Werking generator
Inleiding: exciterstroom instellen
Bekrachtiging
De enige parameter van een alternator die ingesteld kan worden is de exciterstroom, de stroom door de veldwikkeling (bekrachtiging). De exciterstroom bepaalt de uitgangspanning van de alternator.
-

-

Effekt van de belasting (inductief of capacitief)

De generator gedraagt zich als een sterke zelfinductie die een invloed heeft op de spanning en de stroom:
  • Als de belasting een zuivere ohmse weerstand is, dan zakt de spanning wat in als de belasting stijgt, wat normaal is: de verliezen die hierboven vermeld worden moeten gecompenseerd worden.
  • Als de belasting overwegend inductief is (motor, transformator) dan wordt de zelfinductie van de belasting bijgeteld bij de zelfinductie van de bron, waardoor de spanning meer gaat dalen dan bij een ohmse belasting (voor eenzelfde stroom). Naast het effektief vermogen moet de generator ook blindvermogen leveren om een magnetisch veld op te wekken in het apparaat.
  • Als de belasting capacitief is, dan werkt de capaciteit van de belasting de zelfinductie van de generator tegen en gaat de spanning stijgen als de belasting aangesloten wordt. De zelfinductie en de capaciteit vormen een trillingskring die in resonantie kan komen.
De reden van de sterke spanningsval als er een inductieve belasting wordt geschakeld wordt hier uitgelegd. De redenering is omgekeerd voor een overwegend capacitieve belasting (zeldzaam).
Het blindvermogen dat een onbelast draaiende motor of transfo opneemt dient om zijn magnetisch veld op de bouwen en weer af te breken. Het is vermogen dat per periode heen en weer gestuurd wordt, maar geen nuttige arbeid verricht.

Als he blindvermogen geleverd wordt door een alternator, is dat alsof de alternator een deel van zijn magnetisch veld moet afstaan aan de motor of transfo. Omdat we weten dat de opgewekte spanning afhankelijk is van het magnetisch veld, is er dus een sterke daling van de alternatorspanning, die gecompenseerd moet worden een verhoging van de bekrachtiging.

Bij een kleine generator volstaat het de spanning te meten. De stabilisatie is echter onvoldoende voor industriŽle toepassingen. Een volwaardige regulatie waarbij ook de stroom en de fase gemeten wordt is nodig om de spanning op 1% te stabiliseren.

De instelling van de exciterstroom bij parallelbedrijf van meerdere stroomgroepen staat hier uitgelegd.


Waterstof gekoelde synchrone compensator
(synchronous condenser)
125MVar, 750 RPM
Bekrachtiging: 300V 1200A.

Synchrone compensator

Men kan een motor/generator gebruiken om de arbeidsfaktor te verbeteren. Men gebruikt daarvoor een synchrone motor die onbelast draait en ofwel reaktief vermogen levert of opneemt naargelang de bekrachtigingsstroom. Zo'n motor wordt synchrone compensator genoemd: de bedoeling is geen aktief vermogen te leveren (generator) of te verbruiken (motor), maar om het arbeidsfaktor in een deel van het electriciteitsnet te verbeteren. Dit wordt vaak in de zware industrie gedaan (zware asynchrone motoren, electrische vlamboogovens, en dergelijke).

Als het arbeidsfactor van het netwerk te inductief is, dan moet de exciterspanning verhoogd worden zodat de compensator reactief vermogen levert. De compensator geeft als het ware een deel van zijn magnetisch veld aan de belasting. Als het arbeidsfactor te capacitief is (wat doorgaans nooit gebeurt), dan moet de exciterspanning verlaagd worden zodat de compensator reactief vermogen opneemt om zijn eigen magnetisch veld op te bouwen.

Een synchrone compensator werkt soepeler en is meer stabiel dan de condensatorbanken die tegenwoordig vaak worden toegepast. Ook werd de regeling beter als de spanning zakt (dat is wat wij willen), terwijl condensatoren effectiver zijn als de spanning hoger is. De condensatorbanken werken minder goed in kritische situaties, waardoor men verplicht is de condensatorbanken te berekenen op de minst gunstige omstandigheden.

Door zijn grote massa en traagheid kan de synchrone compensator ook spanningsdipjes beter opvangen. In bepaalde landen worden de generatoren van stilgelegde electriciteitscentrales omgebouwd tot synchrone compensatoren. Men heeft gemerkt dat de moderne productiemiddelen (zoals zonnepanelen) niet bijdragen tot de stabiliteit van het electriciteitsnet. De compensatoren hebben dankzij hun grote mechanische traagheid een stabiliserend effekt op het electriciteitsnet.

Verlies van de bekrachtiging tijdens het bedrijf

Het verlies van de bekrachtiging bij grote stroomgroepen is een voorkomend defekt van het alternator gedeelte. Verschillende oorzaken kunnen aan de basis van het defekt liggen: onderbreking van de veldwikkeling, defekt van de diodebrug, defekt in de opwekkingsalternator,... Het defekt kan ook veroorzaakt worden door een kortsluiting of een aardlek. De electronische module die de bekrachtigingsstroom levert kan ook defekt gaan.

Bij een verlies van bekrachtiging blijft er enkel nog het remanent magnetisme van de veldwikkeling over. Het veld is echter te zwak om een normale werking van de alternator te verzekeren. Aangezien het magnetisch veld niet meer voorzien wordt door de veldwikkeling, zal de alternator blindvermogen van het net gaan opnemen (zoals een transformator) als de generator netgekoppeld werkt. Bij een eilandwerking zal de spanning sterk dalen. Het zwak magnetisch veld is niet in staat de synchronisatie van de generator aan het net te behouden: de generator zal sneller gaan draaien en sterke stromen opnemen van het net (gekoppeld bedrijf). In geval van eilandbedrijf veroorzaakt de lagere spanning een lager electrisch verbruik, waardoor hier ook de generator te snel kan gaan draaien.

Het is dus belangrijk de generator snel los te koppelen van het electriciteitsnet in geval van verlies van bekrachtiging. De voeding van de aandrijfmotor of turbine moet direct beperkt worden om schadelijke overtoeren te vermijden.

De generator als versterker

De alternator werkt in feite als een versterker van het aangevoerd electrisch vermogen. Voor de komst van de radiobuizen en later de transistoren gebruikte men alternatoren om radiogolven te produceren (zoek eens op google naar Alexanderson alternator). Met een dergelijke alternator (en een verzadigbare reactor als voortrap) kon men het geluidssignaal van een koolmicrofoon versterken tot een vermogen van 200kW (de frekwentie bedroeg maximaal 100kHz en was instelbaar door de snelheid van de alternator te wijzigen). Dergelijke alternatoren waren in gebruikt in het interbellum, vornamelijk voor intercontinentale verbindingen.

Tegenwoordig kan een generator niet meer als versterker gebruikt worden wegens bepaalde verbeteringen dia aan de alternator zijn aangebracht en die een meer gelijkmatige werking moeten garanderen (demper wikkelingen).

Ten gevolge van de hoge zelf-induktie van de bekrachtiging werkt een verandering van de exciterstroom niet direct in op de uitgangsspanning, zeker als het een tweetraps alternator betreft. De electronische module moet daar op berekend zijn en niet overdadig reageren op een spanningsverandering. Bij een te sterke reaktie ontstaat er een pendelgedrag die onderdrukt kan worden door de regeling minder strak te maken (potentiometer GAIN of STABILITY). De oscillatie heeft een kenmerkende frekwentie van 1Hz of minder.

Field Flash

Het remanent magnetisme van de veldwikkeling zorgt ervoor dat er een kleine spanning opgewerkt wordt, deze kleine spanning wordt terug naar de veldwikkeling gestuurd waardoor het magnetisme versterkt wordt. De opgewerkte spanning wordt groter en groter, totdat de regeling in werking komt om de spanning te stabiliseren.

Als het remanent magnetisme te zwak is (dit kan gebeuren als de generator lang niet gebruikt is geweest) dan moet men extern een spanning aan de bekrachtigingsspoel aanleggen. Dit kan automatisch gebeuren juist na het starten, maar sommige generatoren zijn uitgerust met een druktoets FIELD FLASH waarbij de bekrachtigingsspoel kortstondig met de batterijspanning verbonden wordt.

Pas als de correcte spanning bereikt is, kan de generator op de gebruikers aangesloten worden.

De praktische realisatie voor het opwekken van de bekrachtiging staat hier.

En om af te sluiten een algemene samenvatting van het effekt van de exciterspanning...

ExciterstroomGeleverd vermogenFrekwentie
Alleenstaand bedrijf Bepaalt de uitgangsspanningBepaald door de gebruikers
tot een limiet (verzadiging van de generator of maximaal vermogen dat de aandrijfmachine kan leveren
Bepaald door de regelaar (a)
Eilandbedrijf Bepaalt de arbeidsfactor en spanningBepaald door de aanvoer van energie (brandstof)
(percentage van het totaal geleverd vermogen)
Bepaald door de verhouding
van het gevraagd en geleverd vermogen (b)
Netgekoppeld bedrijf Bepaalt de arbeidsfactorBepaald door de aanvoer van energie (brandstof)
(net levert of neemt extra vermogen op)
Netfrekwentie is vast
a De generator (dieselmotor of turbine) beschikt over een regelaar (Woodward) om de motorsnelheid constant te houden (en dus ook de frekwentie) en zal het vermogen (brandstofverbruik) aanpassen aan de vraag. Bij generatoren met statiek zakt de frekwentie bij het verhogen van de belasting .

b Een electrisch net zal een lagere frekwentie hebben als de vraag hoger is dan het aanbod. De netbeheerders moeten dan meer generatoren inschakelen of het vermogen van de geschakelde generatoren opvoeren om de frekwentie bij te regelen.

Meer informatie over parallelbedrijf (eiland of gekoppeld).

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-