El sistema de excitación en un generador es esencial para la producción de flujo magnético de trabajo en el entrehierro. Por lo general, se proporciona al tener un devanado de campo en el rotor en el caso de un generador síncrono. Proporcionar devanado de campo en el rotor posee ciertas ventajas sobre el devanado de campo en el estator (lea ¿Por qué el devanado de armadura en el estator en una máquina síncrona?). Cabe señalar en este punto que la corriente continua fluye en el devanado de campo para crear un flujo magnético de trabajo. Por lo tanto, para cualquier sistema de excitación, el objetivo principal será el flujo de corriente continua en el devanado de campo. El sistema de excitación estática es uno de esos métodos.
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Principio del sistema de excitación estática
En el sistema de excitación estática, la potencia para proporcionar excitación de campo se deriva de los terminales de salida del generador. Un transformador conocido como Transformador de excitación está conectado a los terminales de salida del Generador para reducir el voltaje al nivel de voltaje requerido, generalmente 415 V CA. Como necesitamos suministro de CC, la salida del transformador está conectada a un rectificador de puente completo de tiristores. La siguiente figura muestra un diagrama de bloques simplificado del sistema de excitación estática.
El ángulo de disparo del rectificador de puente completo de tiristores está controlado por un regulador para que se pueda proporcionar la excitación de campo requerida. El terminal secundario de CT y PT conectado a los terminales de salida del generador se alimenta al regulador. Sobre la base del voltaje del terminal del generador, el regulador ajusta su ángulo de disparo. Digamos que el voltaje de salida del generador ha aumentado más allá de su voltaje nominal de 21 kV (digamos), en ese caso, la corriente de campo debe reducirse para mantener el voltaje terminal. Por lo tanto, el regulador aumenta el ángulo de disparo para que el valor promedio de la corriente continua pueda reducirse. De manera similar, si el voltaje del terminal del generador cae por debajo de su valor nominal, entonces se debe aumentar la corriente de campo. Por lo tanto, el regulador disminuye el ángulo de disparo para aumentar el valor promedio de la corriente de campo.
Al igual que en el sistema de excitación estática, la excitación la proporciona el devanado de campo enrollado en el rotor, por lo que se utilizan anillos colectores y escobillas de carbón.
¿Cómo proporcionar excitación de campo durante el arranque del generador?
Al igual que en el sistema de excitación estática, la potencia de excitación de campo se deriva de los terminales de salida del generador, por lo que solo puede funcionar durante el funcionamiento normal y constante del generador. Supongamos que vamos a poner en marcha un Generador, en ese caso no es posible tener excitación de campo utilizando un sistema de excitación estático ya que no hay voltaje de terminal de salida del Generador. En tal caso, la potencia de excitación se proporcionará utilizando una fuente separada. Como se muestra en la figura anterior, esto normalmente está disponible mediante un banco de baterías. Tan pronto como el generador alcanza su velocidad nominal, su voltaje terminal alcanza el voltaje nominal y, por lo tanto, el sistema de excitación estática entra en escena. Por lo tanto, tan pronto como el generador alcanza su velocidad nominal, el banco de baterías se aísla y el sistema de excitación estática alimenta la energía de excitación.
Ventajas del sistema de excitación estática
- El sistema de excitación con el uso de tiristores confiables y de alta potencia, es de diseño simple y proporciona características de respuesta rápida según lo necesitado en el sistema de energía moderno.
- Como no hay un excitador de tipo rotatorio separado, el sistema está libre de pérdidas por fricción, viento y conmutador que ocurren en el excitador.
- Dado que la energía de excitación se toma directamente de los terminales de salida del generador, el voltaje de excitación es directamente proporcional a la velocidad del generador. Esto mejora el rendimiento general del sistema.
Pero debido al uso de anillos deslizantes y escobillas de carbón, se producen chispas y pérdida de resistencia de contacto en este sistema de excitación. Para eliminar esto, actualmente se utiliza el sistema de excitación sin escobillas.
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