Verhouding exciterstroom Ie
en de spanning op de statorwikkelingen Uo
Onbelast (blauw)
en nominale belasting (rood)
|
|---|
|
Zelfs zonder exciterstroom ontstaat er een kleine spanning op de stator dankzij het remanent magnetisme.
Als de exciterstroom toeneemt, dan neemt ook de spanning toe, tot dat het ijzer magnetisch verzadigd is. Zelfs met een maximale exciterstroom kan de spanning niet boven 125% van de nominale spanning stijgen (dus 500V voor een alternator die 400V lijnspanning levert) bij nominale belasting.
De opgewekte spanning zakt als er stroom afgenomen wordt: de verliezen moeten gecompenseerd worden (zowel ohmse verliezen als magnetische verliezen). Daarvoor wordt de exciterstroom verhoogt van Io tot Im.
Instelling van de exciterstroom vòòr het gebruik van electronische modules
|
|---|
|
Alternatorspanningsregeling
door compoundering
In principe is het instellen van de exciterstroom eenvoudig. De uitgangspanning van de generator wordt bepaald door de veranderingen van het magnetisch veld, die op zijn beurt afhankelijk zijn van de rotatiesnelheid van de generator en van de grootte van het magnetisch veld. Aangezien de rotatiesnelheid van de generator constant wordt gehouden is de uitgangspanning enkel afhankelijk van het magnetisch veld, en dus van de exciterstroom (of stroom door de veldwikkeling)
Als de generator belast wordt, moeten de verliezen gecompenseerd worden door een hogere exciterstroom. De verliezen zijn voornamelijk ohmse verliezen in de stroomwikkelingen en verliezen veroorzaakt door de stromen in de stator, die een magnetisch veld doen ontstaan tegengesteld aan het hoofdveld. De exciterstroom moet dus verhoogd worden als de belasting hoger wordt. Tussen onbelast en maximale belasting is er een verhouding van ongeveer 1 op 3 ongeacht het soort generator (enkel of dubbeltraps).
De eerste alternatoren gebruikten een dynamo voor de opwekking van het hoofdveld. Met de komst van goede gelijkrichters (halverwege jaren '60) kon men de spanning van de alternator zelf gebruiken voor het opwekken van het magnetisch veld (deze spanning werd enkel verlaagd tot een geschikte waarde voor de bekrachtinging). Zoals bij dynamos gebruikte men een compoundering om de uitgangsspanning nagenoeg onafhankelijk te maken van de belasting.
Het is pas in de jaren '70 dat men een electronische regeling kon gebruiken (met een transistor 2N3055). Omdat het vermogen van deze transistoren beperkt was, werd de electronische schakeling gebruikt als aanvulling op de electrische compoundering.
Bij een dynamo worden de serie en shunt wikkelingen gewoon naast elkaar op de stator gelegd. Bij een alternator gebruikt men twee transfo's om zowel de spanning als de stroom door te geven aan één enkele veldwikkeling.
Transfo m1 is de scheidingstransfo tussen het net en de veldwikkeling (die vaak met een veel lagere voedingsspanning gevoed wordt).
K1 is een smoorspoel die ervoor moet zorgen dat de compoundering correct verloopt. Door de zelfinductie van de spoel te wijzigen verandert men zijn weerstand, en dus ook de verhouding spanning/stroom en kan men een onder, over of normaal gecompenseerde werking bekomen (zie voor meer uitleg de werking van een dynamo).
m2 zijn drie stroomtransfo's die de stroom in de hoofdleiding meten en omzetten in een spanning.
De bekomen spanning wordt gelijkgericht en naar de veldwikkeling geleid. Deze sturing kan de spanning stabiliseren op 5% ongeacht de belastingsvariaties.
Er is een extra aansluiting voorzien om het veld te kortsluiten (beveiliging bij overbelasting) of om een externe voedingsbron aan te sluiten (als het remanent magnetisme van de veldwikkeling te zwak is om de alternator op spanning te laten komen).
Als je de schakeling bekijkt, dan merkt je dat er een belangrijk element ontbreekt: een spanningsreferentie. Deze schakeling is dan oon een sturing (voorwaartse regeling) en geen echte regelaar (PID regelaar).
|
Dit is de module die achteraf bijgeplaatst is geweest.
Er is hier ook een compoundering (spanning/stroommeting).
De regelaar werkt omgekeerd en werkt het magnetisch veld van de electrische compoundering tegen.
|
Gemengde spanningsregeling
Om een meer stabiele spanning te bekomen werd er vroeger (jaren '70) een echte regelaar bijgeplaatst (transitorschakeling met spanningsreferentie en comparator). De sturing zorgde voor een ruwe stabilisatie en de electronica zorgde voor de fijne regeling.
De alternator had zodus twee aparte veldwikkelingen: een hoofdwikkeling voor de sturing en een extra wikkeling voor de fijnregeling.
Er was ook compoundering in de electronische module (invloed van de stroom op de spanning) om een betere verdeling van het blindvermogen te bekomen bij parallelbedrijf.
De regeling kan zowel de sturing versterken (beide velden versterken elkaar) als tegenwerken zoals in het voorbeeld rechts: je kan beide systemen tegenkomen. Nu dat transistoren een hoger vermogen kunnen leveren is deze spanningsregeling achterhaald, maar je kan die nog steeds aantreffen, zelfs in relatief recente stroomgroepen.
Waarom zo'n vreemde constructie met een sturing én een regeling? Om een dubbeltraps alternator van 250kW van exciterstroom te voorzien heeft men 100W vermogen nodig, en de eerste vermogenstransistoren waren nog niet in staat zo'n vermogen te leveren en voldoende vermogensreserve te hebben om belastingsvariaties op te vangen. De sturing zorgde voor een grove instelling van de exciterstroom en de electronische regeling moest enkel een beetje bijregelen.
Compoundering (groen) et shunt stabilisatie (rood)
|
Bij een volgende uitvoering wordt de bekrachtigingsstroom die door de electrische compoundering geleverd werd (groen) gedeeltelijk kortgesloten (rood) door de electronische module om hier de exciterstroom te beperken. Dit is mogelijk omdat de compoundering een stroom levert. De gebruikte alternator heeft dan maar één enkele bekrachtigingswikkeling nodig (alternatoren van Leroy Somer). Alle moderne alternatoren hebben één enkele spoel voor de bekrachtiging.
Bij stroomgeneratoren die op militaire schepen gebruikt worden blijft men compoundering gebruiken omdat zelfs in geval van calamiteiten (uitvallen van de electronische regeling) de generator nog kan gebruikt worden met de electrische compoundering alléén (en een minder nauwkeurige regeling van de spanning).
Hier is de electronische regeling een negatieve regeling, en in "manueel" gebruik (als de electronische regeling dus niet werkt) wordt de compoundering overbrugd door een rheostaat.
| 
