EXCITATIA GENERATORULUI

EXCITATIA GENERATORULUI

Producerea curentului continuu de excitare a generatorului (curentul rotorului) se realizeaza intr-o varietate mare de solutii.

Dupa principiile constructive adoptate, sistemele de excitatii ale generatoarelor se pot clasifica in doua categorii:

sisteme de excitatie cu masini electrice rotative;

sisteme de excitatie statice cu elemente conductoare comandate sau necomandate.

Masinile electrice rotative pot fi de curent continuu sau de curent alternativ. Oricare ar fi sistemul de excitatie, acesta trebuie sa raspunda la urmatoarele cerinte principale:

realizarea unui plafon de excitatie separat;

viteza mare de crestere a tensiunii in regim tranzitoriu.

Siguranta in functionare a unui sistem de excitatie depinde de gradul de autonomie al lui fata de generator de complexitatea instalatiilor prin care se asigura excitarea generatorului si fiabilitatea fiecarui element component in parte. Alegerea sistemului de excitatie se face in functie de tipul generatorului (turbo sau hidro), de puterea lui nominala, de turatia lui nominala, de unele cerinte ale retelei la care este conectat etc.

1. Sisteme de excitatie cu masini de curent continuu

Figura 56

Sursa de curent continuu, in acest caz, este un generator de curent numit excitatoare care poate fi cu excitatie derivatie sau cu excitatie separata. Solutia este adecvata pentru generatoarele de puteri mici.

Excitatoarea este antrenata direct de rotorul generatorului fiind montata deasupra lui. Carcasa excitatoarei este executata din otel turnat. Excitatoarea are poli principali executati din tabla silicoasa stantata si poli auxiliari executati din otel masiv.

Bobinajul de excitatie este executat din bobine realizate din sarma de cupru dreptunghiulara. Bobinele cu rame de distantare intre ele pentru asigurarea racirii. Bobinajul de comutatie este executat din sarma de cupru de profil dreptunghiular avand izolatie intre spire.

Rotorul excitatoarei are un arbore propriu cu flansa care se fixeaza rigid pe arborele generatorului. Pe arbore se aplica butucul de constructie sudata, peste care se introduce pachetul de tole rotor executat din tabla silicoasa. Crestaturile rotorului sunt deschise pentru a permite introducerea usoara a barelor de bobinaj. Barele de bobinaj sunt izolate pe baza de mica sau alte materiale similare pentru a avea asigurata cel putin clasa B de izolatie. Asigurarea barelor de bobinaj in crestatura se face cu pene iar capetele de bobina sunt asigurate prin bandajare.

Colectorul este executat din lamele de cupru electrolitic izolate intre ele si montate pe un butuc izolat, cu ajutorul cozilor de randunica. Legatura intre barele rotorice si lamele se realizeaza prin fanioane.

Periile de contact culeg curentul continuu de la colector si il transmit prin conductor la borne. Bornele sunt executate din cuplu electrolitic si sunt montate pe o placa de borne, fixata in cutia de borne care este montata pe partea superioara a carcasei.

Excitatoarea are o racire naturala bazata pe efectul de ventilatie al rotorului. La acest tip de excitatoare putem avea urmatoarele genuri de defecte:

cea mai sensibila componenta este colectorul. La colector pot aparea scurtcircuite intre lamele care conduc la distrugerea izolatiei si aparitia de caverne. Acest lucru este favorizat de depunerea intre lamele a prafului de carbune provenit de la periile colectoare;

aparitia "cercurilor de foc" pe colector datorita fie scurtcircuitelor intre lamele fie decalarii periilor fata de axa neutra. Acest gen de defect este deosebit de grav intrucat poate conduce la deteriorarea grava a colectorului.

aparitia unor canale pe colector datorate fie folosirii unor perii de calitate necorespunzatoare fie nedecalarii periilor pe verticala pentru a avea o uzura uniforma a intregii suprafete a colectorului;

izolatia slaba a rotorului, a polilor principali si auxiliari ai statorului.

Figura 57

2. Sisteme de excitatie cu masini de curent alternative

Figura 58

Excitatoarele sunt generatoare de curent alternativ asociate cu elemente semiconductoare comandate (tiristori) sau necomandate (diode). Aceste sisteme de excitatie se adopta la hidrogeneratoare de puteri medii si mari nemaifiind limitari in privinta puterii excitatoarei si a sistemului de redresare. Se realizeaza in principal in doua variante:

a)     excitatoarea are infasurarea de excitatie in rotor iar infasurarea de curent alternativ in stator.

b)     Excitatoarea are infasurarea de excitatie in stator iar infasurarea de curent alternativ in rotor.

In primul caz curentul alternativ producandu-se in stator puntea de redresare este fixa in spatiu. Transmiterea curentului continuu redresat in rotorul generatorului se face prin sistemul de inele si perii, inelele fiind fixate pe rotorul generatorului.

In al doilea caz curentul alternativ producandu-se in rotorul excitatoarei cuplata pe axul generatorului puntea de redresare a curentului alternativ se fixeaza pe partea rotativa a grupului.

Transmiterea curentului continuu redresat in infasurarea rotorului generatorului se face direct eliminandu-se periile si inelele care reprezinta avantaje fata de prima varianta. Puntea de redresare se realizeaza cu elemente semiconductoare comandate (tiristori) sau necomandate (diode). Daca puntea de redresare este realizata cu tiristoare, reglajul excitatiei generatorului se face prin modificarea unghiului de deschidere a acestor tiristoare, iar daca puntea de redresare este realizata cu diode, excitatia generatorului se face prin reglarea excitatiei excitatoarei de curent alternativ.

Defecte posibile:

deteriorarea diodelor si tiristoarelor;

scurtcircuite intre bobine;

puneri la pamant a infasurarilor statorice si rotorice;

izolatie necorespunzatoare a statorului sau a rotorului.

3. Excitatia excitatoarei

Excitatoarea fie ca este de curent continuu, fie ca este de curent alternativ, are nevoie de excitatie in curent continuu. Solutiile de baza pentru asigurarea excitatiei excitatoarei sunt in principal:

a)     cu excitatoare de curent continuu cu autoexcitatie (excitatie deviatie) sau cu excitatie separata;

b)     cu excitatoare de curent alternativ cu autoexcitatie asigurata printr-o panta de redresare sau cu excitatie separata.

3.1. Excitatoare de curent continuu cu autoexcitatie

Curentul de excitatie al excitatoarei se obtine prin legarea infasurarii de excitatie la bornele excitatoarei. Chiar daca circuitul excitatoarei este deschis la punerea in functiune a excitatoarei datorita magnetizarii remanente a polilor rotorului (inductorul) excitatoarea produce o tensiune electromotoare mica. La inchiderea circuitului inductor aceasta tensiune electromotoare produce curent in infasurarea inductoare. Daca acest curent produce un camp magnetic de acelasi sens ca magnetizarea remanenta, tensiunea exitatoarei se mareste progresiv ca urmare a intensificarii campului in masina.

In cazul in care campul produs de curentul inductor este de sens contrar magnetizarii remanente, campul rezultant in masina se micsoreaza si excitatoarea nu se amorseaza. Daca s-a pierdut magnetizarea remanenta se procedeaza la remagnetizarea masinii cu o sursa de curent continuu, de regula o baterie de acumulatori, prin atingeri ale bornelor omoloage baterie-excitatoare (plus baterie la plus excitatoare, minus baterii la minus excitatoare). Operatia se repeta pana cand excitatoarea incepe sa se excite.

3.2. Excitatoarea de curent continuu cu excitatie separata

Curentul de excitatie al excitatoarei este produs de o excitatoare pilot care poate fi de curent continuu, cu autoexcitatie sau de curent alternativ, cu punti de redresare cu diode.

Sursa de curent continuu pentru excitatia separata a excitatoarei este asigurata cel mai frecvent din serviciile proprii ale hidrogeneratorului printr-o punte de redresare cu diode. Excitatoarea principala impreuna cu excitatoarea pilot sunt cuplate direct pe arborele generatorului.

Reglarea excitatiei generatorului se face prin reglarea curentului de excitatie al excitatoarei pilot, tensiunea la bornele excitatoarei pilot variaza in acelasi sens ca curentul de excitatie. Reglarea excitatiei hidrogeneratorului se mai poate realiza si in alt mod: se stabileste valoarea tensiunii la bornele excitatoarei pilot la nivelul care sa asigure tensiunea de plafon in rotorul generatorului la fortarea excitatiei, prin fixarea reostatului din circuitul infasurarii de excitatie al excitatoarei pilot pe o pozitie corespunzatoare.

Reglarea tensiunii excitatoarei se realizeaza, in acest caz, prin variatia curentului de excitatia in infasurarea sa de excitatie, manual prin manevrarea reostatului propriu sau de catre regulatorul automat de excitatie (RAE).

3.3. Excitatoare de curent alternativ cu autoexcitatie

Curentul de excitatie se obtine printr-o punte de redresare alimentata cu tensiune alternativa de la bornele excitatoarei. Pentru pornire este necesara alimentarea din alta sursa deoarece excitatoarea nefiind excitata nu produce tensiune alternativa.

In alta varianta, pentru punerea in functiune se comuta puntea cu tiristoare pe surse independenta.

3.4. Fortarea excitatiei

In cazul scaderii considerabile a tensiunii la bornele generatorului, ca urmare de exemplu a unui scurtcircuit in sistem, iesirea din paralel a generatorului se poate evita prin cresterea rapida a curentului de excitatie la valori foarte ridicate, operatie care se numeste fortarea excitatiei, aceasta inseamna modificarea tensiunii de excitatie de la o valoare initiala la valoarea ei de plafon care raportata la tensiunea de excitatie nominala, este de aproximativ 1,6 - 2 la turbogeneratoare si de pana la 4 ori la hidrogeneratoare.

In general fortarea excitatiei se realizeaza fie cu dispozitive independente de RAE prin relee care scurtcircuiteaza elementele de reglaj din circuitul de excitatie (de exemplu rezistente) fie prin RAE. Daca excitatia generatorului se realizeaza prin punti cu tiristoare, fortarea excitatiei are loc prin reducerea unghiului de comanda a tiristorului.

Ca urmare a actionarii fortarii excitatiei curentul de excitatiei atinge valoarea de plafon I_EP, valoare la care se stabilizeaza comportarea sistemelor de excitatie in regim tranzitoriu se apreciaza prin plafonul    tensiunii de excitatie U_EP si viteza de raspuns V definita corespunzator prin relatia:

La excitatoarele de curent alternativ la care RAE actioneaza direct in circuitul de excitatie al generatorului, desfasurarea proceselor tranzitorii se produce mult mai rapid: atingerea tensiunii de excitatie de plafon se realizeaza in 0,1 - 0,35.

Viteza de crestere a tensiunii de excitatie la sistemele de excitatie statice cu semiconductoare este foarte ridicata. Astfel timpul de atingere a tensiunii de excitatie de plafon este de 0,03 - 0,04 s.

La valori ale tensiunii de plafon ridicate (chiar peste doua ori valoarea nominala: sistemul de excitatie se prevede cu doua punti de tiristoare, iar infasurarile de curent alternativ ale excitatoarei se realizeaza ca prize, puntea de excitatie de lucru se conecteaza la prizele infasurarii excitatoarei iar puntea de fortare a excitatiei la intreaga tensiune a infasurarii excitatoarei.

3.5. Dezexcitarea rapida a generatoarelor sincrone

Atat la defecte interne cat si la scurtcircuite exterioare nu este suficienta numai declansarea intrerupatorului generatorului.

In primul caz, generatorul continua sa se roteasca, alimenteaza mai departe defectul, ceea ce duce la accentuarea deteriorarii generatorului.

In al doilea caz, generatorul ramas in gol poate intra intr-un regim periculos pentru izolatia infasurarilor datorita cresterii tensiunii la borne.

Din aceste motive, eliminarea defectului se realizeaza prin deschiderea intrerupatorului generatorului si anularea campului magnetic din interiorul lui.

Procedeul de anulare a campului se denumeste stingerea campului in generator sau dezexcitarea rapida a generatorului.

Aceasta se realizeaza printr-o diversitate mare de solutii insa toate se bazeaza pe introducerea unei rezistente in circuitul de excitatie si/sau aplicarea unei tensiuni inverse la bornele infasurarii rotorului generatorului.

De remarcat faptul ca, in timpul comutarilor, circuitul de excitatie nu trebuie sa se intrerupa.

Dezexcitarea trebuie sa se produca cat mai rapid dar tensiunea care apare in timpul dezexcitarii la bornele infasurarii de excitatie sa nu pericliteze izolatia infasurarilor.

Metoda de dezexcitare foarte larg utilizata este dezexcitarea cu conectarea unei rezistente in circuitul de excitatie al generatorului.

Pentru ca circuitul de excitatie sa nu se intrerupa, automatul de dezexcitare rapida (ADR) conecteaza cu o mica anticipatie circuitul de excitatie pe o rezistenta (contactul b) fata de deschiderea contactului principal s-a notat cu:

RE rezistenta infasurarii de excitatie;

Rd - rezitenta de dezexcitare;

SE - sistemul de excitatie.

Dezexcitarea se realizeaza cu atat mai rapid cu cat Rd este mai mare. Dar in momentul comutarii tensiunea la bornele infasurarii creste prin salt de K = R_d/R_E ori solutia adoptata a fost alegerea valorii R_d = (4-9)R_E care de obicei satisfac si conditiile impuse pentru tensiunea de incercare a izolatiei infasurarilor.

Metoda de dezexcitare prin aplicarea unei tensiuni inverse la bornele infasurarii de excitatie a generatorului prin puntea de tiristoare prin trecerea puntii in regim de invertor concomitent cu deschiderea contactelor ADR.

Prin aceasta, tiristoarele, functionand in regim de invertor, transforma tensiunea continua in tensiune alternativa, infasurarea statorica a excitatoarei devine sarcina pe care se descarca energia din rotorul generatorului.

Prin utilizarea acestei metode se realizeaza un timp de dezexcitare mult mai mic: daca timpul de dezexcitare a unui generator in gol, cu rezistenta de dezexcitare este de    5 - 7 secunde la stingerea prin aplicarea tensiunii inverse este de 0,3 - 1,4 s.

3.6. Excitatii statice

Curentul continuu se obtine prin redresarea curentului alternativ folosind in acest scop diverse scheme electrice. Datorita faptului ca acest gen de excitatie nu are piese in miscare sunt posibilitati reduse de a avea defectiuni.