина , 28 мая 2014 г. , получено 28 мая 2018 г.
  12. ^ Системы и методы, касающиеся синхронных машин без возбудителя , 2017-10-06 , извлечено 2018-05-28
  13. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Хельмервик, Карина Баккелоккен; Лундин, Урбан (март 2016 г.). «Сравнение топологий выпрямления с тиристорным управлением для шестифазного вращающегося бесщеточного возбудителя с постоянными магнитами». IEEE Transactions по преобразованию энергии . 31 (1): 314–322. Bibcode : 2016ITEnC..31..314N . DOI : 10.1109 / tec.2015.2480884 . ISSN 0885-8969 . S2CID 40426107 .  
  14. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Эвестедт, Фредрик; Перес-Лойя, Дж. Хосе; Абрахамссон, Йохан; Лундин, Урбан (май 2017 г.). "Конструкция и характеристика вращающегося бесщеточного возбудителя с внешним полюсом для синхронного генератора". IEEE Transactions по отраслевым приложениям . 53 (3): 2016–2027. DOI : 10.1109 / tia.2017.2669890 . ISSN 0093-9994 . S2CID 37649499 .  
  15. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Эвестедт, Фредрик; Перес-Лойя, Дж. Хосе; Абрахамссон, Йохан; Лундин, Урбан (март 2018 г.). «Тестирование топологий активного выпрямления на шестифазном вращающемся бесщеточном внешнем полюсном возбудителе с постоянными магнитами». IEEE Transactions по преобразованию энергии . 33 (1): 59–67. Bibcode : 2018ITEnC..33 ... 59N . DOI : 10.1109 / tec.2017.2746559 . ISSN 0885-8969 . S2CID 3347183 .  
  16. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Эвестедт, Фредрик; Перес-Лойя, Дж. Хосе; Абрахамссон, Йохан; Лундин, Урбан (февраль 2018 г.). «Сравнение конфигураций тиристорного выпрямителя для шестифазного вращающегося бесщеточного возбудителя с постоянным магнитом на внешнем полюсе». IEEE Transactions по промышленной электронике . 65 (2): 968–976. DOI : 10.1109 / tie.2017.2726963 . ISSN 0278-0046 . S2CID 25027522 .  
  17. ^ Ноланд, Йонас Кристиансен; Эвестедт, Фредрик; Лундин, Урбан (2018). "Демонстрация режимов отказа и резервная работа после отказа вращающихся тиристорных выпрямителей на бесщеточных двухзвездочных возбудителях". IEEE Transactions по промышленной электронике . 66 (2): 842–851. DOI : 10.1109 / tie.2018.2833044 . ISSN 0278-0046 . S2CID 52913506 .  

См. Также [ править ]

  • Генератор
  • Электрический генератор
  • Электрический двигатель
  • Магнето (генератор)
  • Генератор шунта