Buzení (magnetické) - Excitation (magnetic)

An elektrický generátor nebo elektrický motor sestává z a rotor točí se v magnetické pole. Magnetické pole může být vytvářeno permanentní magnety nebo polní cívky. V případě stroje s cívkami pole musí v cívkách protékat proud, aby se generovalo pole, jinak se nepřenáší žádná energie na nebo z rotoru. Proces generování magnetického pole pomocí elektrického proudu se nazývá buzení. Polní cívky poskytují nejflexibilnější formu regulace a de-regulace magnetického toku, ale na úkor toku elektrického proudu. Existují hybridní topologie, které obsahují permanentní magnety i cívky pole ve stejné konfiguraci. Pružné buzení rotujícího elektrického stroje využívá buď střídavé buzení technikami nebo vstřikováním proudu uhlíkovými kartáči (statické buzení).

100 kVA střídavý alternátor s přímým pohonem s odděleným řemenovým generátorem budiče, datum c. 1917.

Buzení v generátorech

Vlevo je zobrazen stejnosměrný generátor s bočním vinutím a a magneto DC generátor s permanentními magnety pole je zobrazen vpravo. Výstup generátoru bočníku se mění s aktuálním odběrem, zatímco magneto výstup je stabilní bez ohledu na kolísání zatížení.
Samostatně buzený generátor stejnosměrného proudu s magnety bipolárního pole. Samostatně buzené generátory, jako je tento, se běžně používají ve velkých elektrárnách na přenos energie. Menším generátorem může být buď magneto s permanentními magnety pole nebo jiný generátor s vlastním buzením.
Polní cívka může být připojena v bočníku, v sérii nebo ve směsi s kotvou stejnosměrného stroje (motor nebo generátor).

U stroje používajícího cívky pole, jako je tomu ve většině velkých generátorů, musí být pole založeno proudem, aby generátor mohl vyrábět elektřinu. Ačkoli některé z vlastních výstupů generátoru lze použít k udržení pole po jeho spuštění, je pro spuštění generátoru potřebný externí zdroj proudu. V každém případě je důležité mít možnost pole ovládat, protože to udrží systémové napětí.

Princip zesilovače

Kromě generátorů s permanentními magnety generátor generuje výstupní napětí úměrné magnetickému poli, které je úměrné budicímu proudu; pokud není budicí proud, není ani napětí.

Malé množství energie dodávané jako polní proud tak může řídit velké množství generované energie a lze ji použít k její modulaci. Tento princip je velmi užitečný pro řízení napětí: pokud je výstupní napětí systému menší, než je požadováno, lze budicí proud zvýšit; pokud je výstupní napětí vysoké, může být buzení sníženo. A synchronní kondenzátor pracuje na stejném principu, ale není zde žádný příkon „hnacího stroje“; rotační setrvačnost však znamená, že může odesílat nebo přijímat energii po krátkou dobu. Aby se zabránilo poškození stroje nepravidelnými změnami proudu, často se používá generátor rampy. Generátor lze tedy považovat za zesilovač:

Samostatné buzení

Alternátor dieselové generátorové soustavy z 30. let s výše uvedeným budicím dynamem

U velkých nebo starších generátorů je obvyklé použít samostatný budič dynamo, které má být napájeno paralelně s hlavním generátor energie. Jedná se o malé dynamo s permanentním magnetem nebo bateriemi buzené dynamo, které produkuje polní proud pro větší generátor.

Vlastní buzení

Moderní generátory s polními cívkami jsou obvykle nadšený; tj. část výstupního výkonu z rotoru se používá k napájení polních cívek. Železo rotoru si zachovává určitý stupeň zbytku magnetismus když je generátor vypnutý. Generátor je spuštěn bez připojené zátěže; počáteční slabé pole indukuje slabý proud v cívkách rotoru, což zase vytváří počáteční proud pole, zvyšuje sílu pole, čímž zvyšuje indukovaný proud v rotoru atd. v procesu zpětné vazby, dokud se stroj „nevytvoří“ na plné napětí.

Začíná

Samobudné generátory musí být spuštěny bez připojeného externího zatížení. Externí zátěž potlačí elektrickou energii z generátoru, než se může zvýšit kapacita pro výrobu elektrické energie.

Pole bliká

Pokud stroj nemá dostatek zbytkového magnetismu k dosažení plného napětí, je obvykle zajištěno vstřikování proudu do rotoru z jiného zdroje. To může být baterie, a bytová jednotka poskytující stejnosměrný proud nebo opraveno proud ze zdroje střídavý proud Napájení. Jelikož je tento počáteční proud vyžadován po velmi krátkou dobu, je volán pole bliká. I malé přenosné generátorové soustavy může občas být potřeba restartovat pole blikáním.

The odpor kritického pole je maximální odpor obvodu pole pro danou rychlost, s níž by generátor bočníku budil. Generátor bočníku vytvoří napětí pouze v případě, že odpor obvodu pole je menší než odpor kritického pole. Jedná se o tečnu charakteristik otevřeného obvodu generátoru při dané rychlosti.

Střídavé buzení

Střídavé buzení vytváří magnetický tok na rotoru elektrických strojů bez potřeby uhlíkových kartáčů. Obvykle se používá ke snížení nákladů na pravidelnou údržbu a ke snížení rizika požáru štětce. Byl vyvinut v padesátých letech minulého století v důsledku pokroku v oblasti vysokého výkonu polovodičová zařízení.[1] Koncept používal rotující diodový usměrňovač na hřídeli synchronního stroje ke sklizni indukovaných střídavých napětí a jejich usměrnění k napájení pole vinutí generátoru.[2][3][4]

Bezkartáčová excitace historicky postrádala rychlou regulaci toku, která byla hlavní nevýhodou. Objevila se však nová řešení.[5] Moderní rotující obvody obsahují na hřídeli aktivní komponenty pro odbuzení, které rozšiřují most pasivní diody.[6][7][8] Navíc jejich nedávný vývoj ve vysoce výkonné bezdrátové komunikaci[9][10] realizovali plně řízené topologie na hřídeli, jako jsou tyristorové usměrňovače a rozhraní chopperů.[11][12][13][14][15][16][17]

Reference

  • Elektrická technologie - II B.L. Thereja
  • Elektrické stroje - I od U.A. Bakshi, V.U Bakshi
  1. ^ Fenwick, D.R .; Wright, W.F. (1976). "Přehled trendů v budících systémech a možný budoucí vývoj". Sborník institucí elektrotechniků. 123 (5): 413. doi:10.1049 / piee.1976.0093. ISSN  0020-3270.
  2. ^ Salah, Mohamed; Bacha, Khmais; Chaari, Abdelkader; Benbouzid, Mohamed El Hachemi (září 2014). „Bezkartáčový třífázový synchronní generátor za podmínek selhání rotující diody“ (PDF). Transakce IEEE o přeměně energie. 29 (3): 594–601. doi:10.1109 / tec.2014.2312173. ISSN  0885-8969.
  3. ^ Zhang, YuQi; Cramer, Aaron M. (prosinec 2017). „Numerické modelování průměrné hodnoty rotujících usměrňovačů v bezkartáčových budicích systémech“. Transakce IEEE o přeměně energie. 32 (4): 1592–1601. doi:10.1109 / tec.2017.2706961. ISSN  0885-8969.
  4. ^ Nuzzo, Stefano; Galea, Michael; Gerada, Chris; Brown, Neil (duben 2018). "Analýza, modelování a konstrukční úvahy pro budicí systémy synchronních generátorů". Transakce IEEE na průmyslovou elektroniku. 65 (4): 2996–3007. doi:10.1109 / kravata.2017.2756592. ISSN  0278-0046.
  5. ^ Nøland, Jonas Kristiansen (2017). „Nové paradigma pro velké střídavé hydrogenerátory: výhody mimo statický systém“. DIVA.
  6. ^ Systém rychlého odbuzení pro synchronní stroje s nepřímým buzením, 2010-02-11, vyvoláno 2018-05-28
  7. ^ Rebollo, Emilio; Blazquez, Francisco; Blanquez, Francisco R .; Platero, Carlos A .; Redondo, Marta (01.07.2015). „Vylepšený vysokorychlostní systém odbuzení pro střídavé synchronní stroje testovaný na hydrogenerátoru o výkonu 20 MVA“. IET Electric Power Applications. 9 (6): 405–411. doi:10.1049 / iet-epa.2014.0313. ISSN  1751-8660.
  8. ^ Rebollo, Emilio; Platero, Carlos A .; Blazquez, Francisco; Granizo, Ricardo (01.04.2017). „Interní náhlá zkratová reakce nového HSBDS pro střídavé synchronní stroje testována na generátoru 15 MVA“. IET Electric Power Applications. 11 (4): 495–503. doi:10.1049 / iet-epa.2016.0525. ISSN  1751-8660.
  9. ^ Pang, Zhibo; Luvisotto, Michele; Dzung, Dacfey (září 2017). „Bezdrátová vysoce výkonná komunikace: výzvy a příležitosti nového cíle“. IEEE Industrial Electronics Magazine. 11 (3): 20–25. doi:10.1109 / mie.2017.2703603. ISSN  1932-4529.
  10. ^ Llano, Danilo X .; Abdi, Salman; Tatlow, Mark; Abdi, Ehsan; McMahon, Richard A. (09.09.2017). „Systém získávání energie a bezdrátový přenos dat pro vybavení rotoru v elektrických strojích“ (PDF). IET výkonová elektronika. 10 (11): 1259–1267. doi:10.1049 / iet-pel.2016.0890. ISSN  1755-4535.
  11. ^ Točivý elektrický stroj, 2014-05-28, vyvoláno 2018-05-28
  12. ^ Systémy a metody týkající se synchronních strojů bez budiče, 2017-10-06, vyvoláno 2018-05-28
  13. ^ Noland, Jonas Kristiansen; Hjelmervik, Karina Bakkelokken; Lundin, Urban (březen 2016). „Porovnání tyristorem řízených topologických topologií pro šestfázový rotační střídavý permanentní magnetový budič“. Transakce IEEE o přeměně energie. 31 (1): 314–322. doi:10.1109 / tec.2015.2480884. ISSN  0885-8969.
  14. ^ Noland, Jonas Kristiansen; Evestedt, Fredrik; Perez-Loya, J. Jose; Abrahamsson, Johan; Lundin, Urban (květen 2017). "Návrh a charakteristika rotačního střídavého budiče PM s vnějším pólem pro synchronní generátor". Transakce IEEE na průmyslové aplikace. 53 (3): 2016–2027. doi:10.1109 / tia.2017.2669890. ISSN  0093-9994.
  15. ^ Noland, Jonas Kristiansen; Evestedt, Fredrik; Perez-Loya, J. Jose; Abrahamsson, Johan; Lundin, Urban (březen 2018). „Testování topologií aktivního usměrňování na šestifázovém rotačním střídavém budiči PM s vnějším pólem“. Transakce IEEE o přeměně energie. 33 (1): 59–67. doi:10.1109 / tec.2017.2746559. ISSN  0885-8969.
  16. ^ Noland, Jonas Kristiansen; Evestedt, Fredrik; Perez-Loya, J. Jose; Abrahamsson, Johan; Lundin, Urban (únor 2018). „Srovnání konfigurací tyristorového usměrňovače pro šestifázový rotační střídavý budič PM Exciter“. Transakce IEEE na průmyslovou elektroniku. 65 (2): 968–976. doi:10.1109 / kravata.2017.2726963. ISSN  0278-0046.
  17. ^ Noland, Jonas Kristiansen; Evestedt, Fredrik; Lundin, Urban (2018). "Demonstrace poruchových režimů a nadbytečné následné operace rotujících tyristorových usměrňovačů na střídavých dvouhvězdných budičích". Transakce IEEE na průmyslovou elektroniku. 66 (2): 842–851. doi:10.1109 / kravata.2018.2833044. ISSN  0278-0046.

Viz také