El primer sistema de excitación fue desarrollado en 1971 por Kinte Industrial Co. Ltd. Algunos de los sistemas de excitación y proveedores de excitadores son Superficies acústicas, Spincore Technologies, Mitsubishi Electric Power Products, DirectMed Parts, Basler Electric Co., etc. Este sistema se utiliza para Proporcionar alimentación de CC o CC a las máquinas síncronas. Los excitadores de cc, excitadores de ca, circuitos de procesamiento o detección de señales, amplificadores , los rectificadores y los circuitos de retroalimentación de estabilización del sistema de excitación son los elementos básicos de los diferentes sistemas de excitación. En este artículo se explican los diferentes tipos de sistemas de excitación, elementos, ventajas y desventajas.
¿Qué es un sistema de excitación?
Definición: El sistema que proporciona CC al devanado de campo de la máquina síncrona para realizar funciones de protección y control del sistema de energía. Este sistema consta de excitador, PSS (Estabilizador del sistema de potencia), AVR (Regulador automático de voltaje), unidad de procesamiento y elementos de medición. La corriente proporcionada por este sistema es la corriente de excitación. Los valores de entrada de este sistema se obtienen utilizando los elementos de medición, ya que el devanado de campo del excitador del generador es la fuente de energía eléctrica y el circuito regulador de voltaje autónomo realiza el control de la corriente del excitador, el estabilizador PSS se utiliza para producir señales adicionales en el lazo de control.
Tipos de sistema de excitación
La clasificación del sistema de excitación se muestra en la siguiente figura.
tipos de excitación
Sistema de excitación DC
El sistema de CC (corriente continua) consta de dos tipos de excitadores: el excitador principal y el excitador piloto. La salida del excitador es ajustada por el regulador de voltaje automático para controlar el alternador voltaje del terminal de salida. A través del devanado de campo, la resistencia de descarga de campo se conecta cuando el interruptor de campo está abierto. Estos dos excitadores en el sistema de corriente continua pueden ser accionados por motor o por el eje principal. La tensión nominal del excitador principal es de aproximadamente 400 V. A continuación se muestra la figura del sistema de CC.
excitación dc
Ventajas
Las ventajas del sistema DC son
- Más confiable
- De tamaño compacto
Desventajas
Las desventajas del sistema DC son
- Talla grande
- La regulación de voltaje era compleja
- Respuesta muy lenta
Sistema de excitación de CA
El sistema de CA (corriente alterna) consta de un puente rectificador de tiristores y un alternador que están conectados directamente al eje principal. El excitador principal en un sistema de corriente alterna puede ser excitado por separado o autoexcitado. Este sistema se clasifica en dos tipos: sistema de rotor o sistema de tiristor giratorio. La clasificación del sistema de CA se muestra en la siguiente figura.
clasificación-de-excitación-ca
Sistema de tiristor giratorio
La figura del sistema de rotor o tiristor giratorio se muestra a continuación. La parte giratoria de este consiste en un campo de alternador rectificador , un circuito rectificador, fuente de alimentación y un excitador de corriente alterna o un excitador de CA. La señal de activación controlada es generada por la fuente de alimentación y el control del rectificador.
tipo tiristor giratorio
Ventajas
Las ventajas del sistema de tiristores giratorios son
- Respuesta rapida
- Simple
- Bajo costo
Desventajas
La principal desventaja es que la tasa de respuesta del tiristor es muy baja.
Sistema sin escobillas
El estator y el rotor son los componentes principales del sistema de alternador sin escobillas. El cuerpo del estator consta del estator principal y un estator del excitador. De manera similar, el conjunto del rotor consta del rotor principal y el rotor del excitador junto con un conjunto de rectificador de puente montado en una placa que está unida al rotor.
El estator del excitador tiene magnetismo residual cuando el rotor comienza a girar. La salida de CA (corriente alterna) se genera en las bobinas del rotor del excitador y esta salida pasa a través de un puente rectificador. La salida que pasa a través de un puente rectificador se convierte en CC (corriente continua) y se envía al rotor principal. El rotor principal en movimiento genera CA en las bobinas del rotor principal estacionario.
El excitador juega un papel clave en el control de la salida del alternador. La corriente de magnetización de CC suministrada al rotor, que es el campo del alternador principal, por lo tanto, si aumentamos o disminuimos la cantidad de corriente a las bobinas del campo del excitador estacionario, la salida del alternador principal se puede variar. El sistema sin escobillas se muestra en la siguiente figura.
tipo sin cepillo
Para el generador síncrono, el sistema sin escobillas proporciona corriente de campo sin utilizar el anillo deslizante ni las escobillas de carbón. El sistema de excitador sin escobillas acoplado con un eje de rotor con 16 PMG (excitador de imán permanente) y un excitador principal trifásico con un rectificador de diodo de silicio. El excitador de imán permanente produce una alimentación de 400 Hz, 220 V CA.
El eje del rotor principal del alternador está acoplado al circuito del excitador sin escobillas sin escobillas, sin anillos deslizantes y mediante cables del rotor. La salida principal del excitador está conectada al puente SCR en el eje hueco, mientras que el excitador de imán permanente y el excitador principal están conectados al eje sólido.
Ventajas
Las ventajas del sistema sin escobillas son
- La confiabilidad es excelente
- La flexibilidad de funcionamiento es buena.
- Las respuestas del sistema son buenas
- No hay contacto móvil en el sistema sin escobillas, por lo que el mantenimiento es bajo
Desventajas
Las desventajas del sistema sin escobillas son
- La respuesta es lenta
- No hay una desexcitación rápida
Sistema estático
Este sistema consta de transformadores rectificadores, etapa de salida SCR, arranque de excitación y equipo de descarga de campo, y circuitos de control operacional y regulador. En este sistema, no hay parte giratoria, por lo que no hay pérdidas por efecto del viento ni pérdidas por rotación. En este sistema, la salida trifásica del alternador principal se transfiere al transformador reductor y el sistema es más económico en un alternador pequeño por debajo de 500 MVA. El sistema estático se muestra en la siguiente figura.
sistema de excitación estática
Ventajas
Las ventajas del sistema estático son
- La confiabilidad es buena
- La flexibilidad de funcionamiento es muy buena.
- Las respuestas del sistema son excelentes
- De tamaño pequeño
- Baja pérdida
- Simple
- Alto rendimiento
Desventajas
Las principales desventajas del sistema estático son que requiere un anillo deslizante y un cepillo.
Elementos y señales del sistema de excitación
El diagrama de bloques general para el sistema de control de la máquina síncrona se muestra en la siguiente figura. La figura consta de cinco bloques que son: bloque de elementos de control, bloque excitador, transductor de voltaje terminal y compensador de carga, máquina síncrona y sistema de potencia, y estabilizador del sistema de potencia y control de excitación discontinua complementario.
diagrama-de-bloques-del-sistema-de-control-de-máquina-síncrona
Donde EFD es el sincrónico voltaje de campo de la máquina o voltaje de salida del excitador, corriente de campo de la máquina síncrona IFD o es la corriente de salida del excitador, IT es el fasor de corriente del terminal de la máquina síncrona, VC es la salida del transductor de voltaje del terminal, VOEL es la salida del limitador de sobreexcitación, VR es la salida del regulador de voltaje , VS es la salida del estabilizador del sistema de potencia, VSI es la entrada del estabilizador del sistema de potencia, VREF es la tensión de referencia del regulador de voltaje y VUEL es la salida del limitador de subexcitación.
Preguntas frecuentes
1). ¿Cuál es el voltaje de excitación?
Es una cantidad de voltaje requerida para excitar la bobina de campo y el voltaje varía según el control del rectificador. La tensión alterna y la tensión continua son los dos tipos de tensión de excitación.
2). ¿Por qué se utiliza CC para excitación?
La corriente eléctrica se produce solo cuando el cable gira en un campo magnético constante obtenido solo por voltaje de corriente continua (CC), por lo que se aplica voltaje de CC a una bobina para obtener el campo magnético constante.
3). ¿Por qué los generadores necesitan excitación?
La excitación es necesaria para que el generador cree un campo magnético y proporcione un campo magnético giratorio constante o fijo o estacionario.
4). ¿Qué sucede cuando los generadores pierden excitación?
La corriente del rotor disminuye cuando el generador pierde la excitación y, por la constante de tiempo de campo, el voltaje de campo también decae.
5). ¿Por qué necesitamos un sistema de excitación para alternadores?
Este sistema es necesario para que un alternador controle el voltaje y la potencia reactiva del alternador o generador síncrono.
En este artículo, el diferentes tipos de sistemas de excitación , se discuten las ventajas y desventajas del sistema. Aquí hay una pregunta para usted: ¿qué es el excitador piloto en el sistema de excitación de CC?
