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

Senkron jeneratörlerde, uyarıcı rotorun alan sargısına DC güç sağlar.
Daha eski modeller, uyarıcı olarak rotor tahrikli bir DC jeneratör kullanırken, modern modeller statik veya fırçasız uyarıcılar kullanır.
Statik uyarıcılar, jeneratör terminallerinden veya baradan gelen AC gücünü doğrular ve rotora besler.
Fırçasız uyarıcılar, armatür sargılarından alan sargısına AC gücünü doğrultan ters çevrilmiş bir senkron jeneratör kullanır.
Tip 1 uyarıcılar, şaft tahrikli bir DC jeneratöre ve alan akımını terminal voltajına göre ayarlayan bir voltaj regülatörüne sahiptir.
Rüzgar türbinlerinde voltaj kontrolü uyarıcı tipine göre değişir. Tip 1 doğrudan kontrolden yoksundur, Tip 2 ise rüzgar esintileri sırasında sabit güç çıkışını korumak için direnç kontrolünü kullanır.
Tip 3 uyarıcılar, reaktif gücü kontrol eder, sabit tutar veya gerçek güç çıkışı ile değişir.
Blok diyagramları, geçici kararlılık programlarında jeneratör voltajı kontrolünü görselleştirir.
Yüksek kazançlı, hızlı yanıt veren uyarıcılar, kısa devreler sırasında alan voltajını artırarak geçici kararlılığı artırır.
Blok diyagram denklemleri geçici yanıtı hesaplar.

geçici kararlılık ve sistem kontrolleri

Generator Voltage Control

<div>
 Jeneratör voltaj kontrolü, senkron jeneratörlerin ve rüzgar türbinlerinin kararlı çalışmasını sürdürmek için çok önemlidir. Eski modellerde, rotor tarafından tahrik edilen bir DC jeneratörü, rotorun alan sargısına DC güç sağlar ve güç kayma halkaları ve fırçalar aracılığıyla aktarılır. En son modellerde, statik veya fırçasız uyarıcılar kullanılır. Statik uyarıcılar, jeneratör terminallerinden gelen AC gücünü düzeltir ve ardından DC gücünü doğrudan rotora aktarır. Öte yandan, fırçasız uyarıcılar, AC gücünün armatür sargılarından elde edildiği ve rotora monte edilmiş diyotlar aracılığıyla doğrultulduğu ters senkron bir jeneratör kullanır, böylece kayar halkalar ve fırçalara olan ihtiyaç ortadan kalkar.
 Blok diyagram, jeneratör voltaj kontrol sistemlerini görselleştirmek için standartlaştırılmış bir yöntem sağlar. IEEE Tip 1 uyarıcı, alan akımını oluşturmak için terminal voltaj ölçümlerine göre alan akımını ayarlayan bir voltaj regülatörü ile şaft tahrikli bir DC jeneratör kullanır

 <img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/16172/16172_PT_figure_001.svg" style="height: 150px;">

 Blok diyagramında, terminal voltajı, V_t ölçülür ve bir referans voltajı V_ref ile karşılaştırılır. Bu ikisi arasındaki fark, alan voltajını ayarlamak için kullanılır. Voltaj regülatörü, voltaj hatasını bir kazanç (K_a) ve zaman sabiti (T_a) ile işler. Voltaj regülatörünün çıkışı, terminal voltajını ayarlayan jeneratörün alan sargısına uygulanan alan voltajıdır. Bu modeller, uyarıcı ve jeneratör dinamiklerini temsil ederek kararlılığı analiz etmek ve iyileştirmek için net bir yöntem sağlar.
 Tip 1 rüzgar türbinleri doğrudan voltaj regülasyonu olmayan sincap kafesli endüksiyon makinelerini kullanır. Tip 2 sistemler, rüzgar hızı değişikliklerine rağmen tutarlı güç çıkışını korumak için uyarıcı olarak modellenen ayarlanabilir dış dirence sahip sargılı rotor indüksiyon makinelerini kullanır. Tip 3 ve Tip 4 konfigürasyonları hem gerçek hem de reaktif gücü yönetir. Jeneratör voltaj kontrolü, senkron jeneratörlerin ve modern rüzgar türbinlerinin istikrarlı ve güvenilir çalışmasını sağlamak için metodolojiler içerir.
</div>

Geçici Kararlılık ve Sistem Kontrolleri

Senkron jeneratörlerde, uyarıcı rotorun alan sargısına DC güç sağlar.
Daha eski modeller, uyarıcı olarak rotor tahrikli bir DC jeneratör kullanır, ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Elektrik Mühendisliği

Unit 1

Ünite 1

Transient Stability and System Controls

KEY TERMS AND CONCEPTS

TEMEL TERİMLER VE KAVRAMLAR

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

voltage-regulation-in-generators-and-wind-turbines

the swing equation

Generator Rotor Motion and the Swing Equation

Generator rotor motion is described by the Swing Equation in power system dynamics. It is used to study generating units such as three-phase synchronous generators. The equation comes from Newton’s second law applied to the generator rotor. It links inertia, angular acceleration, and the balance between mechanical and electrical torques. In steady-state operation, the mechanical torque supplied to the generator is equal to the electrical torque produced by the generator. When these torques...

simplified synchronous machine model

Transient Stability in Synchronous Generators

The synchronous machine model helps students analyze transient stability in power systems. It represents a synchronous generator under balanced three-phase positive-sequence conditions. The model assumes constant excitation and ignores losses and saturation. These simplifications make it easier to study how a generator behaves during a disturbance. In this setup, the generator is connected to a network of transmission lines, transformers, loads, and other machines. That larger system is often...

multimachine stability

Power-System Stability in Multi-Machine Networks

Power-system stability in multi-machine networks focuses on how several synchronous machines behave as they stay connected to an N-bus power system. The analysis solves the swing equations for the machines and tracks how the network responds when conditions change. It is used to study transient stability, which is the system’s ability to stay in step after a disturbance. The network is written with nodal equations that link bus voltages, machine voltages, and machine currents. In this model, V...

wind turbine machine models

Wind Turbine Types and Generator Control

Wind turbine machine models are used to study how wind turbines behave in transient stability analysis. In this setting, induction machines and synchronous machines are the main model types. Induction machines are common because they are simple and reliable. Induction machines work through the rotating magnetic field made by the stator and rotor. A key term is slip, which is the difference between synchronous speed and rotor speed relative to synchronous speed. Slip is zero at synchronous...

generator voltage control

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...

turbine-governor control

How Turbine Governors Stabilize Power Output

Turbine-governor control helps keep generator frequency and rotor speed stable when electrical load changes. It does this by matching turbine mechanical power with the power demand on the system. In a power grid, that balance is important for steady operation. Turbine-generator units also store kinetic energy because their parts are rotating. When load increases, that stored energy is released to help meet the demand. At first, electrical torque rises while mechanical torque stays nearly...

load-frequency control

Load-frequency control in power grids

Load-frequency control keeps a power grid stable when electrical demand changes. It helps keep system frequency and power flow within acceptable limits. Turbine-governor control reduces rotor speed changes after a load shift, but a steady-state frequency error can still remain when the turbine-governor reference setting does not change. In an interconnected power system, each area agrees to export or import a scheduled amount of power through tie-lines, which are the transmission lines that...

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 Elektrik Mühendisliği, devre analizi teknikleriyle birlikte elektrik devrelerinin temel kavramlarını kapsayan, anlaşılması kolay animasyonlu videolar sunar. Operasyonel amplifikatörler ve devre dönüşümü kavramlarını kullanarak birinci dereceden ve ikinci dereceden devreleri içerir. Pratik tasarım örneklerinin ve gerçek dünya uygulamalarının bilim insanlarınca hazırlanan videolar aracılığıyla dahil edilmesi, karmaşık kavramları erişilebilir hale getirerek önemli bir eğitim değeri katmaktadır.

electrical engineering

Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines

Description

Transcript

Tags