Дизельные генераторы

Дизельные генераторы оснащены полупроводниковыми системами возбуждения. В основе системы возбуждения генератора лежит принцип выпрямления трехфазного переменного тока  повышенной или промышленной частоты возбудителей или напряжения возбуждаемого механизма. Постоянный ток  создает электромагнитное поле ротора. Поэтому, для функционирования  генератора нужно, чтобы в нем вращалось магнитное поле. Ротором создается вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора - это и есть «обмотка возбуждения».  

Четыре общих метода возбуждения включают в себя:

Шунт или самовозбуждение

Система повышения возбуждения (EBS)

Генератор с постоянными магнитами (PMG)

Вспомогательная обмотка (AUX).

Каждый метод имеет свои индивидуальные преимущества. Во всех методах используется автоматический регулятор напряжения (AVR) для подачи постоянного тока на статор возбудителя. Выход переменного тока ротора возбудителя выпрямляется на вход постоянного тока для основного ротора генератора. Более продвинутые системы используют дополнительный вход в AVR. В этой статье будут рассмотрены конструкция, функции и применение каждого метода, а также приведены диаграммы и иллюстрации для каждого из них.

Автоматический регулятор напряжения (АРН).

Конструкция АРН зависит от используемого возбуждения. Все они получают входные данные от статора генератора, когда он вращается. АРН с возможностью получения второго входа для уменьшения или устранения внутренних гармоник, вызванных сигналами обратной связи нагрузки, используются для приложений с нелинейной нагрузкой. Обычно используются два типа:

Силиконовый управляемый выпрямитель (SCR) — измеряет уровень мощности статора и определяет его срабатывание по напряжению возбудителя. Может вызвать проблемы при использовании с нелинейными нагрузками.

Полевой транзистор (FET) — измеряет уровень мощности статора и преобразует его в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на возбудитель. Этот стиль AVR можно использовать для методов возбуждения. Нелинейные нагрузки не вызывают обратной связи, приводящей к сбоям возбуждения.

Шунт или самовозбуждение. Шунтовое возбуждение.

Метод шунтирования простая конструкция для подачи питания на АРН. Этот метод не требует дополнительных компонентов или проводки. Поиск и устранение неисправностей упрощается за счет меньшего количества компонентов и проводки для проверки.

Когда генератор вращается, статор подает входное напряжение на АРН. Кроме того, АРН имеет датчики, которые контролируют выход статора. 

АРН подает питание на возбудитель и выпрямляется до постоянного тока. Ток индуцируется на статоре для выхода нагрузки.

Большим недостатком этой системы является то, что на АРН влияет нагрузка. Нагрузку питает генератор. Когда нагрузка увеличивается, напряжение начинает уменьшаться, и АРН должен подавать больший ток на возбудитель, чтобы удовлетворить спрос. Это доводит AVR до предела. Если AVR выходит за его пределы, поле возбуждения разрушается. Выходное напряжение уменьшается до небольшой величины.

Если произойдет короткое замыкание в цепи питания АРН, у генератора не будет источника возбуждения. Это приведет к потере выходной мощности генератора.

Генераторы с шунтирующим или самовозбуждающимся методом используются на линейных нагрузках (постоянная нагрузка). Генераторы с этим методом возбуждения не рекомендуются для абонентов с переменной нагрузкой. Гармоники, связанные с нелинейными нагрузками, могут вызвать пробой поля возбуждения.

Система повышения возбуждения (EBS). Возбуждение EBS.

Система EBS состоит из одних и тех же основных компонентов, обеспечивающих входы и получающих выходы от AVR. Дополнительными компонентами в этой системе являются:

Модуль управления усилением возбуждения (EBC)

Повышающий генератор возбуждения (EBG).

EBG установлен на ведомом конце генератора. Выглядит как постоянный магнит. EBG подает питание на контроллер при вращении вала генератора.

Модуль управления EBC подключается параллельно к AVR и возбудителю. EBC получает сигнал от AVR. Контроллер подает на возбудитель разную величину тока возбуждения, которая зависит от потребностей системы.

Дополнительная подача питания на систему возбуждения соответствует требованиям по нагрузке. Это позволяет запустить генератор и восстановить напряжение возбуждения. Эта система возбуждения не рекомендуется для устройств с постоянным питанием. Он предназначен для аварийного или резервного питания. Когда генератор запускается, система EBS отключается до тех пор, пока не будет достигнута рабочая скорость. EBG все еще генерирует энергию, но контроллер не распределяет ее. 

Нелинейные нагрузки, такие как запуск двигателя, улучшаются по сравнению с методом шунта или с самовозбуждением.

Генератор с постоянными магнитами (PMG). Возбуждение PMG.

Генераторы с постоянными магнитами имеют раздельное возбуждение. На ведомом конце вала генератора установлен постоянный магнит.

PMG подает изолированную мощность на АРН, когда вал генератора вращается. АРН использует дополнительную мощность при питании нелинейных нагрузок, таких как; запуск моторов. 

При вращении вала генератора создается чистый, изолированный, непрерывный трехфазный сигнал. 

Некоторые из преимуществ использования генераторов, оснащенных методом возбуждения PMG:

Поле возбуждения не разрушается. Это позволяет устранять устойчивые неисправности короткого замыкания.

Изменение нагрузки не влияет на поле возбуждения.

Напряжение создается при первоначальном запуске и не зависит от остаточного магнетизма в поле.

При пуске двигателя поле возбуждения не разрушается из-за отсутствия питания АРН.

Система PMG увеличивает вес и размер со стороны генератора. Это популярный метод возбуждения, где используется двигатель с пуском и стопом и другими нелинейными нагрузками.

Вспомогательная обмотка. Вспомогательная обмотка возбуждения.

Метод вспомогательной обмотки используется уже много лет. Область применения варьируется от морского до промышленного применения и более практична в более крупных установках.

Этот метод имеет отдельное поле возбуждения, однако не использует компонент, прикрепленный к ведомому концу вала генератора. В этих методах для дополнительного возбуждения применяется вращение вала и постоянный магнит или генератор.

В статор вмонтирована дополнительная однофазная обмотка. По мере вращения вала генератора обмотки статора подают напряжение на АРН.

Дополнительные однофазные обмотки подают напряжение на АРН. Это создает дополнительное напряжение возбуждения, необходимое при питании нелинейных нагрузок. 

С линейной нагрузкой могут использоваться методы возбуждения шунтирования, EBS, PMG и AUX. Шунтовое возбуждение является наиболее экономичным методом.

С нелинейной нагрузкой можно использовать методы возбуждения EBS, PMG и AUX. Возбуждение PMG является наиболее распространенным и широко используемым.