Reglarea Automata a Tensiunii si Puterii Reactive in Sistemele Energetice

REGLAREA AUTOMAT A TENSIUNII I PUTERII REACTIVE N SISTEMELE ENERGETICE (RAT)1. OBIECTUL RAT. NECESITATEA I AVANTAJELE RAT. PRINCIPIUL METODELOR DE RAT1. OBIECTUL SI NECESITATEA INTRODUCERII RATPentru a asigura o repartiie de putere convenabil consumatorilor, concomitent cu o producie raional a energiei electrice este absolut necesar ca tensiunea la consumatori, deci i la nodurile generatoare ale sistemului ergetic (SE), s fie ct mai constant posibil.n funcionarea normal, de regim, a unui SE se produc ns, permanent variaii ale sarcinilor active i reactive, care determin variaii de tensiune la barele consumatorilor de energie electric, ct i la nodurile de distribuie sau generatoare. Deranjamentele din reelele electroenergetice sunt de asemenea nsoite de importante variaii ale tensiunii. La scurtcircuitele din SE se produce scderea nivelelor de tensiune pe barele centralelor i staiilor electrice de transformare sau interconexiune i se creeaz pericolul pierderii sincronismului funcionrii si a stabilitii sistemului energetic. Deconectarea de ctre protecia prin relee a unor linii radiale de nalt tensiune, branrile sau deconectrile unor consumatori importani sunt nsoite de importante variaii ale tensiunii la bornele generatoarelor sau ale consumatorilor.Obiectul RAT este deci meninerea constant sau, cel puin, ntre valori limit prestabilite, a tensiunii n nodurile generatoare (i implicit la consumri), independent, sau slab dependent de perturbaii (variaiile sarcinii active).Reglarea tensiunii se poate efectua manual sau automat. Experiena demonstreaz c reglarea manual a tensiunii, efectuat de personalul de exploatare nu este eficace i nici suficient de precis. Totodat, n condiiile existenei staiilor fr personal, ar urma s se renune la supravegherea tensiunii pe barele acestora.n figura 1, a s-a reprezentat schema de reactane echivalent, pentru o singur faz, n cazul unui generator sincron G echivalent, care debiteaz pe barele B, la care se leag consumatorul echivalent C. S-au notat cu:

reactana sincron longitudinal a lui G, innd seama de saturaie;

reactana element clor ele legatara dintre generator i bare; impedana consumatorului C;

t.e.m. eficace pe faz (n spatele roactantei xd);U-tensiunea eficace pe faz, pe barele B]

-unghiul electric intern dintre U si Ed

-valoarea eficace a curentului debitat de G;

Fig.1 Variaia tensiunii la bornele generatorului sincron:a schema de reactanle echivalent, pe o faz; b diagrama fazorial a cderilor de tensiune.P y Qg -- puterile activ, respectiv reactiv, debitate de G;

Pc,Qc puterile activ, respectiv reactiv, consumate de C;

cos factorul de putere, presupus identic, la generator i la consumator.

n figura1, b este reprezentat diagrama fazorial a cderilor de tensiune, corespunztoare schemei din figura 1, a.Considernd proieciile fazoriale pe axele Ox, Oy se pot scrie ecuaiile:Edcos = U + XIg cos (90 - ), Edsin S = XIgcos ,(1)unde: X=xd+x8

Igcos(90 ) = Igsin = Igr componenta reactiv a curentului generat. Exprimnd:

= [7/sin = *~ cos S -se obine:

(3)

La o anumit scar, segmentul ab reprezint Pg i segmentul ac, pe Qg. Relaiile (2), (3) exprim c, pentru Ed=const si X =const, orice variaie a puterilor Pg, Qg se traduce prin variaii ale tensiunii la bare k i unghiului electric 8.n figurile de mai jos s-au reprezentat variaiile Pg, Qg n funcie de U, pentru Ed=const i X =const, iar a=parametru, n fgura3 s-au reprezentat variaiile Pg,Qg n funcie de S, pentru Ed = const, X = const, iar U = parametru. n regim staionar se realizeaz echilibrul dintre puterile consumate i cele generate:

Pc=Pg si Qc=Qg.

Fig2. Variaia Qg, = O,(U) pentru Eda = Fig3. Variaiile P Q n funcie de = const, X = const i = parametru. Edg =const U=parametru Fig.4.Variaiile puterilor generate i consumate cu tensiunea

n general, la consumator puterea activa Pc este independenta de variaiile tensiunii, dar puterea reactiv crete cu tensiunea, n figura 4, a si b, s-au reprezentat pe acelai grafic variaiile puterilor generate si consumate cu tensiunea u, pentru =parametru, Ed i X = constante, n punctul A (fig.4, a) se stabilete un punct de funcionare (PCl = Pg1 . La creterea puterii consumate: P = P + APC, APC >0, se stabilete un nou punct de funcionare n A,la U2PCl, se obine U2 < U1,

EMBED Equation.3 >

EMBED Equation.3 . n condiiile existenei RAT, variaz Edl ca urmare a forrii excitaiei generatorului sincron. Din figura 6, a se observ c, n acest caz, Ed2 > Edl(pentru Pc2 = Pc1 +) astfel ncat U1=U2=U=const si variaia este mult mai redus decit n cazul absenei RAT prin variaia corespunztoare a lui cos (n sensul scderii puterii active), se poate obine . fig5. cazul existentei RAT

Fig. 6 Diagrama fazoriala tensiune-curent .

Ca urmare a introducerii RAT, crete stabilitatea dinamic a SE [1,30]. n figura 7 s-au reprezentat variaiile Pg(8) n cele trei situaii: 1 regim normal; 2 regim de dup avarie, fr RAT si 3 regim de dup avarie, cu RAT, pentru toate situaiile n condiiile schemei echivalente din figura 1. Se poate vedea c n cazul 3, aria de accelerare S1(+) este mult mai mic dect aria de frnare S2(-) deoarece RAT, fornd excitaia (deci mrind Ed), sau reducnd reactana total n regim de avarie, face s creasc tensiunea pe bare pn la o valoare apropiat de valoarea nominal Un.Ca urmare, se mrete sensibil stabilitatea dinamic a funcionrii agregatelor din SE si a sistemului n ansamblu. Fig. 7.Influenta RAT asupra stabilitatii dinamice a functionarii sistemului energetic.

Fig.8. Variaiile Qg i Qc n funcie de U, pentru un consumator de tipul motor asincron de putere. Datorit RAT, se evit producerea fenomenului de avalan de tensiune, caracterizat prin scderea continu si aproape total a tensiunii pe bare, ca urmare a unui defect sau regim anormal, nerezolvat la timp, precum i a ncercrilor nereuite de autopornire a motoarelor asincrone, alimentate de la barele respective.n impedanele motoarelor care refuz s autoporneasc se produc cderi de tensiune suplimentare.

Se cunoate (fig. 8) c la U = 0,7 Unom, variaia cuplului motoarelor asincrone prezint o discontinuitate; dac se mpiedic scderea tensiunii pe bare sub aceast valoare, se obin puncte stabile de funcionare (A, B) la intersecia Qg Qc (fig.8) i, astfe autopornirea motorului asincron este asigurat.

Reglarea automat a tensiunii mai prezint si alte avantaje, cum sunt: mrirea sensibilitii proteciei prin relee, n special n regim minim de,scurtcircuit;

creterea indicilor de calitate ai energiei electrice produse si a fiabilitii instalaiilor SE, n ansamblu.

3. PRINCIPIUL METODELOR DE RAT. SCHEME PRINCIPIALE DE RATConform relaiilor (2) i (3) exist, principial, dou posibiliti pentru reglarea tensiunii pe barele generatorului sau staiei electrice:

variaia t.e.m. Ed(Ea i variabile), prin variaia excitaiei generatorului sincron reglat;

variaia reactanei de legtur X (X i variabile), prin variaia raportului de transformare al transformatoarelor din staiile electrice, prevzute cu prize pentru reglaj sub sarcin.

Cazul = const nu se ia n considerare, deoarece ar complica mult problema RAT; reglarea se face ns unilateral, actionnd asupra lui Ed sau X i rezultnd corespunztor.

Fig. 9. Reglarea tensiunii prin variatia raportului de transformari.

SISTEME DE EXCITAIE PENTRU GENERATOARELE SINCRONE1. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE EXCITAIENoiunea de sistem de excitaie s-a impus odat cu dezvoltarea i creterea;; complexitii echipamentelor specializate n asigurarea excitrii mainii sincrone generatoare si conducerea procesului de excitaie dup o anumit lege n corelaie cu cerinele sistemelor electroenergetice. Aceste sisteme de excitaie sunt mult diversificate.Se poate realiza, ns, o grupare a sistemelor de excitaie avnd n vedere-urmtoarele criterii: dup autonomia sau neautonomia sursei de energie necesar excitaiei ;

dup natura sursei primare care alimenteaz nfurarea de excitaie ageneratorului sincron;

dup principiul de funcionare a sistemului de excitaie;

dup caracterul mobil (de rotaie) sau imobil (static) al elementelor componente din cuprinsul sistemului de excitaie.

dup modalitatea de obinere a tensiunii continue pentru excitarea mainii

sincrone.Cel din urm se dovedete a fi cel mai unitar i mai general criteriu declarificare. Din acest punct de vedere, se disting:a) sisteme de excitaie eu maini de curent continuu;

b)sisteme de excitaie cu maini de curent alternativ;

c) sisteme de excitaie fr maini excitatoare.Dup principiul de funcionare, din grupa a se desprind subgrupele: sisteme de excitaie cu maini de c.c. funcionnd ca generator de c.c.;

sisteme de excitaie cu maini de c.c. amplificatoare;

sisteme de excitaie cu maini de c.c. survoltoare-devoltoare.Din grupa b se deosebesc subgrupele:

sisteme cu reglarea excitaiei generatorului principal;

sisteme cu reglarea excitaiei generatorului auxiliar.Din grupa c se disting subgrupele: sisteme cu reglarea excitaiei prin circuite magnetice;

sisteme cu redresare necomandat;

sisteme cu redresare comandat.

Se evideniaz calitile unor sisteme de excitaie moderne, cu elemente statice, n special pentru grupurile cu putere unitar mare.2. PERFORMANELE SISTEMELOR DE EXCITAIEParametrii sistemului de excitaie au o mare influen asupra stabilitii SE, n special n cazul reelelor puin buclate si ncrcate la valori situate n vecintatea capacitii maxime de transport [30]. De aceea, cunoaterea, n detaliu, a performanelor reglajului automat al excitaiei este necesar pentru stabilirea limitelor admisibile de funcionare n regim permanent a generatorului respectiv, att din punctul de vedere al stabilitii statice (de exemplu, posibilitatea de funcionare n regim capacitiv), ct si al reglajului tensiunii si puterii reactive n reeaua de transport si distribuie a energiei electrice.Principalele performane ale sistemelor de excitaie, care condiioneaz funcionarea stabil a mainii sincrone snt [57, 63]: timpul de rspuns (tr ex);

plafonul tensiunii de excitaie (pex);

viteza medie de rspuns a sistemului de excitaie (Vexmed);

---durata dezexcitni rapide.

Fig.10.Variatia tensiunii de excitatie.

Timpul de raspuns al ecitatiei t are valori diferite n raport cu tipul de regulator utilizat. La generatoarele sincrone de mare putere se tinde spre realizarea de sisteme de reglare a tensiunii de excitatie cu performante superioare, n special n ceea ce privete rapiditatea rspunsului la perturbaiile din reea. n fig 10 este reprezentatavariaia tensiunii de excitaie u(t) n cazul raspunsului ideal pentru un sistem de excitaie static,cu redresoare comandate (curba1) i n cazul unui sistem clasic, cu excitatoare de c.c. rotaiv (curba2), pentru aceeai curb de excitaie maxim U.

Tipul regulatorului utilizatTimpul de rspuns V'* [s]

Clasic (de exemplu electromecanic)0,2 .....0,4

Cu amplificatoare magnetice0,05.....0,07

Cu redresoare comandate n sistemul de excitaie (de exem-1 piu cu tiristoare comandate)0......0,01

Tabeleul 1.

Plafonul excitaiei trebuie s se situeze ntre 1,5 ,'i 2,5

(valorile inferioare sunt valabile pentru reelele mult buclate).Viteza medie de rspuns a excitaiei , exprimat de un interval de timp , trebuie s se afle ntre (0,8 si 1,2) Uenom [V/s]. n cazul generatoarelor sincrone de mare putere se procedeaz la definirea Vexme pe un interval de timp mult mai scurt (A = 0,025 .. .0,5) si, n conformitate cu recomandrile CIGRE.n ceea ce privete comportarea sistemelor de reglare a tensiunii de excitaie, se menioneaz [1,23] c ridicarea numai a plafonului de excitaie, fr o cretere a vitezei de atingere a acestui plafon se dovedete ineficient, n general, pentru obinerea unei funcionri stabile n regim dinamic este necesar ca plafonul pex, de minimum 2, s fie atins n maximum 50 ms; dac acelai plafon este atins n peste 300 ms, se constat c forarea excitaiei la valoarea de plafon nu mai contribuie, n mod practic, la mbuntirea stabilitii dinamice a funcionrii, n tabelul 13.2 se prezint datele caracteristice i performanele sistemelor de excitaie pentru generatoarele sincrone instalate , n sistemul energetic naional.Datele caracteristice i performantele sistemelor de excitaie ale generatoarelor sincrone instalat n sistemul energetic naionalPuterea nominal a generatorului [MW]50-6050100150 (160)200315/330

Parametrii reglaiue(ie)ue(ie)ue(ie}ue(ie]u.(i.)u.(ij

Tensiunea de excitaie nominal Uenom [V]250350360270316360

Tensiunea de excitaie Uemax (V)

EMBED Equation.DSMT4

Palfonul excitaiei

Durata maxim de forare(in secunde)205420208

Viteza de rspuns a excitaiei pentru 0.5s_2.52.2222.75

Domeniul de reglaj pentru gradul de statism (%)_0..10%010%_05%08%

Zona mart a RAT

(timpul de rspuns) (s)_0.050.05_0.030.01

Gradul de insensibilitate al RAT (%)____0.50

SISTEME DE REGLARE AUTOMAT A TENSIUNII DE EXCITAIE SINCRONE1. SISTEME DE AUTOEXCITAIE PENTRU GENERATOARELE SINCRONESistemele de excitaie fr maini excitatoare se bazeaz pe principiul autoexcitrii generatoarelor sincrone. Energia necesar excitrii mainii sincrone generatoare este luat de la barele generatorului respectiv, prin intermediul unuia sau mai multor transformatoare electrice i apoi este redresat cu ajutorul unor puni redresoare. Avantajul acestor scheme const n costul redus si simplitatea constructiv. O clasificare a sistemelor de autoexcitaie pentru generatoarele sincrone permite gruparea acestora n: sisteme de autoexcitaie cu redresare necomandat;

sisteme de autoexcitaie cu reglare prin circuite magnetice;

sisteme de autoexcitaie cu redresare comandat. Sisteme de autoexeitaie eu redresare necomandat. Reglarea propriu-zis a tensiunii de excitaie este nlocuit prin autoreglarea pe baza principiului compundarii (curenii mari, care apar la un scurtcircuit apropiat de bornele generatorului reglat, determin un curent suplimentar de excitaie, care conduce la creterea tensiunii de excitaie, n raport cu valoarea nregistrat n momentul producerii defectului).n figura 11 b, c se prezint cteva scheme folosite pentru sistemele de autoexcitaie cu redresare necomandat.

Fig.11. Sisteme de autoexcitatie cu redresare necomandata.

n figura 11 b se prezint un . sistem asemntor; tensiunea de excitaie se obine prin nsumarea tensiunii secundare a transformatorului derivaie cu tensiunea obinut pe reactanele L, nesaturate, conectate ca sarcjn a transformatorului serie TS.n cazul schemei din figura 10 c, compundarea este asigurat de un transformator de compundare, avnd nfurarea primar n serie, iar nfurarea secundar, racordat la tensiunea pe faz. n acest fel, nsumarea celor dou componente, de curent i de tensiune, ale compundrii, se face n circuitul magnetic al transformatorului de compundare TC. Pentru alimentarea nfurrii de excitaie, se folosete un transformator de adaptare (TA) t o punte trifazat cu diode cu siliciu RN. Nici aceast schem nu permite reglarea tensiunii de excitaie.Deoarece sistemele de autoexcitatie cu redresare necomandat nu permit reglarea tensiunii, ele nu se mai utilizeaz dect pentru generatoare sincrone de mic putere.METODE DE REGLARE AUTOMATA I STABILIZAREA TENSIUNII LA BORNELE GENERATORULUI SINCRON N REEA PROPIEFuncionarea instabil a generatorului sincron poate fi caracterizat printr-o serie de parametrii. Parametrul de calitate al funcionrii mainii l constituie puterea debitat sau energia produs. La rndul su energia sau puterea sunt caracterizate prin tensiunea i frecvena la diversele receptoare. Se disting urmtoarele regimuri electromagnetice n funcionarea mainii sincrone:regimul permanent (staionar) nominal pentru care maina se proiecteaz i care trebuies fie cel mai avantajos din punct de vedere tehnico-economic. Acest regim se caracterizeazprin datele nscrise pe plcua indicatoare a mainii.o regimul permanent postvarii care se stabilete dup deconectarea accidentala a anumitor consumatoare . n acest regim indicii tehnico-economici sunt defavorabili.regimul tranzitoriu de funcionare nseamn trecerea de la un regim permanent la un alt regim permanent de funcionare. Se disting urmtoarele regimuri tranzitorii: regimul tranzitoriu normal dictat de o exploatare raionala a sistemului (conectarea sau deconectarea anumitor consumaroare; i regim tranzitoriu de avarii care survine atunci cnd sistemul n care debiteaz generatorul sau chiar n interiorul generatorului, variaz brusc parametrii de regim.n proiectarea schemelor de excitaie se impune ca una din condiiile eseniale pentru buna funcionare a generatorului realizarea unei viteze de rspuns mare, adic asigurarea unei viteze de cretere a curentului n nfurarea la bornele generatorului sincron constant n regim de avarie.

n afar de o mare vitez de rspuns , sistemele de excitaie trebuie s asigure i un plafon ridicat al tensiunii de excitaie pentru a asigura aceti parametrii. La generatoarele moderne se ntlnesc foarte multe variante ale celor dou scheme principale de excitaie.Generatoarele sincrone n cadrul sistemului electroenergetic "funcioneaz n paralel"Probelemele ntlnite n aceast situaie sunt de dou categorii .Privind conectarea pentru funcionarea n paralel i privind repartizarea sarcinii active i reactive ntre generatoarele sistemului n funcie de necesitile spontane ale consumatoarelor, astfel nct s se aigure n permanen echilibru ntre puterile generate i consumate astfel nct sistemul s funcioneze stabil.Un generator sincron este conectat pentru o funcionare n paralel pe barele unui sistem energetic a crui putere instalat este mult mai mare dect puterea generatorului. n acest caz tensiunea la bare poate fi considerat a fi constant, adic puterea sistemului este infinit mai mare dect puterea generatorului considerat.Urmrind legtura dintre variaia curentului de excitaie i variaia puterii reactive, puterea activ este considerat constant iar tensiunea la borne invariabil. Valoarea curentului de excitaie corespunztoare curentului de sarcin minim, la o putere activ dat, se numete curent de excitaie optim. Maina funcioneaz n regim supraexcitat cnd curentul de excitaie este mai mare dect curentul de excitaie optim i n regim subexcitat cnd curentul de excitaie este sub valoarea curentului de excitaie optim.Repartiia puterii reactive ntre generatoarele sincrone care funcioneaz n paralel, ntr-un sistem sau ntr-o reea dat, se realizeaz prin intermediul regulatoarelor automate rapide de tensiune cu care sunt echipate generatoarele moderne.

Fenomenul de scurtcircuit n cazul mainilor electrice prezint dou regimuri distincte: primul denumit scurtcircuit stabil sau permanent, apare dac se micoreaz lent sarcina generatorului de la gol (ZT=cc) sau de la sarcin nominal (Zr=Zn) la scurtcircuit (Zr=0). n acest caz teoretic variaia temporar lent a sarcinii permite trecerea de la regimul de gol sau de sarcin nominal la regimul de scurtcircuit permanent, fr alte fenomene intermediare. Calitativ diferit apare fenomenul ntlnit n exploatare n care trecerea la scurtcircuit nu se face treptat ci brusc de unde i denumirea de scurtcircuit brusc. n cel de-al doilea caz spre deosebire de scurtcircuitul permanent variaia temporar brusc a sarcinii creaz un cuplaj inductiv strns n nfurarea statorului i n nfurrile de excitaie i de amortizare din rotor, ceea ce are ca efect obinerea unui regim de foarte scurt durat dar n care intensitile curentului din nfaurri sunt foarte mari i care se termin prin regimul permanent de scurtcircuit, aa cum l-am definit mai sus. Regimul n care se gsete generatorul la trecerea de la regimul stabil de funcionare sub tensiune ctre regimul de scurtcircuit brusc stabil se numete regim tranzitoriu de scurtcircuit.n cazul unui scurtcircuit fluxul inductor scade de la valoarea iniial la o valoare foarte mic. Aceasta scdere nu se poate face brusc ci treptat datorit ineriei magnetice.. Exist deci o perioad tranzitorie de stabilire a scurtcircuitului brusc n generator.Deoarece inductana nfurrii de amortizare este mica i rezistena mare, constanta de timp a nfurrii de amortizare este mult mai mic dect a nfurrii de excitaie.n cazul variaiilor brute de sarcin i n special atunci cnd acestea au un caracter de avarie, de exemplu n cazul unui scurtcircuit pe linie, tensiunea U a reelei scade. n acelai timp se reduce gradul de stabilitate al tuturor generatoarelor care lucreaz n paralel pe o reea comun, adic puterea maxim pe care o pot ele debita.La un curent mare al scurtcircuitului, cderea de tensiune inductiv n nfurarea statoric este foarte mare, i tensiunea U la borne rmne foarte mic, cu att mai mic cu ct scurtcircuitul se produce mai aproape de central. Tensiunea U fiind mic i unghiul 0 dintre t.e.m. indus i tensiunea fiind foarte mare, rezult c apar condiii grele de stabilitate dinamic. Amplitudinea sinusoidei P=f(9) este foarte mic.n primele momente ale scurtcircuitului situaia este agravat de faptul c curentul iniial de scurtcircuit al statorului a crescut relativ mai mult dect curentul iniial al excitaiei, iar unghiul 9 este i mai mare.Pentru a evita funcionarea instabil a sistemului este necesar s se mreasc te.m. Ee.Metoda folosit cel mai bine pentru acest lucru este forarea excitaiei , adic creterea tensiunii de excitaie U la bornele excitatoarei , deci a circuitului de excitaie al acesteia i deci a curentului de excitaie al generatorului , Ie . n acest scop se ntrebuineaz excitaia rapid , adic maina excitatoare la care valoarea inductivitaii circuitului de excitaie este minim , ceea ce duce la o cretere a curentului de excitaie al excitatoarei rapid, adic a lui U.n momentul avariei , un regulator cu aciune rapid scurtcircuiteaz rezistena de reglare din circuitul de excitaie al excitatoarei i asigur creterea excitaiei generatorului.Reglarea automat a tensiunii era folosit numai pentru meninerea constant a tensiunii la borne, n cazul variaiei sarcinii . ntruct acesta era rolul principal al regulatoarelor de tensiune acestora nu li se impunea sa mreasc prea mult curentul de excitaie , n cazul cnd aveau loc scderi mari de tensiune . Din contr aproape la toate generatoarele la care tensiunea era reglata automat, se folosea limitarea curentului de excitaie n caz de scurtcircuit, ceea se realiza prin conectarea unei rezistene suplimentare n circuitul de excitaie al excitatoarei.

De obicei, regulatoarele erau reglate astfel nct Ia scderi de tensiune mari datorit scurtcircuitelor, curentul de excitaie s depeasc numai cu puin valoarea curentului de excitaie corespunztor regimului de funcionare normal.Forarea excitaiei , adic folosirea curentului maxim de excitaie pe care l poate debita excitatoarea (cnd lipsesc rezistentele suplimentare din circuitul de excitaie al excitatoarei i n circuitul de excitaie ai generatorului ) , mrete stabilitatea funcionrii n paralel al generatoarelor sporind t.e.m. Ec , asigur restabilirea rapid a tensiunii dup ntreruperea scurtcircuitelor i mrete sigurana n funcionare a proteciei prin relee temporizate. Din aceast cauz , n condiiile actuale , rolul principal al regulatoarelor de tensiune const n mrirea excitaiei generatoarelor pn la valoarea maxim de plafon , n toate cazurile de avarii nsoite de o scdere a tensiunii. O deosebit importan o are forarea excitaiei n sistemele care funcioneaz cu o rezerv mic de putere.Reglarea automat a curentului de excitaie poate fi realizat cu ajutorul regulatoarelor automate de tensiune sau cu ajutoml dispozitivelor de forare a excitaiei i de compoundare. Toate aceste dispozitive nglobate dau regulatorul automat de excitaie. Pentru cazul deconectrii regulatorului automat de excitaie , din cauza defectrii acestuia , trebuie ca toate generatoarele s fie prevzute cu dispozitive cu relee pentru forarea excitaiei.Dispozitivul de forare al excitaiei poate fi realizat cu ajutorul unei scheme simple , format dintr-un releu minimal de tensiune i un releu intermediar sau un contactor , care s scurtcircuiteze rezistena reostarului din circuitul de excitaie al excitatoarei.Cnd tensiunea la borne scade sub o valoare anume, intr n funciune releul minimal , care nchide circuitul de curent continuu i releul cu contactoare , scurtcircuitnd rezistena excitatoarei.Datorit simplitii sale , dispozitivul de forare al excitaiei s-a dovedit foarte avantajos i este folosit pe scar larg.Introducerea pe scar mare a dispozitivelor de forare al excitaiei care folosesc excitaia maxim , a provocat grija n privina meninerii n bun stare a generatorului, din cauza apariiei eventual a unor suprasarcini. Dar aceste griji s-au dovedit a fi nentemeiate deoarece n cazul generatoarelor prevzute cu dispozitive de forare a excitaiei , valoarea i durata suprasarcinilor sunt mai puin periculoase dect cele care au loc n caz de nefolosire a dispozitivelor de forare a excitaiei. Acest fenomen paradoxal la prima vedere are o explicaie foarte simpl . n sistemele care nu sunt prevzute cu dispozitivele de forare a excitaiei au loc adesea deranjamente n privina stabilitii n funcionare si pendulaii care se prelungesc timp ndelungat . n timpul desfurrii acestor fenomene , generatoarele sunt prevzute cu cureni cu mult mai mari dect curenii nominali i cu mult mai mari i de mai lung durata dect curenii care i provoac forarea excitaiei.

Rolul principal al reglrii automate a excitaiei const n evitarea desprinderii generatorului i restabilirea rapid a tensiunii , dup ntreruperea scurtcircuitului. n acest scop n timpul scurtcircuitului, curentul de excitaie trebuie s se mreasc astfel nct fluxul magnetic rezultant , i deci t.e.m. tranzitorie.a nfurrii statorice , s aib valori ct mai mari n momentul ntreruperii scurtcircuitului.Scurtcircuitul este nsoit de creterea curentului statoric i prin urmare de creterea reaciei indusului . n primul moment al scurtcircuitului , fluxul magnetic al mainii rmne constant , din care cauza curentul din rotor crete pan la valoarea necesara pentru a compensa creterea brusc a reaciei indusului n momentul iniial al scurtcircuitului.

Apoi curentul tranzitoriu indus n nfurarea de excitaie ncepe s scad , din care cauza are loc scderea fluxului magnetic inductor , deci i a t.e.m. a generatorului.Din cauza scderii tensiunii n momentul scurtcircuitului , dispozitivul de forare al excitaiei intr n aciune i n consecin , curentul debitat de excitatoare ncepe s creasc pn ajunge la valoarea sa maxim. Curentul total din rotor este deci egal cu suma curentului tranzitoriu indus n nfurarea sa i curentul excitatoarei . Forarea excitaiei mpiedic scderea rapid a curentului de excitaie dup curba exponeial a curentului tranzitoriu i menine curentul de excitaie deci i t.e.m. Ecki Ia o valoare relativ ridicat.

Pentru a menine fluxul magnetic inductor constant n tot timpul scurtcircuitului, curentul de forare al excitaiei ar trebui s aib n orice moment o astfel de valoare nct adunat cu curentul tranzitoriu s dea un curent egal cu curentul rotoric din primul moment al scurcircuitului. n cazul cnd aceast condiie este respectat , t.e.m. Eeki i curentul statoric de scurtcircuit nu se vor amortiza.Tensiunea generatorului este aplicata prin intermediul transformatorului cu faze multiple, redresorului, bobinei de oc rezistonilui i a poteniometmlui la puntea de msurare alctuit din dou diode Zener i din rezistori. (Fig.12.)

Fig.12. Unitatea de comand 45- transformatorul cu faze multiple 46- redresor 44 - bobina de oc 65- rezistor 66- poteniometrul 42- diode Zener 43- rezistoriCaracteristica acestei puni de msurare este prezentat n Fig.13. Tensiunea electric de ieire notat cu Uuy a punii de msurare este modulat prin reducerea variabil a tensiunii electrice a rezistorilor oscilani notai cu 1 i decalat cu 90 fat de tensiunea de alimentare a redresorului de cmp prin intermediul bobinei de oc.Fig.13.Caracteristica punii de msurare Variaia tensiunii electrice la bornele de conexiune ale generatorului produce o variaie a semnalului la ieirea din puntea de msurare i implicit defazarea pe vertical a undei sinusoidale la cderea de tensiune electric descrisa mai sus.(Fig.14.)

Fig.14. Tensiunea electric de comand a generatoruluia) sarcina nominal

b) condiii de sub-solicitare

c) condiii de suprasolicitare.

Tensiunea electric astfel obinut acioneaz ca semnal de comand pentru unitatea de aprindere. Aceasta este alctuit din dou oscilatoare , cte unul pentru fiecare tiristor .

Fig.15. Unitatea de aprindereOscilatorul este generatorul de auto-reglaj , care transfer tensiunea electric de comand n impulsuri de aprindere pentru tiristori.(Fig 15). Rolul oscilatorului este de a amorsa generarea impulsurilor de aprindere dup ce va depi prin tensiunea electric de comand o anumit valoare de acionare. Daca aceast tensiune electric nu este depit , oscilatorul nu va putea s funcioneze. Oscilatorul este alimentat de tensiunea de und de semiperioad , practic dreptunghiular , de la unitatea de alimentare .Semnalul electric de comand este aplicat la bornele de conexiune 2-6 si 8-12.(Fig.16.)Impulsurile de aprindere cu frecvena de 1,5 kHz, pentru aprinderea tiristorilor sunt generate de transformatorii secundari.Pentru limitarea creterilor de tensiune electric n nivelul tranzistoarelor n timpul blocrii lor , tranzistorii au fost untai cu diodele Zener . Diodele din circuitele emitorului tranzistorului sunt folosite pentru obinerea unei reacii negative mpiedicnd funcionarea oscilatorilor cnd nu exist, semnal de comanda. n funcie de valoarea semnalului punii de msurare , care este proporional cu valoarea tensiunii generatorului , momentul acionrii oscilatorului i implicit a tiristorului adic unghiul de aprindere este modificat de la 0 la 180 . Tensiunea nominal de cmp a generatorului este astfel aleas fa de tensiunea electrica a generatorului , nct la sarcin nominal unghiul electric de funcionare al tiristorului este de 90

Fig.16. Caracteristica electric a transformatotului.

Fig.17. Formele undelor de tensiune electric de comand.Transformatorul de la unitatea de alimentare este alimentat cu tensiunea de faz W- cu f= 50 Hz sau 60 Uz i este prevzut cu ase nfurri secundare : cele cu bornele de conexiune 36 -37 - 38 pentru frecvena de 50 Hz ,36 a - 37 a - 38 a pentru frecvena de 60 Hz asigurndu-se astfel tensiunea electric de alimentare a oscilatorului.

Fig.17.Schema transformatorului de la unitatea de alimentareAceste tensiuni electrice sunt redresate i tiate de diodele Zener . Din cauza valorilor ridicate ale tensiunilor electrice secundare ale transformatorului fa de tensiunea electrica a diodelor Zener , tensiunile de alimentare ale oscilatorului au forma de unda aproximativ dreprunghiular.(Fig.18.) Alimentarea oscilatorilor cu tensiune electric pe semiperioad prezint avantajul c tiristorii pot fi comandai numai n timpul semiperioadei pozitive.

Fig.18. Caracteristica tensiunii.nfurrile cu bornele 33 - 34 pentru frecvena 1=50Hz i bornele de conexiune 33 - 34a pentru frecventa f=60 Hz alimenteaz circuitul electric alctuit din bobina de oc 14 i rezistorii l. Curentul electric care circul prin acest circuit este defazat cu 90 de ctre bobina de oc i producea cderea de tensiune modulnd tensiunea electric a punii de msurare.Coeficientul transformatorului este astfel ales ca oscilatorul s poat s funcioneze deja la aproximativ 30% din tensiunea nominal a generatorului.Redresorul de cmp pentru unitatea de pornire (Fig.19.) este alimentat cu tensiunea electric de faz a generatorului prin intermediul bobinei de oc a crui rol este acela de a limita panta de cretere a curentului electric al tiristorilor i de a suprima interferenele radio-electrice. Siguranele fuzibile cu acionare rapid sunt utilizate pentru protecia tiristorilor mpotriva avariei iar circuitele RC sunt aplicate pentru amortizarea supratensiunilor electrice ale tiristorilor i diodelor

Fig.19. redresorul de cmp pentru unitatea de pornire.Generatorul - regulator funcioneaz automat n timp ce viteza generatorului crete de la 0 la n n . Valoarea minim a tensiunii electrice reziduale a generatorului care asigur autoexcitaia agregatului este de 3,5 V. Condensatorul i bobina oc-transformator acioneaz pe principiul rezonanei i permite magnetizarea iniial a generatorului. Ca urmare a rezonanei serie , valoarea tensiunii electrice a nfurrii primare a transformatorului de oc depete de multe ori valoarea tensiunii electrice reziduale. nfurarea secundar a ansamblului bobin oc-transfonnator este conectat direct la bornale generatorului prin intermediul unor diode. Astfel curentul circul prin nfurarea de excitaie , ncepnd i iniiind procesul de autoexcitaie de tip avalan.Atunci cnd tensiunea electric a generatorului atinge o valoare de 7 V autoexcitaia este continuat de ctre tiristori.Circuitele poart ale acestor tiristori sunt scurtcircuitate prin intermediul anozilor de la bobinele oc , diodelor , contactelor inactive ale releului de curent i ale ntreruptorului, ceea ce face ca curentul electric s poat circula prin aceste circuite i s aprind tiristorii mrind n continuare tensiunea electric a generatorului.La o tensiune electric de aproximativ 3- 40 V , releul este acionat i nchide nfurarea primara a ansamblului bobin de oc-transformator prin intermediul contactelor sale. ntruct n momentul acionrii releului tensiunea electrica are o valoarea suficient de mare pentru alimentarea oscilatorilor , comanda tiristorilor se face prin intermediul oscilatorilor. Astfel tensiunea generatorului crete pn la valoarea nominal. Diodele i bobina oc protejeaz circuitele poart ale ale tiristorilor mpotriva avariilor n timp ce condensatorul i rezistorul din circuitul su folosesc la temporizarea declanrii armturii releului n cazul reducerii tensiunii electrice ale generatorului. n cazul scderii tensiunii electrice de excitaie disjunctorul principal deconecteaz generatorul de la reea .

Fig.20.Limitatorul curenetului electric de excitaie.

Tensiune pe faz a generatorului alimenteaz transformatorul prin intermediulunuisistem de rezonan paralel care programat la o frecven de 50 de Hz sau de 60 de Hz.

Condensatorul montat n paralel cu nfurarea primar a transformatorului mpreun cu un alt condensator formeaz un divizor de tensiune care limiteaz tensiunea armonic.

Tensiunea secundar a transfomiatorului depinznd de frecven redresat de diode i liniarizat de un condensator comand tranzistorul care n mod normal pentru o frecven situat sub frecventa nominal ntr-un domeniu de 10 % nu este conductor i astfel nu va afecta deloc funcionarea regulatorului de tensiune electric. Cnd ncepe sa devin conductor tensiunea electric de la-secundarul transformatorului redresat i liniarizat, este aplicat rezistorului de la unitatea de comand . n acest mod la apariia unei cderi de tensiune electric , se produce o cdere a unghiului de conductivitate a tiristoarelor i deci i o cdere a curentului electric de excitaie a generatorului. Un rezistor variabil permite o ajustare precis a valorii maxime de curent electric de excitaie necesar n timpul devierii generatorului.Coreciile adecvate la tensiunea de comand a oscilatorilor sunt produse de corectorul de distribuie a puterii reactive ntre generatorii care funcioneaz n paralel astfel nct aceasta s se situeze n limitele admisibile.(Fig.21.)

Fig.21. Corector de distribuie a puterii reactive pentru pentru funcionare paralela.

Cderea de tensiune a poteniometrului este proporional cu curentul de sarcin de la generator n timp ce tensiunea din secundarul transformatorului este proporional cu tensiunea de linie a generatorului.n cazul unei distribuii incorecte ntre generatori tensiunile electrice vor fi diferite i atunci va ncepe s circule un curent electric de egalizare. Cderea de tensiune electric la nivelul rezistenelor produs de circulaia acestui curent de egalizare se adaug la semnalul de ieire al punii de msurare ceea ce face s se produc o corecie a curentului electric de excitaie i o egalizare a distribuiei puterii reactive.nainte de a monta regulatorul de tensiune se verific ntotdeauna pentru a stabili dac tipul de generator marcat pe regulator la valorile nominale este conform cu tipul de generator la care regulatorul de tensiune urmeaz s fie conectat.Dup montajul regulatorului de tensiune automat ,aplicnd o sarcin la generator , se verific dac caracteristica generatorului este nclinat , asa cum arat Fig.21, iar reglajul de tensiune se situiaza n limtele 2,5% din tensiunea electric nominala.

Fig.22. Caracteristica tensiune la generatorul sincron Precizia de resilare a tensiunii electrice se determin cu formula :

n care : Uo tensiunea electric a circuitului deschis,

Un tensiunea electric nominal Uk tensiunea electric a curentului nominalApariia tensiunii electrice la bornele de conexiune ale generatorului este automat dup pornirea motorului de acionare a generatorului. Meninerea nivelului de tensiune electric i distribuia puterii reactive n condiii variabile de sarcin , frecven i temperatur a mediului se obine n mod automat.Nivelul tensiunii electrice a generatorului poate fi ajustat n cadrul limitelor admisibile de Un 5% cu ajutorul unui poteniometru montat pe partea frontal a regulatorului i care poart inscripia de identificare Umin - Umax.n cadrul unei funcionri n paralel a generatoarelor nu se monteaz niciodat generatori echipai cu regulatori de tensiune electric tip TUR cu generatori echipai cu alt tip de regulator de tensiune electric.(Fig.23.)Dac este nevoie de un transfer de sarcin de la reeaua de alimentare cu energie electric a navei ctre reeaua de energie electric de pe uscat i invers , exist posibilitatea de a sincroniza provizoriu reeaua navei cu cea de pe uscat. Pentru realizarea acestui lucru va trebui s se mreasc sau sa se diminueze tensiunea electric a tuturor generatorilor ce funcioneaz n paralel cu ajutorul poteniometrelor frontale . Aceste modificri se introduc treptat astfel nct s nu se produc cureni electrici de mrime exagerat provocai de distribuia incorect a puterii sau s se diminueze tensiunea electric a tuturor generatorilor ce funcioneaz n paralel cu ajutorul poteniometrelor frontale . Aceste modificri se introduc treptat astfel nct s nu se produc cureni electrici de mrime exagerat provocai de distribuia incorect a puterii tip de regulator de tensiune electric.(Fig.23.). Prin repetarea acestor proceduri se obine o egalizare satisfctor de precis a ambelor tensiuni electrice ale celor dou reele de alimentare cu energie electric .(Fig.24.) Construcia regulatorului automat de tensiune permite suprimarea cmpului generatorului iar sa se opreasc motorul de antrenare al generatorului.

Fig.23 schema de principiu a instalaiei electrice exterioare ntre generatorul sincron i regulatorul de tensiune electrica TUR

Fig.24. Schema de principiu a instalaiei electrice exterioare ntre generatorul sincron i regulatorul de tensiune electric TUR pentru o funcionare paralel. Progresul fcut n dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare moderne permite echipamentelor de excitare statice pentru generatoare sincrone s fie fabricate astfel nct s se disting prin avantaje considerabile fa de echipamentele utilizate n mod normal pn acum. Prin utilizarea echipamentului de excitaie electronic (EEE) este sigur c tensiunea generatorului este meninut la o valoare constant n domeniul 0-100% al curentului nominal, tolerana ridicndu-se la +(-) 1.5%, cu factori de putere cos 0 de la 0 la 1.0 (supraexcitat), la o variaie de frecven ntre -4%+10% i independent de starea de nclzire a. generatorului.Echipamentul de excitaie reacioneaz aproape fr ntrziere astfel nct, de exemplu , o schimbare de tensiune fcut prin adugarea sarcinii nominale va fi egalat n cuprinsul a 100-200 ms. Simplificri majore au fost fcute n ceea ce privete funcionarea n paralel.Echipamentul de excitaie este furnizat n funcie de diferite cerine, cu sau fr transformator compound. n cazul unui scurtcircuit, componentele sunt cele care sunt rspunztoare de furnizarea unui curent de scurtcircuit continuu stabil.ntregul echipament de excitaie este anexat generatoarelor sau montat pe partea superioar a acestora fiind astfel parte integrant. n mod corespunztor, echipamentul de excitaie a fost destinat satisfacerii cerinelor i codurilor celor mai importante societi de clasificare i standardizare. mpreuna cu generatorul, echipamentul de excitaie formeaz o bucl de comand nchis. n aceast conexiune generatorul reprezint sistemul controlat, n timp ce dispozitivul de comand este format de ctre regulator i partea electric.n cadrul generatoarelor cu convertor cu tiristor uni-impuls partea electric utilizat este un convertor cu tiristor uni-impuls (element de comand) cu dioda nesincronizat.Captul de intrare al elementului de comand se leag direct peste terminalele generatorului iar captul de ieire peste inelele colectoare ale nfurrii de excitaie. Clapa de comand a convertorului cu curent controlabil (tiristor p) este conectat n funcie de tensiunea generatorului i tensiunea de excitaie nominal. Tensiunea de excitaie maxim (plafonul de tensiune) cu acest circuit se ridic la 0.45 x tensiunea de conectare , de exemplu n cazul unei tensiuni a generatorului de 390 V aceasta ajunge pn la 0.45 x 225 V =100 V, iar pentru circuitul U-W aceasta este 0.45 x 390V =175 V. Nu exist diferene funcionale ntre aceste circuite, oricum este necesar o unitate de control diferit avnd n vedere diferena n poziiile fazelor.n cazul unei operri normale a generatorului unghiul de control al tiristorului este mai mic de 180 grade n proiecie vertical, astfel nct exist o deficien n tensiunea de excitaie (fig 25 a).

Fig.25.a. Relaia curent-tensiuneUg -tensiunea generatoniluiUf- tensiunea de excitaiea - unghiul de controlit- curentul de excitaieip - debitul de curent n tiristorin - debitul de curent n dioda nesincronozatOricum, ca rezultat al inductivitii mari a nfurrii de excitaie care acioneaz ca un element de liniarizare, curentul de excitaie este pstrat de asemenea la o valoare constant i n restul timpului. n acest timp curentul "curge" prin dioda nesincronizat n (fig.B i C).

B .Curentul de excitaite in timpul C.

fazei conductoarea tiristorului C-curentul de excitatie pe timpul fazei de blocare a tristorului.

Sigurana semiconductorului cu aciune ultrarapid protejeaz mpotriva supracurentului i servete drept protecie a tiristorului mpotriva scurtcircuitelor.n vederea protejrii tuburilor electronice ale convertorului de curent (tiristor p i dioda n) mpotriva supratensiunii tranzitorii temporare (supratensiune tranzitorie de comutaie ) tuburile electronice sunt prevzute cu un circuit de condensatoare i rezistoare .

n cadrul generatoarelor prevzute cu un transformator de curent pentru compundaregeneratorul este prevzut cu acelai controler i acelai element de control cu tiristor ca i modelul generatorului fr componente. Datorit cerinelor specifice ale anumitor utilizatori cu privire la reeaua de alimentare trifazat, de ex. pe vapoare, este oricum prevzut cu un transformator de curent pentru compundare.Acest transformator alimenteaz nfurarea de excitaie a nfurrii secundarului printr-un ansamblul de rederesare n paralel cu firistorul. n acest mod,este obinut n timpul operrii normale un curent de sarcin cu reglaj suplimentar prin urmrire al generatorului, i n cazul unui scurtcircuit acesta face s fie asigurat de ctre generator un curent de scurtcircuit constant, stabil.Ansamblul de redresare ndeplinete funciunea unei diode nesincronizate ca o funciune suplimentar (fg.26ab) astfel nct pe perioada fazei de blocare a tiristorului curentul de excitaie trece prin ramurile montajului n paralel ale ansamblului de redresare.Fig 26a. Curentul de excitaie pe timpul fazei conductoare a tristorului de tip ST

Fig.26b.Curentul de excitaie pe timpul fazei de blocare a trisorului de tip ST

Dup conexiunea adugat transformatorului de curent nu se va produce nici o schimbare n ceea ce privete funcionarea tiristorului. Pentru a proteja ansamblul de redresare mpotriva supratensiunii de oc maxime, este prevzut un montaj cu rezistene dependente de tensiune (varistori) sau supresoare de supratensiune cu seleniu.Echipamentul de comand electronic pentru tiristor este ntr-o carcas separat i const n transformatoare de intrare , plcue cu circuit imprimat i partea pentru reglarea rezistorilor i conectarea terminalelor controlerului.Dispozitivele semiconductoare cu siliciu sunt componente utilizate exclusiv pentru un astfel de ansamblu. Transformatoarele pot opera n conexiune n "V" i furnizeaz tensiunile pentru atingerea valorilor actuale i pentru alimentarea ntregului regulator.Tensiunea efectiv este generat prin-redresarea tensiunii generatorului n puntea cu diode cu liniarizare ulterioar i este comparat cu tensiunea prescris, tensiunea printr-o diod . n paralel cu valoarea actual se leag un rezistor reglabil cu rol de regulator al valorii prescrise.Rezistorul face posibil influenarea valoarii efective a tensiunii, astfel nct aceasta s poat declana continuu formarea valorii efective a variabilei n cuprinsul unui domeniu ce trebuie obinut. Tensiunea diferenial obinut din valoarea efectiv i tensiunea prestabilit controleaz etajul de amplificare cu tranzistor. .Amplificatorul cu limitare automat este echipat cu un feedback ; prin aceasta sunt obinute o amplificare i o comportare n timp sigure, necesare pentru obinerea unui control optim al comportamentului. Cu ajutorul unui rezistor variabil amplificarea poate fi redus mai mult astfel nct abaterea remanent a tensiunii generatorului s creasc cu ct creste sarcina. n acest mod rezult tendina de scdere a caracteristicilor tensiunii efective a generatorului, necesar pentru operarea paralel .Tensiunea diferenial crescut este suprapus peste o tensiune de sincronizare pentru a elibera impulsurile de aprindere ale tiristorului pe perioada fazei de aprindere cnd aceasta este pregtit. Dac totalul valorilor tensiunii difereniale i tensiunii de sincronizare este mai mic dect tensiunea de rspuns a tiristorului atunci ultima va bloca i tensiunea de alimentare care se aplic generatorului de impulsuri de aprindere . Etajul de impulsuri este un circuit oscilant de blocare care n cazul aplicrii unei tensiuni ncepe automat s oscileze i genereaz lanuri de impulsuri rectangulare pn ce tensiunea se" stinge". Impulsurile de aprindere simt alimentate la sistemul controlat al tiristorului.Dup cum se tie tensiunea remanent a generatorului este utilizat pentru propria autoexcitaie . n acest mod inevitabil un tiristor este amplificat prin controlul fiecrei semiunde pozitive astfel nct s fie fcut s se comporte ca o diod. Acum, tensiunea remanent fiind aplicat simultan ctre racordul tiristorului va fi suficient s se introduc un debit mic de curent prin nfurarea de excitaie i s se amplifice tensiunea remanenta astfel nct procesul de autoexcitaie s fie iniiat. La aproximativ 30% din Ug un controler poate ncepe s furnizeze impulsuri de aprindere. ndat ce tensiunea de rspuns a releului a fost atins , aprinderea forat este ntrerupt iar controlul ulterior este luat de ctre regulator. Releul i dioda sunt montate pe plcue cu circuite imprimate , releul fiind n ntregime fr ntreinere, cu contact de protecie. n cazul opririlor care se ntind pe perioade foarte lungi de timp tensiunea remanent poate disprea aproape n ntregime iar autoexcitaia poate deveni nesigur. n acest caz este posibil s se iniieze autoexcitaia prin conectarea temporar a unei baterii (de la 6 V pina la 24 V) la terminalele + si - de pe tabloul de conexiune . Aceste terminale sunt n contact cu terminalele inelului colector al nfurrii de excitaie printr-o diod de excitaie, i un rezistor de limitare . n acest caz dioda servete drept protecie mpotriva curentului invers atunci cnd generatorul devine excitat iar rezistorul face ca curentul din baterie s fie limitat la mai puin de 2,5 A.Cu ajutorul echipamentului de excitaie electronic este posibil s se regleze tensiunea generatorului n cuprinsul unui domeniu definit. Regulatorul de referin de pe regulator servete acestui scop . Reglarea de la fabric a acestui rezistor este fcut astfel nct s debiteze tensiunea specificat pe plcua cu marca fabricii. Dac utilizatorul consider necesar ca aceast tensiune s fie reglabil n funcie de tipul de operare (de ex. pt. operarea paralela) , se poate conecta un poteniometru paralel . Un rezistor cu conductor reglabil de 500 ,5W poate fi utilizat ca un rezistor comandat de la distan. Acest rezistor exterior face ca tensiunea generatorului s fie reglat n cuprinsul domeniului +5%, -5% fa de tensiunea nominal.Tensiunea generatorului este practic sinusoidal. Prin aprinderea unui tiristor sunt suprapuse impulsuri de scurt durat, individuale peste aceast tensiune. Aceste impulsuri sunt ntreruperi ale tensiunii a cror durat nu depete 0,4 miiisecunde cu o adncime a cderii ce ajunge pana la 30 % din amplitudine. Limitele suprafeelor din graficul timp -tensiune pentru aceste cderi de tensiune de seurt-durat se ridic pn la 2 % n cele mai multe suprafee timp - tensiune ale semiundei .Dac generatorul este operat pe o reea de alimentare cu electricitate avnd multe sinusoide , aceasta poate produce dereglri n unitatea de comand .Dac nu sunt comandate altfel generatoarele sunt proiectate i construite cu un cmp rotitor spre dreapta , iar echipamentul de excitaie este conectat la terminale innd cont de acest lucru .Dac echipamentul de excitaie trebuie s fie operat pe un cmp rotitor spre stnga ,conexiunile fazelor la terminalele de intrare ale controlerului trebuie s fie schimbate .n scopul protejrii mpotriva tensiunilor mari nepermise care pot proveni de la o defeciune n echipamentul de excitaie controlerul este echipat cu un controler electronic de tensiune automat. Componentele sunt montate pe plcuele cu circuite imprimate. Circuitele constau ntr-un etaj cu circuit basculant cu tranzistori al cror prag de reacie poate fi reglat prin intermediul unui rezistor. Tranzistorul servete aici la stabilizarea temperaturii etajelor cu circuite basculante .Tranzistorul formeaz amplificatorul de comutare pentru ieirea releelor .Releele au contacte protectoare cu gaz i n consecin sunt insensibile la contaminri i foarte sigure n comutare.n cazul supratensiunii, releele reacioneaz fie producnd impulsurile de aprindere pe ieirea oscilatorului de blocare care trebuie scurtcircuitat i prin aceasta se evita ca tiristorul s continue s se nclzeasc, fie se implic ca un releu cu contact de ntrerupere care n cazul unui rspuns ntrerupe circuitul de iniiere a autoexcitaiei printr-o diod. Coaciunea celor doua relee face ca generatorul s fie dezexcitat, pn la o valoare de aprox. 30 % din tensiunea nominal . Pe aceast perioad generatorul este deconectat de la reeua de alimentare cu electricitate prin declanare la tensiune minim, astfel nct dac s-ar produce o reexcitare dup cderea releului, acest lucru nu ar provoca nici o deteriorare.

SISTEME DE EXCITAIE SI DE STABILIZARE A TENSIUNII UTILIZATE LA GENERATOARELE SINCRON Pentru asigurarea funcionrii normale a mainii sincrone este necesar o surs de tensiune continu care s furnizeze nfurrii de excitaie curentul continuu necesar. La maini de puteri mijlocii i mari ansamblul mainilor i aparatelor necesare prevzute pentru acest scop este destul de complex, formnd " sistemul de excitaie " al mainii. Acesta joac diferite roluri n funcionarea mainii , avnd influene determinate n performanele mainii i adesea hotrtoare n ceea ce privete sigurana n funcionare.

Sistemele de excitaie ndeplinesc mai multe funciuni cum ar fi: producerea cmpului magnetic inductor, care asigur nsi principiul de funcionare al mainii n regimul ei de baz. staionar;

asigurarea manevrelor necesare n exploatare, cum ar fi de exemplu sincronizarea i cuplarea la reea, reglarea puterii reactive, asigurarea curentului optim de funcionare, etc;

ndeplinirea unor funciuni de protecie n cazul avariilor ca de exemplu forarea excitaiei, dezexcitarea rapid;

realizarea funciunilor de reglare automat a tensiunii i repartizarea automat a sarcinii reactive la mers n paralel.

Datele nominale fundamentale sunt cele ale nfurrii de excitaie, fiind n general n limitele de mai jos: tensiunea nominal Um = 80 ... 540 V curentul nominal Ien= 10 ... 6000 A

puterea nominal egala cu produsul Ucn Ien i care fa de puterea nominal a mainii sincrone este de 0,2 ... 0,8 % la maini de mare putere i de 0,6 ... 3 % la maini de medie i mic putere.

Clasificarea sistemelor de excitaie se poate face din mai multe puncte de vedere . Astfel dup elementele componente avem: de curent continuu (clasice)

de curent alternativ cu redresoare necomandate, sau comandate.

de curent alternativ, fr perii sisteme statice cu redresoare comandate cu tiristoareDin punct de vedere al modului de amorsare avem:

sisteme de excitaie separat sisteme cu autoexcitaie

n afara funciilor de forare - dezexcitare sistemele de excitaie ndeplinesc i funciuni de reglare - automatizare cum ar fi : reglarea automat a curentului de excitaie pentru meninerea tensiunii la bare n limite de 5%

compundarea generatoarelor cu autoexcitaie - asigurarea statismului caracteristicilor n vederea repartiiei optime a puterilor reactive pe mai multe grupuri n paralel . Sisteme de excitaie staticePentru a se elimina dezavantajul introducerii ineriilor inerente nfurrilor mainilor i pentru a se putea exploata la maximum calitile de rapiditate ale elementelor componente moderne ale electronicii de putere se folosesc n practic sistemele de excitaie static. De asemeni ele satisfac i cerinele din punct de vedere a stabilitii statice i dinamice a mainilor sincrone de mare putere. Aceste sisteme de excitaie permit atingerea performanelor ridicate, o siguran ridicat n funcionare i ntreinere minim. n Fig. 27. este prezentat schema de principiu a unui astfel de sistem.

Fig. 27. Sisteme de excitaie staticeTA - transformator de alimentare avnd raportul de transformare impus de valoarea plafonului dorit de forare.Rd - redresor de excitaie de mare putere, alctuind cu TA bucla principal de autoexcitaie a generatorului principalCA - circuit suplimentar de amorsare pentru amorsarea iniial a procesului de autoexcitaieTrd - traductor de tensiune cu asigurarea statismului de curentReg - regulator electronic de tensiune prevzut cu dispozitiv de stabilire a valorii de consemn U, pentru tensiunea generatoruluiF - filtruDC - dispozitiv electronic de comand a tiristoarelorRs - rezisten de stingere a cmpuluintreaga instalaie este realizat pe module standardizate, fiind dispus n dulapuri metalice tip aezate n apropierea generatorului principal.

Este ntlnit i ntr-o alt variant constructiv unde alimentarea circuitului de excitaie se face separat de la generatoare sincrone auxiliare montate pe acelai ax cu agregatul sincron. Sisteme cu autoexcitaie i compundajPrin eliminarea surselor suplimentare de tensiune continu sau alternativ, sistemele de excitaie devin mai simple i mai sigure, avnd o greutate i un pre mai sczute.Sistemele de autoexcitaie folosesc obligatoriu un redresor . deoarece curenii n nfurrile mainii sincrone sunt de frecvene diferite ( alternativ 50 Hz n indus i curent continuu n inductor). n Fig. 28. este prezentat schema de principiu:

Fig.28. Sisteme cu autoexcitaie i compundajProcesul de autoexcitaie necesit ndeplinirea unor condiii care pentru mersul n gol sunt urmtoarele:a) existena unei tensiuni remanente la mersul n gol neexcitat al generatorului, ca urmare a magnetismului remanent al materialelor feromagnetice din care este realizat inductorul.(datorit unei funcionri anterioare); Redresorul nu are impedan infinit de intrare i absorbind un curent mic, tensiunea la borne remanent Ur va fi puin mai mic dect tensiunea Er.

b) curentul de excitaie redresat sub aciunea tensiunii Ur trebuie s produc un cmp magnetic de acelai sens cu cel remanent contribuind la intensificarea cmpului rezultant din main. Sub aciunea cmpului mrit va crete tensiunea la bornele mainii deci ale redresorului crescnd din nou curentul de excitaie redresat, care va produce o nou cretere a cmpului rezultant i aa mai departe, rezultnd un proces n lan. Acest proces se termin atunci cnd tensiunea produs la bornele generatorului de ctre curentul icf produce prin redresare un curent la ieirea redresorului egal cu . Acest lucru are loc la intersectarea celor dou caracteristici.

tensiunea U funcie de curentul de excitaie ie pentru generatorul sincron (curba 1) care este ncrcat pe sarcina echivalent impedanei de intrare a redresorului.

curentul ic de la ieirea redresorului, funcie tensiunea U aplicat la intrarea acestuia , redresorul fiind ncrcat pe o impedana egal cu cea a nfurrii de excitaie (curba 2). c) caracteristica redresorului s fie sub cea a generatorului, intersecia lor avnd loc la tensiunea necesar de funcionare (U). Astfel este necesar ca rezistena pe partea de curent continuu s fie mai mic ca o anumit valoare critic ( la valori mari caracteristica redresorului este notat cu 3)Datorit curburii iniiale a caracteristicii redresorului, cauzat de pragul de tensiune al diodelor n conducie, este necesar o t.e.m. remanent mai mare ca la execuiile obinuite fapt ce se poate asigura prin introducerea unor magnei permaneni n tlpile polare sau prin intercalarea unui transformator ridictor de tensiune ntre bornele generatorului i redresor. T.e.m. remanent indicat este de cel puin 10%Un .Pentru o mai bun stabilitate a tensiunii la borne este de preferat o caracteristic de mers n gol mai curbat a generatorului, lucru ce se poate obine prin puni de saturaie practicate n miezul polilor mainii.Sigurana n funcionare este asigurat prin alimentarea nfurrii de excitaie independent de regimul reelei la care este cuplat generatorul, (ca cel din Fig.4.2. ). Astfel la un scurtcircuit apropiat la bornele mainii tensiunea scade , produce scderea curentului de excitaie, exact invers de cum trebuie procedat pentru meninerea stabilitii.Pentru evitarea dezexcitrii se folosete metoda compundrii, care are efecte favorabile asupra funcionrii mainii. Metoda compundarii excitaiei permite efectuarea unei reglri prealabile a tensiunii far o precizie prea mare deoarece se bazeaz pe principiul compensrii perturbaiei dominante si nu pe principiul reglrii dup abaterea fa de valoarea de consemn. Prin folosirea metodei de compundare , RAT -ui efecteaz doar reglarea unor mici variaii ale mrimii de intrare , rezultnd deci o putere mica i o funcionare liniara. Toate metodele de compundare sunt bazate pe suplimentarea la mersul n sarcin al mainii sincrone a curentului de excitaie de la mersul n gol , cu o component care s depind de curentul I de sarcin ( compundare simpl) sau att de curentul I ct i de factorul de putere (compundare de faz).Compundarea simpl se folosete numai n cazul sarcinilor la care coscp este practic constant i este prezentat n Fig.29.

Fig.29. Sistem de excitaie i compundare simpl la constant

La mersul n gol schema funcioneaz numai cu bucla format de transformatorul de tensiune TT i redresorul Rdl. La intrarea n sarcina inductiv funcioneaz i cea dea a doua bucla cu transformatoarele de curent TC si redresorul Rd2 care suplimenteaz curentul de excitaie n mod proporional cu curentul L la dat. Pentru o alt valoare a lui schema funcioneaz prost, curentul de compundare fiind variabil i deci i tensiunea de la borne nu mai este constant. Acest neajuns dispare la compundarea n faz la care se poate menine tensiunea la borne n limite destul de restrnse ( 2,5 ... 5%) , indiferent de al sarcinii i de curentul I. Schema de principiu de compundaj este prezentat n Fig.30.. La30.a este prezentat schema de compundaj serie (cu sumarea tensiunii) , la30. b schema paralel ( cu sumare cureni). La ambele scheme sumarea semnalelor se face naintea redresrii , deci cu luarea n consideraie a defazrii semnalelor.

Fig.30. Sisteme de excitaie i compundare de fazSisteme de excitaie fr periiDispozitivul de excitaie fr perii a luat aproape complet locul excitatoarei de curent continuu pentru generatoarele de putere cuprinse ntre 2 i 100 MVA. Funcionarea continu, fr ntreinere i fr s prezinte pericol de formare a scnteilor are o mare importan pentru numeroase centrale, instalaii de incinerare a deeurilor i centrale termice.Principalii componeni ai sistemului de excitaie fr perii sunt constituii din excitatoarea n curent alternativ cu punte redresoare i dispozitivul de reglare electronic. Alimentarea regulatorului de tensiune poate fi asigurat de un generator cu magnei permaneni sau de un transformator racordat la bornele generatorului.Excitatoarea de curent alternativ cu redresor cu diode pe rotorPosibilitile tehnice oferite de civa ani de ctre diodele de putere cu siliciu , au condus la starea actual a excitatoarelor Brown Boveri.n funcie de puterile generatoarelor i de necesitile lor de excitaii diferite, sunt disponibile dou tipuri de excitatoare.

Pentru turbo-gcneratoarele de putere ajungnd pn la 20 MV A, se utilizeaz excitatoare fr perii de tip WFT. Acesta este un generator sincron cu poli proemineni cu o nfurare trifazat n rotor i o nfurare de curent continuu n stator. Este montat n captul axului. Aceast main este auto ventilat. Inelul port-diode cu ase diode de siliciu montate n punte supradimensionat se gsete lng roata polar a rotorului. ntre palierul de susinere al generatorului si excitatoare pot fi montate inele necesare pentru a msura tensiunea de excitaie i pentru a indica defeciunea punerii la pmnt a rotorului.Pentru excitarea turbo-generatoarelor de putere mai mare de 20 MV A, se utilizeaz excitatoarea fr perii de tip WBT, echipat cu o flan palier la un capt i cuplat rigid la axul generatorului la cellalt capt.Aceast excitatoare, care este n egal msur autoventilat, este complet nchis , fcnd abstracie de dou canale din placa de baza ce permit o ventilaie forat. Astfel, condiiile severe impuse astzi n ceea ce privete emisia de zgomot pot fi respectate fr dificultate.n comparaie cu excitatoarea de curent continuu, utilizat de obicei pn acum, excitatoarea de curent alternativ prezint o caracteristic dinamic mult mai bun n ceea ce privete tehnica reglrii.Excitatoarea de tip WBT constituie un element de construcie complet i independent care poate fi cuplat la generatoare de orice fabricaie, presupunnd captul axului s fie suficient de rezistent i c rotorul s aib un alezaj central.

Fig.31. Schema excitatoarei fr perii de tip WBTDe la stnga la dreapta se vd dispuse pe ax polii cu magnet permanent, rotorul excitatoarei de curent alternativ i inelul port+diode. Acesta din urm este montat pe axul excitatoarei cu toate elementele necesare transformrii curentului alternativ n curent continuu.1-excitatoarea principal trifazat

2-excitatoarea auxiliar cu magnet permanent

3-redresor rotativ

4-dioda cu siliciu

5-circuit de protecie RT6-siguran fuzibil

7-conductori legai la nfurarea inductorului

8-inele de msur

9-parte rotativ

10-miezuri magnetice pentru supravegherea diodelor.

Se afl aici diode de putere cu siliciu, cu 3 sau mai multe ramuri de diode n paralel, de radiatoare pentru evacuarea cldurii,de condensare mpotriva efectului de acumulare de purttori de sarcin, de rezistene pentru a face simetric tensiunea invers n mers asincron n caz de perturbri, i de sigurane fuzibile individuale prevzute pe fiecare diod. Numrul de diode n paralel este mai mare dect a celui pentru un regim normal de funcionare. n cazul dispariiei puterii de blocare a unei diode, ramura de diode scurtcircuitate este scoas de sub tensiune n mod selectiv, astfel nct s rmn asigurat regimul normal de funcionare,chiar dac un element de diod este defectuos( principiul n-l).

Pentru generatoarele cvadripolare de tip WG Societatea brown Boveri a pus la punct o excitatoare fr perii care, spre deosebire de excitatoarele WFT i WBT, se gsete n interiorullagrelor i al carcasei generatorului i care formeaz o unitate independent cu cea din urm.Excitatoarea este un agenerator sincron cu polii exteriori de tipul polilor apareni cu o nfurare trifazatn statorul excitat de curent continuu. ntre excitatoare i roat polar se gsete redresorul rotativ.

Pentru generatoarele industriale se folosesc dispozitivele de excitaie fr perii i dispozitivele de reglare electronice din seria Unitrol.

Pentru generatoarele de putere de pn la 20MVA, se utilizeaz de preferin o excitaie fr perii la bornele generatoarelor.

Necesarul de putere al unei excitaoare WFT cere un regulator de tensiune cu un curent de ieire maximal de 8A pentru orice domeniu de putere. Aceast condiie este ndeplinit de regulatorul Unitrol 2212.

Pentru satisfacerea dorinei a numeroi clieni, a fost pus la punct un sistem de regulatoare cu reducan pentru instalaiile industriale(Fig.32). Dovad sunt numeroasele sisteme de acest tip care au fost livrate cu specificaia Unitrol K14001. Dou regulatoare Unitrol 2212 sunt montate ntr+un dulap standardizat,unul pentru regimul automat , iar cellalt pentru regimul manual . Aceast variant este numit pe scurt regulatorul cu canal dublu . n cazul unei defeciuni a canalului automat, comutarea pe canalul manual se face automat printr-un releu de protecie. n funcionarea normal, adic automat, regulatorul de tensiune este n funciune.

Tensiunea i curentul generatorului sunt msurate prin transformatoarele de msura fj si f4 . Alimentarea elementului final, un montaj n punte cu tristori, ncorporat regulatorului Unitrol, se face ncepnd cu bornele generatorului prin intermediul unui transfonnator de adaptare special.

Conform abaterii msurate faa de o valoare de consum reglat, regulatorul de tensiune furnizeaz o tensiune de excitaie mai mare sau mai mica la polii statorici (nfurare inductor) ai excitatoarei de curent alternativ. Aceasta lucreaz ca o main amplificatoare clasic i produce puterea necesar n nfurarea inclusului rotativ.Curentul furnizat este redresat printr-un redresor cu diode rotativ i servete la excitaia roii polare a generatorului.

Fig.32.Dispozitiv de excitaie fr perii, cu alimentare ncepnd de la bornele generatorului i compundarea2 - ntreruptor de dezexcitaief1f4 - transformatoare de msurf3 - transformator de curentk1 transformator de compundarem1-alternatorm2- excitatoare de curent alternativm4 - transfonnator de alimentaren1- redresor rotativ cu rotorn2 - redresor de compundareU1- regulator de tensiune : comand automatau2 - regulator de tensiune : comanda manualUn loc important n cadrul reelelor industriale l ocup echipamentul de compundare pentru alimentarea regulatorului ncepnd cu bornele generatorului. n caz de perturbare n reea, alimentarea dispozitivului de excitaie nu este asigurat.,Scopul compundrii este de a menine excitaia n cazul scurtcircuitelor n reeaua industrial i n consecin s garanteze de asemenea un curent de scurtcircuit permanent determinat de generator, ceea ce permite scoatarea din funciune selectiv a receptorului de energie n cauz. Circuitul de compundare se compune dintr-un transformator de msur de compundare kj (de exemplu o bobin de inductan) i din redresorul n; . Transformatorul de msur ki este dimensionat pentru producerea, la ieirea din redresorul n: , a unei tensiuni suplimentare proporionale curentului generatoarelor. n caz de scurtcircuit, tensiunea de excitaie suplimentar este limitat la valoarea cerut, din cauza saturrii acestui transformator de msur. Acest dispozitiv este denumit de asemenea de compundare n serie, pentru c tensiunea de excitaie suplimentar pe care acesta o furnizeaz este n serie cu tensiunea de ieire din regulator.Pentru generatoarele de putere de peste 20 MVA Societatea Brown Boveri utilizeaz un dispozitiv de excitaie alimentat de o excitatoare auxiliara cu magnei permaneni.(Fig.33.) Pentru acest montaj, ea utilizeaz excitatare far perii de tip WBT cu generator cu magnei permaneni integrai ce servete ca excitatoare pilot. Generatorul cu magnei permaneni este un generator trifazat a crui excitaie este asigurat de rotaia magneilor permaneni. El alimenteaz nfurarea inductor (nfurarea stator) a excitatoarei principale prin intermediul elementului final al regulatorului de tensiune . Astfel dispozitivul de excitaie poate deveni complet independent de reea. Magneii permaneni ai generatorului sunt dimensionai astfel nct scurtcircuitele si demontrile s nu poat s mpiedice niciodat funcionarea sau sigurana lor. .

Pentru generatoare de puteri cuprinse ntre 20 i 80 MVA, dispunem de regulatorul de tensiune combinat Unitrol K 16008 cu canal dublu cu dou regulatoare de tensiune Unitrol 3313.

Fig. 33. Dispozitiv de excitaie fr perii alimentat de un generator cu magnei permaneni.

a2 - ntreaiptor de dezeLxcitare f1,f2- transformatoare de msur;

f3 transformator de curent.

m1 - generator m2 - excitatoaro de curent alternativ m3 - generator cu magnei permaneni n1 - redresor rotativ solidar cu rotorul r2 -rezistena de dezexcitaie u1 - regulator de tensiune xomand automat u2 - regulator de tensiune : comanda manualCompundarea poate fi deci suprimat aici pentru c, independent de fenomenele exterioare, generatorul cu magnei permaneni furnizeaz la bornele sale o tensiune aproape constant pentru alimentarea regulatorului.Fiecare regulator de tensiune poate fi combinat n plus cu un limitator Unitrol K 3001 n vederea limitrii curentului generatorului. Valorile limit reglabile sunt adaptate diagramelor de putere ale generatorului sincron (unghi de decalaj intern, curent statoric i rotoric)Limitatoarele sunt utilizate pentru generatoarele ce lucreaz n paralel cu reeaua sau cu alte generatoare. Prezena regulatorului de tensiune permite utilizarea generatoarelor ntr-un mod optim obinndu-se creterea securitii funcionrii n paralel. n plus se poate ncorpora regulatorul Unitrol 1040 care, dup cuplare, servete la reglarea factorului de putere al generatorului () sau factorului de putere n punctul de schimb. La tensiune constant, factorul de putere al generatorului este meninut aproape egal cu = 0,8 prin dispozitivul de reglare al curentului ntr-un domeniu restrns, ncorporat n regulatorul de tensiune. Dar variaii de tensiune provoac variaii de curent reactiv care antreneaz pe de o parte cheltuieli mari atunci cnd energia reactiv este furnizat de reea i pe de alt parte suprancrcarea inutil a generatorului atunci cnd puterea reactiv este retrimis n reea prin acesta. n exploatare este necesar o reglare a factorului de putere la nivelul punctului de racordare la reea. Astfel c apare necesar un dispozitiv de reglare a valorilor limit pentru generator. Pe de alt parte, n reelele industriale existente, factorul de putere este adesea mbuntit cu mainile electrice rotative sau cu aparate statice. Introducerea unui nou turbo-grup nu trebuie s influeneze dispozitivul de comand sau de reglaj existent pentru factorul de putere n reeaua industrial. De aceea se cere adesea un reglaj pentru la nivelul generatorului. Dispozitive de excitaie staticPentru turbo-generatoarele de putere medie i mare, ca i pentru generatoarele hidraulice, Societatea Brovvn Boveri utilizeaz n general dispozitive de excitaie static cu tiristori. Elementul final cu tiristori utilizat pentru excitaia generatorului este n acest caz alimentat de la bornele acestuia, prin intermediul unui transformator.Acest tip de excitaie este utilizat din ce n ce mai mult i pentru mainile mici, deoarece acesta permite o alegere liber a amplasrii echipamentului corespunztor i o lungime mai mic a mainii, i de asemena obinerea unui timp de reglare scurt n caz de perturbare n reeaua de alimentare.Un dispozitiv de excitaie static conine un transfonnator de putere, un element final cu tiristori, un dispozitiv de reglare electronic i un dispozitiv de dezexcitaie.(Fig.34.)

Fig. 34. Schema de principiu a unui dispozitiv de excitaie cu tiristori alimentai de la bornele generatoruluia2 - ntreruptor de dezexcitaief1/2/3/4 - transformatoare de msurm - generatorm2}m3,m4, - transformatoaren1 - redresor comandatu1 - regulator de tensiuner1 - dispozitiv de dezexcitaier2 - dispozitiv de activareDac n dispozitivele de excitaie cu excitatoare, puterea necesar roii polare este cedat mecanic axului, dispozitivul de excitaie static preia energia electric, necesar bornelor generatoarului. Dimensiunile dispozitivului de excitaie static sunt determinate de valoarea puterii electrice furnizate.Orice dispozitiv de reglare trebuie sa fie probat nc de la punerea n funciune, pentru scurt timp la valori mai mari dect valorile nominale necesare. Aceast capacitate de supraveghere este definita de ctre curentul i tensiunea limit. Tensiunea limit a dispozitivului de excitaie cu tiristori poate fi aleas n mod liber, fiind cuprins n general ntre (1,6 si 2) tensiunea de excitaie.Datorit dispozitivelor de msur, de reglare i de activare electronic pentru tiristori, timpul de reglare este extrem de scurt (apox. 10 ms).

Schema funcionala permite descrierea funcionrii simple a regulatorului de tensiune cu clement final cu tiristori.(Fig. 35) Valoarea instantanee, furnizat de transformatoarele de msur si f2 , este redresat ntr-un convertizor de valoare de msur I i redus la nivelul de comparaie al regulatorului propiu-zis. Abaterea n comparaie cu valoarea prescrisa Uo este amplificat n regulatorul PID II i trimisa ntr-un dispozitiv de activare pentru tiristori.Acesta conine i un dispozitiv de comand al prghiilor III i un anumit numr de etaje finale cu impulsuri IV. Astfel, tensiunea de excitaie furnizat prin puntea redresoare poate fi fcut s varieze ntre 0 i 100%.

Fig. 35. Schema funcional a unui dispozitiv de excitaie cu tiristori - generatorI - convertizor de valori de msur pentru regulatorul de tensiuneII - amplificator de reglare pentru regulatorul de tensiuneIII - dispozitiv de comanda al prghiilor

IV - etaj final cu impulsuriV - amplificator de reglare pentru limitatoail de curent rotoricVI- element de temporizare, integratorVII - amplificator de reglare pentru reglajul unghiului de decalaj internVIII - amplificator de reglare pentru reglajul inductiv al curentului statoric IX - amplificator de reglare pentru reglajul capacitiv al curentului statoricX - convertizor de valori de msur pentru reglajul curentului rotoricXI - convertizor de valori de msura pentru reglajul unghiului de decalaj internXII- convertizor de valori de msur pentru reglajul curentului statoricXIII- discriminator pentru limitarea inductiv sau capacitiv a curentului statoric.Pentru obinerea unei dezexcitaii rapide n timpul unei descrcri a generatorului, se pune n funciune provizoriu un ondulor, elementul final cu tiristori cuplat direct la nfurarea de excitaie. Tensiunea de ieire a punii trifazate devine atunci negativ. Cum sensul curentului nu s-a schimbat n nfurarea inductoare energia este extras din cmp, iar timpul de reglare este mult redus prin diminuarea rapid a fluxului.Brown Boveri propune un dispozitiv de excitaie standard ce conine limitatorii:-limitatorul de curent rotoric cu convertizor de valori de msura i element de temporizare . Iimitator de unghi de decalaj intern cu convertizor de valori de msur .

Iimitator de curent statoric inductiv i dispozitiv de temporizare .

Dispozitivele menionate permit ncrcarea mainii pn la maximul capacitii sale.Dimensionarea aparatelor de alimentare pentru echipamentul electronic de reglare garanteaz o alimentare sigur cu energie ntr-un domeniu cuprins ntre 30 i 130% din tensiunea nominala. Generatorul nu trebuie s fie excitat dect timp de cteva secunde printr-un dispozitiv auxiliar de activare pn la atingerea unei valori de 30% din tensiunea nominal. Puterea necesar acestui lucru este foarte mic i este furnizat de bateria de acumulatori a centralei (aprox. 10% din puterea de excitaie n gol timp de 4 s). ncepnd de la aceasta valoare a tensiunii, dispozitivul de reglare asigur alimentarea nfurrii de excitaie iar dispozitivul auxiliar de activare este scos din funciune. Un echipament de dezexcitaie protejeaz generatorul i dispozitivul de excitaie complet. In caz de perturbaii, un ntreruptor special i o rezisten neliniar asigur diminuarea rapid cmpului. Pentru generatoarele mici i medii exist dispozitive de excitaie standardizate cu cablaj fix montate n dulapuri. n funcie de utilizarea pe care o dm generatorului, se alege dispozitivul care satisface condiiile puse i care garanteaz redundana necesar att n echipamentul electronic ct i n elementul final.Caracteristica principal a acestor sisteme este curentul permanent de limitare al dispozitivului de excitaie cu tiristori. Este curentul maximal pe care elementul final de putere l poate furniza n permanen, fr restricii.Un exemplu de o unitate constructiv dat de aceiai societate l reprezint un montaj n punte trifazat cu ase tiristori i etajul final cu impulsuri. Se pot monta n paralel pn la patru astfel de montaje. Ramele mobile , foarte uor accesibile din ambele pri , conin echipament electronic de reglare.Pentru puterile mari, se utilizeaz sisteme THYSERT. Elementul final i echipamentul electronic de reglare sunt n cazul acestui sistem, inute n dulapuri separate.Etajele cu impulsuri se gsesc pe o ram mobil. Pierderile produse n tiristori sunt mici n comparaie cu puterea ce trece prin elementul final cu tiristori. Ele sunt evacuate prin radiatoare i prin ventilaie forat i trimise n mediul nconjurtor. Trebuie prevzut i o rcire a locului unde se afl montat dispozitivul de excitaie static. Puterea elementelor finale cu tiristori este determinat de numrul montajelor n punte utilizate (fiecare din acestea conine cte 6 tiristori).Caracateristici standard ale unitilor:

Pentru dispozitivul de excitaie cu tiristori alimentai de la bornele generatorului, curentul de generator va fu la nevoie, mrit printr-un montaj compound. Aparatele necesare pentru acest lucru pot fi o bobin de inductan trifazat sau un redresor cu diode i sunt dimensionate dup curentul generatorului care trebuie meninut n caz de scurtcircuit.Pentru centralele industriale unde se folosete acest dispozitiv de excitaie statica la generatoarele sincrone se garanteaz o siguran maxima i o calitate maxima cu un minimum de cheltuieli.Acest rezultat este obinut datorit componenilor electronici care lucreaz far uzur i care are constante de timp neglijabile. Timpii de stabilizare de reglare nu sunt dependeni dect de constanta de timp a generatorului i de tensiunea limita aleasa.Exactitatea conceperii sistemelor de excitaie Brown Boveri a fost probat n numeroase centrale industriale i uzine de producie unde aceste echipamente de excitaie sunt actualmente n funciune.

Considerente teoretice privind soluiile moderne de excitaie ale generatoarelor sincrone.

Generatoarele sincrone continu o preocupare de baz a fabricanilor de maini electrice, ajungndu-se la o important evoluie a soluiilor constructive n care ele s se realizeze.Primele realizri constructive, constau n generatoare la care curentul continuu necesar asigurrii solenaiei lor de excitaie e obinut de la generatoare rotitoare de curent continuu. Acestea erau fie ntr-o execuie separat de generator, fie ntr-una nglobat, cel mai adesea montat n consola pe partea opus capului de arbore destinat cuplrii generatorului.Un pas important n construcia generatoarelor s-a realizat cnd n locul surselor rotative de producere a curentului continuu de excitaie s-au introdus sursele statice. In noua execuie generatoarele pstrau inelele colectoare cu ajutorul crora curentul continuu de excitaie ajungea la bornele polare. In schimb curentul continuu de excitaie nu mai este produs de un generator rotativ ci chiar de generator. Se recurge la un redresor care transform curentul alternativ pe care l furniza generatorul sistemului de excitaie , n curent continuu.

SISTEME DE EXCITAIE I REGLARE A TENSIUNII PENTRU GENERATOARE SINCRONE, REALIZATE CU ELEMENTE STATICE

n ultimii ani, din ce n ce mai mult i fac loc i se impun soluiile moderne de excitaie cu sisteme statice (cu puni redresoare comandate, folosind fie diode de putere, fie tiristoare de putere). Alegerea uneia sau alteia dintre soluiile posibile se face att pe baza consideraiilor de specific de reea, ct i pe baza posibilitilor de fabricare sau procurare a sistemelor respective.Continua perfecionare a redresoarelor comandate (tiristoarele) i ridicarea valorilor curenilor maximi de trecere ai acestora au asigurat Abinerea unor sisteme moderne de excitaie static, n care comanda i controlul curentului de excitaie se realizeaz direct n circuitul de excitaie al alternatorului principal (alternatorul de putere), cu constante de timp practic nule, realizn-du-se totodat rspunsuri rapide i foarte rapide.n cele ce urmeaz vor fi prezentate cteva scheme caracteristice pentru sistemele de excitaie cu elemente statice, analizate n vederea utilizrii n SEN. Varianta l : excitatoare rotativ de c.c. Ex i alternator pilot Apt pe acelai ax cu alternatorul principal A. Se folosete un regulator automat de tensiune tranzistorizat, alimentat cu o combinaie fazorial tensiune-curent, ce este realizat cu ajutorul unor transformatoare de tensiune TT i de curent TC, montate la bornele alternatorului principal.

Fig. 36 Sistem de reglare a tensiunii cu alternator pilot si alternator de excitatie.

Varianta 2 : alternator de excitaie AEx care alimenteaz o punte redresoare PI) cu diode de mare putere, instalat n circuitul de excitaie al alternatorului principal A. Excitaia alternatorului de excitaie conine la rndul ei o punte redresoare trifazat cu tiristoare P T, de mica putere, comandate de aceiai regulator automat de tensiune tranzistorizat (RAT), descris mai sus.Puntea PT este alimentat de un alternator pilot auxiliar Aap; acesta este o main sincron, folosind o surs auxiliar pentru propria excitaie.n figura 36 este reprezentat principial aceast variant. Varianta 3 : alternator auxiliar de excitaie AEx, care alimenteaz excitaia generatorului principal A printr-o punte trifazat cu diode de calitate (de exemplu cu siliciu) i de mare putere. Regulatorul automat de tensiune (RAT) comand excitaia alternatorului auxiliar printr-o punte cu tiristoare PT, alimentat de la un transformator de excitaie TEx) legat la bornele alternatorului principal.Aceast variant, reprezentat principial n figura 38, este o variant a sistemului TRANSIPOL. Varianta 4 : excitaia alternatorului principal A se face cu redresoare deputere comandate (diode i tiristoare), plasate direct n circuitul de excitaie al acestuia i alimentate de la o reea auxiliar de curent alternativ (fig. 37).

Varianta 5: excitaia alternatorului A se face prin intermediul unorredresoare (RC i RE) alimentate n compundaj de la transformatorul de excitaie serie i paralel TEXs si TExv care culeg curent, respectiv tensiune, de la bornele alternatorului (fig. 39). Regulatorul automat de tensiune tranzistorizat, RAT,analog celor folosite de celelalte variante prezentate, comand tiristoareie punii mixte trifazate PDT. Aceast variant este cunoscut sub numele de excitaie static compound. Alte variante folosesc redresoare cu vapori de mercur, instalate n excitaia alternatorului principal i alimentate de la un alternator auxiliar.

n figura 37 se prezint o variant de realizare a reglrii excitaieialternatorului principal cu transformator de excitaie de putere i cu punte detiristoare PT, comandat n circuitul de excitaie al alternatorului principal A.Regulatorul de tensiune (RAT) comand tiristoareie punii PT prin intermediul unui generator de semnal GS.

Fig. 37. Sistem de reglare a tensiunii cu redresoare de putere, comandate n circuitul de excitatie.

Fig.38.Sistem de reglare a tensiunii cu transformator de excitatie.

Fig.39. Sistem de reglare a tensiunii cu excitatie static compound.

Fig. 40 .Sistem de reglare a tensiunii cu generator de semnal.

Comparativ, schemele din figurile37, 38 i 39 prezint avantajul c, lipsind alternatoarele de excitaie (suplimentare, sau pilot) pe acelai ax cu alternatorul principal, lungimea grupului este mult mai mic, reprezentnd economii importante la construcia slii mainilor. Viteza de rspuns la perturbaii este mare, schemele funcioneaz bine si la defecte cu durat prelungit, n schimb, ele prezint dezavantajul existenei acestor transformatoare pentru excitaie (TEx, TExs sau TExp], care au dimensiuni importante (trebuie supradimensionate, mai ales n cazul TEx derivaie) si greutate foarte mare; de asemenea, dezexcitarea rapid este puin eficace. n figurile 41 si 42 se prezint schemele de principiu SEMIPOL I si II. Acestea prezint avantajul unei viteze mari de rspuns, indiferent de mrimea perturbaiei (inclusiv n cazul scurtcircuitelor cu caracter de durat) si a unei dezexcitri rapide, care se efectueaz n foarte bune condiiuni. Se menine, ns, dezavantajul costului relativ ridicat din cauza lungimii mari a grupului (alternator principal + alternator auxiliar cu tensiune constant). Aceste scheme se folosesc pe larg la generatoarele de mare putere (fie hidrogeneratoare, fie turbogeneratoare, cu puteri instalate de peste 150200 MW).

Fig. 41 Schema simpol 1.

Fig. 42. Schema Semipol 2.

Schema reprezentat n figura 43 este schema de reglare a tensiunii de excitaie pentru hidrogeneratoarele de 190 MVA, de la centrala hidroelectric Porile de Fier. Regulatorul de tensiune este de tip PD, cu amplificatoare magnetice; schema se caracterizeaz printr-o mai mare fiabilitate n funcionare, n raport cu schemele tranzistorizate.Comportarea schemei de reglare este bun, indiferent de mrimea si tipul perturbaiei. n plus, schemele SEMIPOL asigur o dezexcitare rapid eficace. Pe durata pornirii se aplic alimentarea de rezerv, prin transformatorul racordat la barele serviciilor proprii ale grupului sau centralei (fig.43). Schema aplicat la Porile de Fier foloseste o stabilizare prin frecvena a funcionrii RAT. Prin aplicarea de semnale adiionale [31, 63], cu funcie de stabilizare (de exemplu i derivatele lor de ordinul l si 2, la care se adaug derivata tensiunii statorice) s-au realizat indici de calitate ai regimurilor tranzitorii si staionare net superiori celor ce se obin cu sistemele de RAT clasice, concomitent cu mrirea limitelor de stabilitate static ale generatoarelor sincrone, n regimuri speciale de funcionare [30].La funcionarea alternatoarelor n regimuri speciale (de exemplu: funcionarea cu sarcin capacitiv, pe reeaua de cabluri de nalt tensiune a unui ora), cnd se cere de la maina sincron mai mult putere reactiv i aceasta trebuie ncrcat pn la limita de stabilitate static, s-au dovedit deosebit de eficiente n exploatare schemele de reglare a excitaiei de tipul SEMIPOL II (fig. 22). n plus, aceast schem permite o excitaie de oc ridicat (nu sunt limitri funcionale n acest caz). n sfrit, menionm existena unor realizri romneti, folosind regulatoare UNIDIN (regulatoare pentru procese rapide), n figura 44 este dat schema de principiu pentru un sistem de excitaie i reglare a tensiunii generatorului sincron cu alternator auxiliar trifazat, realizat cu elementele sistemului unificat UNIDIN-S.n regim normal, comanda redresorului cu tiristoare 8 este asigurat de regulatorul de tensiune 7. Regulatorul de curent de excitaie 3 are rolul de a limita valoarea maxim a curentului de excitaie, semnalul su trecnd cu prioritate prin circuitul poarta de minim,in cazul in care semnalul provenit de la la circuitul 4 ar conduce la un curent de excitatie superior unei valori limita prestabilite.

Fig. 43.Schema de RAT pentru hidrogeneratoarele de 190MVA.

Fig. 44.Schema de principiu a RAT cu elemente UNIDIN-S.

Regulatorul de tensiune 11 al geeratorului auxiliar 19 asigur meninerea tensiunii la bornele acestuia,indiferent de regimul de sarcin.

Folosirea tristoarelor pentru autoexcitarea alternatorului auxiliar i excitarea alternatorului principal, precum i a echipamentului de reglare tranzistaionar, ct i n regim dinamic.

n figura 44 este reprezentat schema blocurilor funcionale ale unui sistem de excitaie static pentru turboalternatorul T 12 2(15 MVA,12MVA,6,3KV,50Hz) de producie romneasc.

Schema asigur reglarea tensiunii generatorului (prin reglarea tensiunii excitaie ) si reglarea curentului de excitaie, cu limitri funcionale date( i ). Se folosesc tristoare comandate prin impulsuri, avnd catod i radiator cu rcire forat,pentru operare in paralel,cu sisteme proprii de protecie la supra tensiuni i supracureni, tristoarele sunt alimentate prin intermediul unor puni redresoare trifazate.

Fig. 44. Schema blocurilor functionale pentru excitaia static destinat turboalternatorului T-12-2.

n figur sunt artate i funciile de transfer ale principalelor blocuri componente. Se remarc utilizarea unui compundaj tensiune-curent de la bornele generatorului G. n ultimii 23 ani, lucrrile de diplom realizate de absolveni ai Facultii de Automatic i ai Facultii de