Pусский 
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2025-12-23 Происхождение:Работает
В современных энергетических системах, будь то массивные турбогенераторы на теплоэлектростанциях, гидрогенераторы на гидроэлектростанциях или синхронные двигатели, приводящие в движение промышленные процессы, основная суть заключается в точном управлении магнитным полем ротора. Трансформатор возбуждения — это ключевой элемент оборудования, который обеспечивает точный и надежный «источник энергии» для этой основной сущности. Он не передает электроэнергию непосредственно в сеть, но фундаментально определяет эксплуатационные характеристики, эффективность синхронной машины и уровень устойчивости всей энергосети.
Ротору синхронной машины требуется постоянный ток (DC) для создания мощного магнитного поля (т. е. «возбуждения»). Система возбуждения отвечает за обеспечение и регулирование этого постоянного тока. Трансформатор возбуждения в этой системе выполняет три основные задачи:
Согласование напряжения и электрическая изоляция : он принимает относительно высокое переменное напряжение от клемм генератора или сервисной шины станции (например, 10 кВ, 15,75 кВ), безопасно понижает его до более низкого уровня, подходящего для последующего тиристорного выпрямителя (обычно от нескольких сотен до тысячи вольт), и обеспечивает необходимую электрическую изоляцию для обеспечения безопасности цепей управления.
Обеспечение источника питания выпрямителя : он подает стабильный и подходящий источник питания переменного тока в следующий шкаф тиристорного выпрямителя , образуя энергетическую основу для преобразования переменного тока в постоянный ток, необходимый для ротора.
Поддержка форсирования поля и быстрого реагирования : когда неисправности сети, такие как короткие замыкания, вызывают внезапное падение напряжения, системе необходимо мгновенно (в течение миллисекунд) и резко увеличить напряжение и ток возбуждения (т. е. «форсирование поля» или «сильное возбуждение»), чтобы полностью поддерживать напряжение сети и поддерживать синхронную стабильность. Трансформатор возбуждения должен обладать способностью обеспечивать в несколько раз больше номинального значения при кратковременных перегрузках, служа энергетической опорой для функции формирования поля.
Короче говоря, трансформатор возбуждения — это специальный узел преобразования и адаптации энергии, соединяющий основную энергосистему с точной схемой управления полем ротора.
Условия эксплуатации и назначение трансформаторов возбуждения приводят к значительным конструктивным различиям по сравнению со стандартными распределительными или силовыми трансформаторами:
Особенность | Трансформатор возбуждения | Стандартный распределительный трансформатор |
Загрузить природу | Нелинейная ударная нагрузка (тиристорный выпрямитель) с сильными искажениями формы тока и очень высоким содержанием гармоник (особенно 5-й, 7-й, 11-й). | Преимущественно линейные нагрузки, с формой тока, близкой к синусоидальной. |
Условия эксплуатации | Постоянно подвергается дополнительному нагреву и электромагнитным воздействиям от гармонических токов ; должен часто справляться с быстрыми изменениями нагрузки из-за регулирования системы и требований воздействия на поле. | Нагрузка относительно стабильна, с медленными изменениями. |
Дизайн фокус | Высокое сопротивление короткого замыкания , высокая устойчивость к гармоническому перегреву , отличная механическая прочность и перегрузочная способность.. | Оптимизирован по эффективности (низкие потери), соответствует стандартным требованиям по превышению температуры и сроку службы. |
Электрические характеристики | Напряжение импеданса обычно высокое (может достигать 8–20% ), чтобы ограничить ток короткого замыкания и защитить тиристоры. | Импедансное напряжение ниже (обычно 4–8%), чтобы минимизировать падение напряжения. |
Основные проблемы, на которых сосредоточено внимание:
Гармонический перегрев : специальные конструкции и материалы (например, транспонированные проводники, уменьшенные потери на вихревые токи) необходимы для противодействия перегреву обмоток и деталей конструкции, вызванному высокочастотными гармониками.
Высокие электромагнитные силы : высокий импеданс короткого замыкания и частые скачки тока требуют использования обмоток с чрезвычайно высоким механическим зажимом и способностью выдерживать короткое замыкание.
Быстрая реакция на переходные процессы : конструкция должна гарантировать, что энергия магнитного поля может быстро накапливаться по команде создания поля, и магнитный сердечник не должен насыщаться.
Создание высокопроизводительного трансформатора возбуждения зависит от следующих ключевых технических соображений:
Точный расчет напряжения импеданса :
Роль : Ограничивает пиковый ток повреждения во время короткого замыкания плеча выпрямительного моста, защищая дорогие тиристорные элементы; влияет на скорость переходного процесса системы возбуждения.
Соображения : Требуется найти оптимальный баланс между «ограничением тока короткого замыкания» и «избежанием влияния на реакцию системы»; это основной параметр конструкции ядра.
Усиленная система обмотки и изоляции :
Обмотка : Часто используется конструкция , отлитая из эпоксидной смолы (сухого типа) или погруженная в масло . Сухой тип обеспечивает защиту от пожара/взрыва и упрощает обслуживание, подходит для использования внутри помещений или в сложных условиях. Масляное погружение обеспечивает превосходное рассеивание тепла и более высокую перегрузочную способность, что обычно используется для крупных агрегатов.
Изоляция : Должна выдерживать воздействие высокочастотных гармонических напряжений; Класс изоляционного материала и конструкция конструкции должны иметь достаточный запас.
Выбор метода охлаждения :
Сухой тип : обычно естественное воздушное (AN) или принудительное воздушное (AF) охлаждение.
Маслонаполненные : Oil Natural Air Natural (ONAN) или Air Forced Oil Force (OFAF). Для больших агрегатов OFAF обеспечивает более высокую охлаждающую способность, что позволяет удовлетворить требования к повышению температуры во время эксплуатации.
Соответствие векторной группы :
Должно точно соответствовать числу импульсов выпрямительного моста (например, 6-пульсный, 12-пульсный). Например, для формирования 12-импульсного выпрямителя с пониженными гармониками часто используется трехобмоточный трансформатор или комбинация двух трансформаторов (с расширенным соединением треугольником и звездой) для генерации двух трехфазных источников питания со сдвигом фаз на 30 градусов.
Контрольный список ключевых параметров выбора:
Номинальная мощность (кВА, необходимо учитывать воздействующую мощность)
Первичное/вторичное номинальное напряжение (кВ/В)
Импеданс Напряжение (%)
Векторная группа (например, D, y11, d0 и т. д.)
Класс изоляции и метод охлаждения
Условия установки (в помещении/на открытом воздухе, высота над уровнем моря, температура окружающей среды)
Большие тепловые/гидро/ядерные генераторные установки : служат основным оборудованием электропитания для статических систем возбуждения , стандартной конфигурации для современных основных генераторов.
Гидроаккумулирующие электростанции : Агрегаты работают как в генераторном (генерирующем), так и в моторном (насосном) режиме, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к двунаправленной адаптируемости и надежности их трансформаторов возбуждения.
Большие промышленные синхронные двигатели : используются для привода тяжелого оборудования, такого как компрессоры, вентиляторы и насосы, обеспечивая компенсацию реактивной мощности и стабилизируя внутреннюю сеть предприятия.
Морские электрические силовые установки : Обеспечивают стабильное возбуждение для ходовых синхронных двигателей, адаптированных к суровым морским условиям.
Хотя трансформатор возбуждения остается скрытым рядом с генератором или в помещении распределительного устройства, его производительность напрямую влияет на то, сможет ли синхронная машина генерировать стабильное напряжение, поддерживать синхронизм при нарушениях в сети и динамическую устойчивость всей энергосистемы. Это исполнительный блок с усилением мощности , который преобразует точные управляющие сигналы от автоматического регулятора напряжения в мощную силу магнитного поля.
