Name: voltage regulation in generators and wind turbines
Uploaded: 2024-11-21T14:54:38.000Z
Duration: 1 min 21 s
Channel: JoVE

同期発電機では、励磁器は回転子の界磁巻線にDC電力を供給します。
古いモデルはローター駆動のDC発電機を励磁器として使用していますが、最近のモデルは静的またはブラシレスの励磁器を使用しています。
静的励磁器は、発電機の端子または母線からのAC電力を整流し、ローターに供給します。
ブラシレスエキサイターは、倒立同期発電機を使用し、アーマチュア巻線から界磁巻線へのAC電力を整流します。
タイプ1の励磁器には、シャフト駆動のDC発電機と、端子電圧に基づいて界磁電流を調整する電圧調整器があります。
風車では、励磁器の種類によって電圧制御が異なります。タイプ1には直接制御がありませんが、タイプ2は抵抗制御を使用して突風時に一定の出力を維持します。
タイプ3の励磁器は無効電力を制御し、無効電力を一定に保つか、実際の電力出力で変化させます。
ブロック図は、過渡安定性プログラムにおける発電機電圧制御を視覚化します。
高ゲインで高速応答の励磁器は、短絡時にフィールド電圧を増加させ、過渡安定性を向上させます。
ブロック線図の方程式は、過渡応答を計算します。

過渡安定性とシステム制御

Generator Voltage Control

同期発電機や風力タービンの安定した運転には、発電機の電圧制御が重要です。旧モデルでは、ローターによって駆動される直流発電機がローターの界磁巻線に直流電力を供給し、電力はスリップリングとブラシを介して伝達されます。最新モデルでは、静的またはブラシレス励磁機が使用されます。静的励磁機は、発電機端子からの交流電力を整流し、直流電力を直接ローターに伝達します。一方、ブラシレス励磁機は、反転同期発電機を使用し、電機子巻線から交流電力を得て、ローターに取り付けられたダイオードを介して整流するため、スリップリングとブラシは不要です。

ブロック図は、発電機電圧制御システムを視覚化するための標準化された方法を提供します。IEEE 1 型励磁機は、シャフト駆動の DC 発電機を使用して界磁電流を生成し、端子電圧の測定値に基づいて界磁電流を調整する電圧レギュレータを備えています。

<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/16172/16172_PT_figure_001.svg" style="height: 150px;">

ブロック図では、端子電圧 V_tが測定され、基準電圧 V_ref と比較されます。これら 2 つの差は、界磁電圧を調整するために使用されます。電圧レギュレータは、ゲイン (K_a) と時定数 (T_a) を使用して電圧誤差を処理します。電圧レギュレータの出力は、発電機の界磁巻線に適用される界磁電圧であり、端子電圧を調整します。これらのモデルは、励磁機と発電機のダイナミクスを表し、安定性を分析および改善するための明確な方法を提供します。

1 型の風力タービンは、直接電圧調整のないかご形誘導機を採用しています。2 型のシステムは、励磁機としてモデル化された調整可能な外部抵抗を備えた巻線型誘導機を使用して、風速の変化にかかわらず一貫した電力出力を維持します。3 型と 4 型の構成は、有効電力と無効電力の両方を管理します。発電機の電圧制御には、同期発電機と最新の風力タービンの安定した信頼性の高い動作を保証する方法論が含まれます。

同期発電機では、励磁器は回転子の界磁巻線にDC電力を供給します。
古いモデルは、ローター駆動のDC発電機をエキサイターとして使用しています...

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Transient Stability and System Controls

過渡安定度とシステム制御

KEY TERMS AND CONCEPTS

主要用語と概念

voltage regulation in generators and wind turbines

Generator voltage regulation helps keep synchronous generators and wind turbines working stably. Older systems use a DC generator driven by the rotor to supply DC power to the rotor field winding. That power is passed through slip rings and brushes.

Newer systems use static exciters or brushless exciters. A static exciter rectifies AC power from the generator terminals and sends DC power directly to the rotor. A brushless exciter uses an inverted synchronous generator, takes AC power from armature windings, and rectifies it with diodes mounted on the rotor. This design removes the need for slip rings and brushes.

A block diagram is often used to show how generator voltage control works in a standard way. The IEEE Type 1 exciter uses a shaft-driven DC generator to produce field current. A voltage regulator then adjusts that current based on the measured terminal voltage. In the diagram, terminal voltage, Vt, is compared with a reference voltage, Vref, and the difference is used to adjust field voltage.

The voltage regulator processes the voltage error with a gain, Ka, and a time constant, Ta. Its output is the field voltage applied to the generator field winding, which changes the terminal voltage. These models describe exciter and generator dynamics and help engineers analyze and improve stability.

Wind turbines use related control ideas in different machine types. Type 1 turbines use squirrel cage induction machines and do not have direct voltage regulation. Type 2 systems use wound rotor induction machines with adjustable external resistance, modeled as an exciter, to help keep power output steady when wind speed changes. Type 3 and Type 4 configurations manage both real and reactive power.

Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines

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key terms and concepts

Learn how generator voltage regulation works with static, brushless, and IEEE Type 1 exciters, plus how wind turbine types manage stable power output.

Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines | JoVE K12

JoVE Core 電気工学 は、電気回路の基本概念と回路解析テクニックを網羅したアニメーションビデオシリーズです。オペアンプと回路変換および 1 次・ 2 次回路の概念を網羅しています。実験を撮影した実写動画では、設計例や現代社会での応用が含まれており、複雑な概念も分かりやすく学習いただけます。

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Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines

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