発電機励磁システムとは何ですか?
発電機励磁システム 同期発電機の励磁電流を供給する電源とその補助機器を総称して励磁システムといいます。一般的には、励磁電源装置と励磁調整器の2つの主要部分で構成されます。励磁電源装置は、同期発電機の回転子に励磁電流を供給します。励磁調整器は、入力信号と所定の調整基準に従って、励磁電源装置の出力を制御します。励磁システムの自動励磁調整器は、電力系統の並列ユニットの安定性を向上させる上で重要な役割を果たします。特に、現代の電力システムの発展は、ユニットの安定限界を下げる傾向につながり、励磁技術の継続的な発展も促進しています。同期発電機の励磁システムは、主に電源装置と調整器（装置）の2つの部分で構成されています。
1. 励磁システムの主な機能は次のとおりです。
1)発電機負荷の変化に応じて励磁電流を調整し、機械端子電圧を所定値に維持します。
2) 並列運転中の発電機間の無効電力配分を制御する。
3）発電機の並列運転の静的安定性を向上させる。
4）並列運転する発電機の過渡安定性を向上させる。
5) 発電機内部に故障が発生した場合、磁場を除去して故障損失の程度を低減します。
6) 運転要件に応じて、発電機に定格励磁限界および小励磁限界を設けます。同期発電機の励磁システムには様々な形式があり、電源供給方式に応じて、他励式と自励式の2種類に分けられます。
2. 発電機が励磁電流を得るためのいくつかの方法
1.直流発電機電源の励磁モード：
このタイプの励磁発電機は専用の直流発電機を備えており、この専用の直流発電機は直流励磁機と呼ばれ、励磁機は通常発電機と同軸に配置され、発電機の励磁巻線は励磁機から大軸に設置されたスリップリングと固定ブラシを介して直流電流を得ます。この励磁モードは、励磁電流の独立性、動作の信頼性、自家消費電力の削減などの利点があり、過去数十年間の発電機の主な励磁モードであり、より成熟した運用実績を持っています。欠点は、励磁制御速度が遅く、メンテナンスの作業負荷が大きいため、10MW以上のユニットではほとんど使用されません。
2. AC励磁電源の励磁モード：
現代の大容量発電機の中には、励磁電流を供給するために交流励磁器を用いるものがあります。交流励磁器は発電機の主軸にも設置されており、その出力交流電流は整流器を通過して発電機の回転子に励磁電流を供給します。この時、発電機の励磁モードは他の励磁モードに属し、静的整流装置を備えているため、静的励磁とも呼ばれます。交流二次励磁器は励磁電流を供給します。交流二次励磁器は、永久磁石機または自励定電圧装置を備えた交流発電機です。励磁制御速度を向上させるため、交流励磁器には通常100～200Hzの中間周波発電機が使用され、交流二次励磁器には400～500Hzの中間周波発電機が使用されます。この発電機の直流励磁巻線と三相交流巻線は固定子のスロットに巻かれ、回転子は歯車のように巻線のない歯とスロットのみで構成されます。そのため、ブラシ、スリップリングなどの回転接触部品がなく、動作信頼性が高く、構造がシンプルで、製造工程が簡便であるなどのメリットがあります。欠点は、ノイズが大きくなり、AC 電位の高調波成分も大きくなることです。
3. 励振器なしの励振モード：
励磁モードでは、特別な励磁器は設置されず、発電機自身から励磁電力を得て、整流後に発電機自身を励磁します。これを自励式静止励磁と呼びます。自励式静止励磁は、自分路励磁と自複合励磁の2つの方式に分けられます。自分路励磁方式では、発電機の出口に接続された整流変圧器を通して励磁電流を得て、整流後に発電機に励磁電流を供給します。この励磁方式は、接続が簡単で、設備が少なく、投資が少なく、保守作業も少ないなどの利点があります。自複合励磁方式では、整流変圧器が不要であるだけでなく、発電機の固定子ループに高出力変流器が直列に接続されています。変圧器の機能は、短絡発生時に発電機に大きな励磁電流を供給し、整流変圧器の出力不足を補うことです。この励磁方式には、整流変圧器から得られる電圧電源と直列変圧器から得られる電流源という2つの励磁電源があります。
III. 発電機および励磁電流関連特性
1、電圧調整
自動調整励磁システムは、電圧を制御量とする負帰還制御システムとみなすことができます。発電機端子電圧低下の主な原因は、無効負荷電流です。励磁電流が一定の場合、無効電流の増加に伴って発電機端子電圧は低下します。しかし、電力品質に関するユーザーの要求を満たすためには、発電機端子電圧は基本的に一定である必要があり、この要求を満たす方法は、無効電流の変化に応じて発電機の励磁電流を調整することです。
2、無効電力調整：
発電機が系統と並列運転する場合、無限容量電源の母線と並列運転していると考えることができます。発電機の励磁電流を変化させると、誘起電位と固定子電流も変化し、発電機の無効電流も変化します。発電機が無限容量系統と並列運転する場合、発電機の無効電力を変化させるには、発電機の励磁電流を調整する必要があります。このとき、変化した発電機励磁電流は、いわゆる「電圧調整」ではなく、系統に供給される無効電力のみを変化させます。
3、反応負荷分布：
並列運転する発電機は、定格容量に応じて無効電流を比例配分します。大容量の発電機はより大きな無効負荷を負担する必要があり、小容量の発電機はより小さな無効負荷を負担する必要があります。無効負荷の自動配分を実現するために、自動高圧調整励磁装置によって発電機の励磁電流を変化させ、端子電圧を一定に保ちます。また、発電機の電圧調整特性の傾きを調整することで、並列運転する発電機の無効負荷を適正に配分することができます。
励磁電流の自動調整方法
発電機の励磁電流を変更する場合、一般的には回転子ループ内で直接変更されません。ループ内の電流が非常に大きく、直接調整が容易ではないためです。通常、発電機の回転子電流を調整するには、励磁機の励磁電流を変更する必要があります。一般的な方法としては、励磁機の励磁回路抵抗の変更、励磁機の追加励磁電流の変更、サイリスタのオン角の変更などがあります。ここでは主にサイリスタのオン角を変更する方法について説明します。これは、発電機の電圧、電流、または力率の変化に応じてサイリスタ整流器のオン角を変更することで、発電機の励磁電流を変化させます。この装置は、一般的にトランジスタ、サイリスタなどの電子部品で構成され、高感度、高速、故障領域なし、出力電力が大きい、小型軽量などの利点があります。事故が発生した場合、発電機の過電圧を効果的に抑制し、磁場を迅速に除去することができます。自動調整励磁装置は、通常、測定ユニット、同期ユニット、増幅ユニット、調整ユニット、安定化ユニット、制限ユニット、およびいくつかの補助ユニットで構成されています。測定信号（電圧、電流など）は、測定ユニットによって変換された後、所定の値と比較され、比較結果（偏差）は前置増幅ユニットと電力増幅ユニットによって増幅され、サイリスタのオン角を制御するために使用され、発電機励磁電流を調整する目的を達成します。同期ユニットの機能は、位相シフト部のトリガパルス出力をサイリスタ整流器の交流励磁電源と同期させ、制御対象シリコンの正確なトリガを確保することです。差動調整ユニットの機能は、発電機を並列運転して、無効負荷を安定的かつ合理的に分散させることです。安定化ユニットは、電力系統の安定性を向上させるために導入されるユニットです。励磁システム安定化ユニットは、励磁システムの安定性を向上させるために使用されます。制限ユニットは、発電機が過励磁または不足励磁状態で動作することを防ぐために設計されています。すべての自動励磁調整装置が上記のユニットを備えているわけではなく、調整装置のユニットは、その装置が担う特定のタスクに関連していることに留意する必要があります。
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投稿日時: 2025年3月7日