Le système d’excitation d’un générateur est l’un des systèmes les plus cruciaux d’un générateur et de l’ensemble du système électrique, et est souvent appelé le cœur du générateur. Aujourd'hui, nous fournirons une explication complète et détaillée sous trois aspects : le principe, le mode de fonctionnement et la fonction.
I. Principe de base
Concept de base : l'électricité génère du magnétisme et le magnétisme génère de l'électricité.
2. La base de la production d'électricité : le générateur fonctionne sur la base de la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique - un conducteur fermé se déplaçant à travers un champ magnétique et coupant les lignes de force magnétiques générera un courant électrique.
3. Source du champ magnétique : Un champ magnétique puissant est requis. Ce champ magnétique est généré par un enroulement d'excitation (c'est-à-dire l'enroulement du rotor) qui transporte un courant continu. Ce courant continu est appelé courant d’excitation.
4. Clé de contrôle : en ajustant l'ampleur du courant d'excitation, la force du champ magnétique peut être contrôlée, déterminant ainsi la tension de sortie du générateur et la quantité de puissance réactive qu'il génère.
Augmenter le courant d'excitation → Renforcer le champ magnétique → Augmenter le potentiel électrique à l'intérieur du générateur → Tendance à augmenter la tension et à produire plus de puissance réactive inductive.
Réduction du courant d'excitation → Affaiblissement du champ magnétique → Diminution du potentiel électrique au sein du générateur → Tendance à baisser la tension, produire moins de puissance réactive inductive (voire absorber de la puissance réactive).
Par conséquent, la tâche fondamentale du système d’excitation est de fournir un courant d’excitation continu contrôlable pour le rotor du générateur.
II. Méthode de travail (composition du système et processus)
1. Le système d'excitation moderne adopte principalement le système statique auto-excité-. L'organigramme du principe de fonctionnement est présenté comme suit :
2. Les principaux composants impliqués dans le processus ci-dessus et leurs fonctions sont les suivants :
1) Transformateur d'excitation : il reçoit l'énergie de l'extrémité de la machine, remplissant les fonctions de réduction de tension et d'isolation électrique, protégeant ainsi les équipements basse tension-tels que le pont redresseur.
2) Pont redresseur à thyristors : convertit le courant alternatif en courant continu contrôlable. En modifiant l'angle de déclenchement, l'amplitude de la tension de sortie en courant continu peut être ajustée en douceur, contrôlant ainsi avec précision le courant d'excitation.
3) Régulateur de tension automatique (AVR) : Le cerveau du système. Il surveille en permanence la tension aux bornes du générateur et la compare à une valeur définie. Une fois qu'un écart est détecté (comme une diminution de tension due à une augmentation de la charge), il émet immédiatement une instruction pour modifier l'angle de déclenchement des thyristors, augmenter le courant d'excitation et ramener la tension à la valeur définie. Il s'agit d'un processus de contrôle continu en boucle fermée-à grande vitesse-.
4) Dispositif de suppression de magnétisation et de protection contre les surtensions du rotor : Le gardien du système.
5) Élimination de la magnétisation : En cas de défauts internes ou d'arrêt du générateur, il est nécessaire d'éliminer rapidement et en toute sécurité le champ magnétique du rotor. Ceci est réalisé en transférant l'énergie magnétique à la résistance d'élimination de magnétisation pour la dissipation, et c'est la mesure la plus efficace pour protéger le générateur.
6) Protection contre les surtensions : évitez les dommages à l'isolation dans le circuit du rotor causés par les surtensions du système, le fonctionnement asynchrone, etc., qui peuvent générer des tensions élevées.
Autres méthodes : outre le système auto-excité traditionnel-, il existe également l'excitation traditionnelle, mais toujours utilisée, à partir d'un système excité séparément (qui est alimenté par une machine d'excitation indépendante) et le système d'excitation sans balais (qui utilise des diodes rotatives pour la rectification et ne nécessite ni balais de charbon ni bagues collectrices).
III. Fonctions principales
Le système d’excitation est bien plus que simplement fournir du courant continu. Il remplit également d’autres fonctions importantes :
1. Contrôle et régulation de tension
C'est la fonction la plus fondamentale. Grâce à la régulation automatique de l'AVR, la tension aux bornes du générateur est maintenue au niveau nominal, garantissant ainsi la qualité de l'énergie électrique et n'étant pas affectée par les changements de charge.
2. Contrôle et répartition de la puissance réactive
Lors du fonctionnement en mode connexion au réseau, l'ajustement du courant d'excitation permet de contrôler la puissance réactive envoyée ou absorbée par le générateur vers le réseau.
Stimulation de l'excitation : transmission de puissance réactive inductive au réseau pour supporter la tension du réseau.
Démagnétisation : réduire la puissance réactive délivrée, voire absorber la puissance réactive inductive du réseau (fonctionnement asymétrique) pour réduire la tension du système trop élevée.
Ceci est crucial pour maintenir la stabilité de la tension et l’équilibre de la puissance réactive du réseau.
3. Améliorer la stabilité du fonctionnement en parallèle des générateurs synchrones
Stabilité statique : un système d'excitation puissant et réactif (tel que l'utilisation d'un stabilisateur de système d'alimentation PSS) peut supprimer efficacement les petites oscillations du système et augmenter la limite de puissance des lignes de transmission.
Stabilité transitoire : lorsqu'un défaut grave tel qu'un court-circuit se produit dans le réseau, la tension chute fortement.
Le système d'excitation effectuera une excitation forcée, augmentant instantanément la tension d'excitation à sa valeur maximale, injectant une grande quantité de puissance réactive dans le système, aidant à restaurer la tension du réseau et empêchant le générateur de perdre la synchronisation.
4. Fonction de protection
Grâce à l'interruption de la magnétisation et à la protection contre les surtensions, la sécurité du corps du rotor du générateur est assurée.
IV. Résumé
1. Principe : contrôler le courant d'excitation pour réguler l'intensité du champ magnétique et finalement ajuster la tension de sortie et la puissance réactive du générateur.
2. Mode de fonctionnement : adopte généralement un système auto-excité : alimenté par le transformateur d'excitation, redressé par des thyristors et automatiquement contrôlé par l'AVR pour obtenir une régulation précise et rapide.
3. Fonctions
1) Régulation de tension : Maintenir la stabilité de la tension.
2) Régulation de la puissance réactive : Contrôlez le flux de puissance réactive dans le réseau électrique.
3) Maintien de la stabilité : Améliorez la stabilité statique et transitoire du système.
4) protection de sécurité : extinction de magnétisation et protection contre les surtensions.
On peut dire que sans un système d'excitation-haute performance, les grands générateurs synchrones modernes ne pourraient pas être connectés de manière fiable et stable au réseau électrique, et nous ne pourrions pas profiter d'une électricité de haute-qualité et hautement fiable.