Системы возбуждения синхронных машин

Системой возбуждения называют совокупность электрических машин, аппаратов и устройств, предназначенных для питания обмотки возбуждения синхронных машин постоянным током и регулирования этого тока (тока возбуждения), причем ток возбуждения  изменяют только изменением напряжения возбудителя . Система возбуждения должна иметь очень высокую надежность в работе, так как от ее надежности зависит и надежность работы синхронной машины.

Системы возбуждения крупных синхронных машин достаточно сложны (рис. ниже), их подразделяют на независимые системы возбуждения и системы с самовозбуждением, на щеточные и бесщеточные. Здесь приведены лишь простейшие принципиальные электрические схемы некоторых подобных систем возбуждения.

В независимой щеточной системе возбуждения (рис. а) в качестве возбудителя используются генератор постоянного тока, устанавливаемый на одном валу с ротором 2 синхронной машины. В этом случае напряжение от обмотки якоря возбудителя подают через щетки 5 на контактные кольца 4, расположенные на валу ротора 2, с которыми соединена обмотка возбуждения 3 синхронной машины. Регулирование тока возбуждения синхронной машины осуществляют изменением тока в обмотке возбуждения 7 возбудителя, регулируя таким образом напряжение на его зажимах. Для этого в системе возбуждения установлен регулятор напряжения 8.

Схемы возбуждения синхронных машин а – независимая щеточная; б – щеточная с самовозбуждением; в –независимая бесщеточная. 1 – обмотка якоря; 2 – ротор генератора; 3 –обмотка возбуждения генератора; 4 – кольца; 5 – щетки; 6 – якорь возбудителя; 7 – обмотка возбуждения возбудителя; 8 – регулятор напряжения; 9 - понижающий трансформатор; 10 – выпрямитель; 11 – якорь подвозбудителя; 12 - обмотка возбуждения подвозбудителя.

На рис. б приведена щеточная система возбуждения, в которой обмотка возбуждения подключена к обмотке якоря 1 через понижающий трансформатор 9 и управляемый или неуправляемый полупроводниковый выпрямитель 10. В синхронных генераторах такую систему называют системой с самовозбуждением, так как для питания обмотки возбуждения в этом случае используют часть электрической энергии, вырабатываемой самим генератором. Мощность электрической энергии, используемой для возбуждения синхронной машины, составляет, как правило, не больше 3 % от номинальной мощности синхронной машины. В такой системе возбуждения необходимость в применении понижающего трансформатора 9 обусловлена тем, что напряжение на зажимах якоря синхронной машины может достигать нескольких десятков киловольт, а напряжение, на которое рассчитана обмотка возбуждения, как правило, не превышает 400 В.

Примерная схема бесщеточной системы возбуждения показана на рис. в. Здесь, в отличие от щеточной системы возбуждения, возбудителем является трехфазный синхронный генератор обращенного типа, в котором обмотка возбуждения расположена на статоре, а обмотка якоря 6 расположена на валу ротора синхронной машины и вращается вместе с ним. Напряжение от возбудителя подают на расположенный также на валу ротора вращающийся полупроводниковый выпрямитель 10. В нем это переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение, которое и подводят к обмотке возбуждения синхронной машины. Источником напряжения для возбудителя служит генератор постоянного тока, расположенный на валу ротора и называемый подвозбудителем. Регулирование напряжения возбудителя и, следовательно, тока возбуждения синхронной машины осуществляют, как и в схеме рис. 1.10, а, изменяя ток в его обмотке возбуждения 7.