Erregung / Erregungsspannung oder genauer Erregungssystem eines Generators (Wechselstrom) ist einer der führenden Bereich der Zweifel und Fragen in Interviews gestellt. Diese großen Maschinen arbeiten nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Sie benötigen eine Energiequelle nicht nur, um ein Magnetfeld zu erzeugen, sondern auch, um es zu steuern und Spannungsschwankungen zu vermeiden. Schließlich steuert die Kontrolle des Magnetfelds automatisch die Ausgangsspannung des Generators.

Aber wie erzeugen sie ein solches stabiles Magnetfeld? Hier kommt die Erregung ins Spiel: Die Feldwicklungen des Rotors werden von einem Gleichstromgenerator, der synchron auf dieselbe Welle geschaltet ist, mit einer Gleichspannung versorgt. Durch die Gleichstromversorgung wird in den Feldwicklungen des Rotors ein Fluss erzeugt, wobei die Höhe der Erregung vom Laststrom, der Drehzahl und dem Leistungsfaktor der Maschine abhängt.

Was ist Erregerspannung?

Eine Erregerspannung oder ein Erregerstrom ist die Menge an elektrischer Energie (Gleichstrom), die in die Feldwicklung des Rotors eines Generators eingespeist wird, um einen magnetischen Fluss / ein magnetisches Feld zu erzeugen. Die Ausgangsspannung eines Generators hängt vom Magnetfeld und damit von der Erregerspannung ab. Daher wird ein so genannter automatischer Spannungsregler installiert, der die Endleistung durch Anpassung der Erregerspannung steuert. Üblicherweise wird zu diesem Zweck ein Gleichstromgenerator verwendet, der mit dem Generator auf derselben Welle synchronisiert und gekoppelt ist.

Während die meisten Konstruktionen einen herkömmlichen Gleichstromgenerator verwenden, nutzen einige wenige Konstruktionen auch eine Gleichstrombatterie für diesen Zweck. Die Generatoren, die ihre eigene Erregerspannung liefern, werden selbsterregte Generatoren genannt. Das einzige Problem bei diesen Generatoren, sowohl bei Wechselstrom- als auch bei Gleichstromgeneratoren, besteht darin, sie während der Anlaufphase von der externen Last zu isolieren. Bei Gleichstromgeneratoren oder Erregern wird die Felderregung nur erzeugt, wenn die Pole einen gewissen Restmagnetismus aufweisen. Bei Drehung der Generatorwelle erzeugt der Restmagnetismus eine kleine Spannung im Anker. Dies führt dazu, dass noch mehr Feldstärke und damit mehr Ausgangsspannung erzeugt wird und so weiter und so fort.

F. Warum wird nur Gleichstrom für die Erregung in Wechselstromgeneratoren verwendet?

Erregerspannung oder -strom wird an die Feldwicklungen eines Rotors geliefert, um ein statisches Magnetfeld zu erzeugen. Wenn wir Wechselstrom anstelle von Gleichstrom verwenden, erhalten wir ein schwankendes Magnetfeld. Dadurch wird ein wechselnder magnetischer Fluss in den Statorwicklungen erzeugt, was zu einer unvorhersehbaren und instabilen Spannung und Stromversorgung führt, die Verzerrungen und ein hohes Risiko für brennende Ankerwicklungen verursachen kann. Selbst wenn wir den Ausgang irgendwie abgreifen, wird es sich nicht um eine reine sinusförmige Dreiphasenversorgung handeln. Deshalb müssen die Feldwicklungen eines Rotors mit Gleichstrom erregt werden, um all diese Nachteile zu vermeiden.

Typen von Erregersystemen

Magnetischer Fluss und Drehzahl sind die beiden Schlüsselelemente für die Erzeugung von EMK in einem Generator. Eine Läuferfeldwicklung erzeugt ein starkes Magnetfeld, wenn sie mit Gleichstrom beaufschlagt wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Rotorwicklungen mit Gleichstrom zu versorgen; die beiden Hauptarten sind jedoch statisch und rotierend. Während bei der rotierenden Methode Wechselstrom- oder Gleichstromerreger auf derselben Welle montiert sein können, verwendet ein statischer Erreger Thyristoren zur Gleichrichtung des Wechselstroms, um Gleichstrom zu erzeugen.

1 ) Gleichstromerregung

In einem typischen konventionellen Generator haben wir einen kleinen Gleichstromgenerator, der Haupterreger genannt wird und auf der gleichen Welle wie der Generator sitzt. Der vom Erreger bei der Wellendrehung erzeugte Gleichstrom wird dann über Bürsten und Schleifringe in die Rotorwicklungen eingespeist. Diese Erregerspannung wird dann durch Variation des Feldstroms des Haupterregers über einen Vorerreger gesteuert.

Ein automatischer Spannungsregler wird dann verwendet, um sowohl die Vorerreger- als auch die Haupterregerspannung entsprechend dem Bedarf an der Ausgangsklemme zu steuern. Durch die Steuerung der Erregerspannung an den Wicklungen des Läuferfeldes kann die Ausgangsspannung des Generators verändert oder konstant gehalten werden. Bei den meisten Konstruktionen sind Primär- und Haupterreger auf derselben Welle montiert; bei einigen Konstruktionen können sie jedoch separat von einem Motor angetrieben werden.

2 ) Wechselstromerregung

A ) Thyristor / statische Erregung

Eine statische Erregungsmethode nutzt die Leistung des Generators selbst zur Versorgung mit Erregerspannung. Sie bietet ein schnelleres und besseres Ansprechverhalten bei niedrigen Betriebskosten. Normalerweise wird ein Thyristor-Gleichrichter verwendet, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, der dann über Bürsten und Schleifringe in den Rotor eingespeist wird. Zunächst wird die Ausgangsleistung des Generators mit Hilfe eines Erregertransformators herabgesetzt und dann zur Einspeisung in den Rotor gleichgerichtet.

Dies ist eine unpopuläre, aber sehr effektive Art der Erregung, da sie dazu beiträgt, die Betriebskosten zu senken, indem Wartungskosten, Reibungsverluste und Verluste durch Kommutator und Wicklungen vermieden werden. Während des Starts wird eine separate Energiequelle für den Erregungsprozess verwendet; dies geschieht, weil kein Ausgangsstrom an der Ausgangsklemme des Generators gleichgerichtet werden muss.

Im Allgemeinen wird eine separate Batteriebank verwendet, um den anfänglichen Erregungsstrom bereitzustellen, damit die gewünschte Nenndrehzahl und Nennspannung erreicht wird. Sobald die Nennspannung erreicht ist, übernimmt die statische Erregung die Felderregung.

B ) Bürstenlose Erregung

Es handelt sich um eine Erregungsmethode, bei der die Ankerwicklung des Erregers auf der gleichen Welle sitzt. Grundsätzlich besteht dieses System aus einem Gleichrichter, einem Haupterreger und einem Vorerreger mit Permanentmagnetfeldern ( ich meine einen Generator mit Permanentmagneten, der Magnetfelder erzeugt ). Die Leistung des Ankers wird in den Gleichrichter und dann in die Wicklungen des Rotorfeldes eingespeist. Diese Anordnung von Anker und Rotor auf der gleichen Welle macht Schleifringe und Bürsten überflüssig.

Das Fehlen von Teilen und Problemen wie Kommutatoren, Bürsten, Schleifringen und Kohlestaub ( Problem ) verbessert die Zuverlässigkeit und Leistung des Generators erheblich. Es hilft auch, die Kosten für die Wartung zu reduzieren. In einigen Ausführungen sind sogar zusätzliche elektronische Detektoren eingebaut, die bei Diodenausfall Alarm geben und auslösen.

Automatischer Spannungsregler

Eine plötzliche Änderung des Laststroms eines Generators kann zu einer Änderung seiner Ausgangsspannung führen. Dies ist auf den Spannungsabfall in der Wicklung eines Generators zurückzuführen. Ein ungeregeltes Erregersystem wäre daher für die Aufrechterhaltung der Ausgangsleistung bei variabler Last nicht akzeptabel / nicht durchführbar. Auf Schiffen und an Land gibt es eine regelmäßige Schwankung in der Lastanforderung; wenn sie ungeregelt bleibt, würde dies die Generatoren destabilisieren.

Die Größe und Struktur des Spannungseinbruchs hängt weitgehend von der Last und den Rückstellcharakteristiken des Generators ab, während die Erholung vom Spannungsregler, dem Regler und dem Erregungssystem abhängt. Ein automatischer Spannungsregler erkennt die Ausgangsspannung eines Generators und ändert die Erregerspannung entsprechend.

Konstruktion &Arbeiten

Obwohl die Konstruktion des automatischen Spannungsreglers ( A.V.R) mit dem Hersteller ändern; es gibt einige grundlegende Schlüsselelemente wie Transformator (an der Spannungsmesseinheit befestigt), Gleichrichter, Transistor und Thyristor bleiben die gleichen. Eine Spannungsmesseinheit gleichrichtet und reduziert die Spannung auf eine niedrige Gleichspannung, die proportional zur Klemmenspannung des Generators ist.

Diese Gleichstrom-Ausgangsspannung wird dann mit Hilfe eines Komparators mit dem eingestellten / gewünschten Wert verglichen. Jede Differenz dazwischen löst ein Fehlersignal aus, das dann in den Thyristorkreis eingespeist wird. Ein Thyristor fungiert als Gleichrichter und Schalter, der die Höhe der Erregerspannung oder des Stroms steuert. Auf einem Schiff sind in der Regel immer ein oder zwei Ersatzstromrichter vorhanden, die bei einem vermuteten Ausfall ausgetauscht werden können.

Weitere wichtige Merkmale eines Stromrichters sind:

• Schnelles Ansprechen.
• Hoher KVAR für die richtige Stromaufteilung bei Parallelbetrieb.
• Unter- oder Überspannungsalarm und Auslösung
• Schneller Aufbau der Erregerspannung beim Start des Generators.

#HINWEIS: Ich freue mich auf Ihre hilfreichen Kommentare ( auch kritische ) und Empfehlungen zur Verbesserung dieses Artikels ( Was ist Erregungsspannung und ihr System? ).

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