Классификация систем возбуждения

До 50-х годов для возбуждения синхронных машин применялись почти исключительно электромашинные системы возбуждения. В этих системах в качестве возбудителя используется коллекторный генератор постоянного тока.

В прямых электромашинных системах возбуждения якорь возбудителя сопряжён непосредственно с валом синхронного генератора (см. рис. 6.2, а и б).

В косвенных электромашинных системах возбуждения ротор возбудителя приводится во вращение синхронным или асинхронным двигателем, получающим питание или от шин собственных нужд станции, или от вспомогательного синхронного генератора на валу главного генератора, или от вспомогательного синхронного генератора, установленного на станции специально для этой цели. Эти системы возбуждения отличаются от приведённых на рис. 6.2, а и б только тем, что ротор возбудителя сопряжён не с валом генератора, а с отдельным двигателем.

В соответствии с ГОСТ гидрогенераторы и турбогенераторы должны иметь прямые системы возбуждения, обладающие наибольшей надёжностью (применение косвенной системы возбуждения требует особого согласования). Предельная мощность электромашинных возбудителей по условиям коммутации зависит от их частоты вращения, совпадающей, как правило, с частотой вращения возбуждаемого синхронного генератора (при 3000 об/мин не более 600 кВт). Поэтому электромашинные системы возбуждения не могут быть применены в двухполюсных турбогенераторах, мощность которых превосходит 100—150 МВт.

Начиная с 50-х годов по мере освоения производства и повышения надёжности полупроводниковых выпрямителей, получают все большее применение вентильные системы возбуждения с кремниевыми диодами и тиристорами. В 60— 70-е годы вентильные системы возбуждения почти полностью вытеснили электромашинные системы возбуждения. Они повсеместно применяются не только для синхронных двигателей и генераторов небольшой мощности, но и для крупных турбогенераторов, гидро­генераторов и синхронных компенсаторов, в том числе и для установок предельных мощностей.

Различают три основные разновидности вентильных систем воз­буждения: системы самовозбуждения, независимые системы возбуждения и бесщёточные системы возбуждения.

В системе самовозбуждения (см. рис. 6.2, в) необходимая для возбуждения синхронной машины энергия отбирается от ее обмотки якоря, причём выпрямление переменного тока, получаемого от якоря, осуществляется с помощью управляемых полупроводниковых выпрямителей (тиристоров). Отбор энергии осуществляется с помощью трансформатора 7, включаемого параллельно с обмоткой якоря, и трансформатора 9, включённого последовательно с обмоткой якоря. Трансформатор 9 позволяет обеспечить форсирование возбуждения при близких коротких замыканиях, когда напряжение на обмотке якоря существенно снижается.

В независимой системе возбуждения (см. рис. 6.2, б) энергия, необходимая для питания обмотки возбуждения, получается от возбудителя трехфазного переменного тока 3, ротор которого укреплён на валу главного генератора. В схемах выпрямителей в этом случае используются полупроводниковые вентили (кремниевые диоды или тиристоры), собранные по трехфазной мостовой схеме. При регулировании возбуждения генератора используются одновременно возможности управления выпрямителями и изменение напряжения возбудителя.

Одной из разновидностей системы независимого возбуждения является бесщёточная система возбуждения с установленными на валу машины полупроводниковыми выпрямителями, в которой отсутствуют скользящие контакты. Эта система отличается от системы по рис. 6.2, б тем, что обмотка переменного тока возбудителя 3 располагается на его роторе, а выпрямитель 5, получающий питание от этой обмотки, укреплён на валу. Обмотка возбуждения возбудителя, расположенная на его статоре, получает питание от подвозбудителя 4 или регулятора возбуждения 6.