Система возбуждения синхронной машины, использующая коллекторную машину постоянного тока, сидящую на одном валу или в виде отдельного агрегата, остается основной, несмотря на рост единичной мощности синхронного генератора до сотен тысяч киловатт. В период 1965—1970 гг. единичная мощность синхронных генераторов возросла до 800 000 квт, соответственно мощность возбуждения выросла до нескольких тысяч киловатт. При изготовлении коллекторных машин такой мощности возникают значительные трудности.
Следует иметь в виду, что при работе крупных синхронных генераторов на протяженные линии электропередач для устойчивой работы необходимо обеспечить возможность быстро увеличивать возбуждение при нарушении режима. Машинный возбудитель из-за наличия индуктивности у его обмоток обладает относительно большой электромагнитной постоянной времени (порядка десятых долей секунды). Важным является переход на безинерционные системы возбуждения. Современное состояние полупроводниковой техники допускает создание мощных полупроводниковых выпрямителей для возбуждения синхронных машин. Применение полупроводниковых выпрямителей существенно упрощает и облегчает систему возбуждения, повышает ее быстродействие.
Рис. 197. Электрические схемы систем возбуждения (регуляторы напряжения в схемах а, б, в не указаны):
1 — синхронный генератор; 2 — машинный возбудитель; 3—вспомогательный синхронной генератор; 5 — полупроводниковые выпрямители; 6 — возбудитель переменного тока (обращенная синхронная машина); 7- полупроводниковые выпрямители, расположенные на роторе; 8 — трехобмоточный трансформатор; 9 — регулировочный реостат.
Современные системы возбуждения могут быть сведены к следующим:
- система возбуждения с вращающимся коллекторным машинным возбудителем (рис. 197, а);
- система возбуждения с возбудительным синхронным генератором на одном валу с турбогенератором (гидрогенератором), питающим обмотку возбуждения ротора через кремниевые выпрямители и контактные кольца (рис. 197,б);
- система возбуждения с вращающимися кремниевыми выпрямителями, размещенными на валу турбогенератора, напряжение к которым подводится от возбудителя переменного тока, от обмотки, вращающейся на том же валу и соединенной непосредственно с выпрямителями без контактных колец (рис. 197,в);
- система возбуждения, при которой обмотка ротора через контактные кольца питается от управляемых ртутных выпрямителей, которые, в свою очередь, питаются от специального синхронного генератора, размещенного на одном валу с основным генератором (например, на турбогенераторе Назаровской ГРЭС 588 000 кВА, обмотки статора и ротора которого непосредственно охлаждаются водой), или через трансформаторы от шин самого возбуждаемого синхронного генератора (ионное самовозбуждение, как на ряде гидрогенераторов Куйбышевской ГЭС, электромагнитная постоянная времени системы возбуждения 7 = 0,005 сек);
- статическая система возбуждения через полупроводниковые выпрямители, получающие питание от трансформаторов напряжения и тока, включенных на обмотку статора синхронной машины (рис. 197,г).
Последняя система возбуждения широко применяется для синхронных генераторов мощностью от 4 до 100 кВА. В машинах такой мощности (малые генераторы) машинный возбудитель становится соизмеримым по габаритам и стоимости с самим синхронным генератором. Кроме того, на установке такой мощности коллекторная машина постоянного тока усложняет эксплуатацию, снижает надежность. В схеме выпрямления используются селеновые, германиевые, а также кремниевые выпрямители.
