Ein statisches Erregungssystem versorgt die Rotorwicklung eines Synchrongenerators über Schleifringe mit geregeltem Gleichstrom, um die Generatorspannung konstant zu halten. Herzstück ist der automatische Spannungsregler (AVR), der eine Thyristorbrücke so ansteuert, dass Abweichungen von der Sollspannung laufend ausgeglichen werden.
Dieser Beitrag erklärt Aufbau und Funktionsweise eines statischen Erregungssystems, grenzt es von der bürstenlosen Erregung ab, und zeigt, in welchen Anlagen es zum Einsatz kommt.
Aufbau eines statischen Erregungssystems
Ein statisches Erregungssystem besteht im Wesentlichen aus fünf Komponenten, die zusammen die Feldwicklung des Generators mit Gleichstrom versorgen und regeln.
| Komponente | Funktion |
|---|---|
| Erregertransformator | Speist sich aus dem Eigenbedarfsnetz und transformiert die Spannung auf das für die Erregung nötige Niveau |
| Thyristorbrücke | Wandelt die Wechselspannung des Erregertransformators in geregelte Gleichspannung um |
| Automatischer Spannungsregler (AVR) | Misst die Generatorklemmenspannung über Spannungs- und Stromwandler und steuert die Thyristorbrücke entsprechend an |
| Schleifring-Bürstenapparat | Überträgt den Erregerstrom über zwei Schleifringe auf die rotierende Feldwicklung |
| Entregungsschaltung | Baut das Erregerfeld beim Abschalten der Maschine oder im Fehlerfall gezielt ab |
Wie der automatische Spannungsregler funktioniert
Der AVR vergleicht die gemessene Generatorklemmenspannung laufend mit einem Sollwert. Weicht die Istspannung ab, verändert der AVR den Zündwinkel der Thyristorbrücke und damit die Höhe des Erregerstroms, bis die Spannung wieder dem Sollwert entspricht. Da die Erregerleistung direkt über die Thyristorstufe geregelt wird und nicht über den Umweg einer separaten Erregermaschine, reagiert ein statisches System besonders schnell auf Laständerungen.
Statische vs. bürstenlose Erregung
| Statische Erregung | Bürstenlose Erregung |
|---|---|
| Thyristorbrücke plus Schleifring-Bürstenapparat | Rotierender Gleichrichter auf einem Außenpol-Synchrongenerator, keine Schleifringe |
| Sehr hohe Regeldynamik, da direkt über Thyristorstufe geregelt | Regelung indirekt über die Hilfserregerleistung der Erregermaschine |
| Wartung von Schleifringen und Kohlebürsten im laufenden Betrieb möglich | Kein Bürstenverschleiss, dafür schwerer im laufenden Betrieb zugänglich |
| Schleifringe können zusätzlich für den Anfahrumrichter (SFC) beim Hochlauf von Turbosätzen genutzt werden | Kein zusätzlicher Nutzen für Anfahrumrichter-Anwendungen |
Einsatzbereiche
- Turbogeneratoren in Gas- und Dampfkraftwerken
- Hydrogeneratoren in Wasserkraftwerken
- Industrielle Synchrongeneratoren in Kraftwerken und Großanlagen
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Häufig gestellte Fragen
Was ist ein statisches Erregungssystem?
Ein statisches Erregungssystem versorgt die Feldwicklung eines Synchrongenerators über Schleifringe mit geregeltem Gleichstrom. Die Regelung übernimmt ein automatischer Spannungsregler (AVR), der eine Thyristorbrücke ansteuert.
Was ist der Unterschied zwischen AVR und Erregungssystem?
Der AVR ist die Regeleinheit, die die Spannung misst und die Thyristorbrücke ansteuert. Das statische Erregungssystem ist die gesamte Anordnung aus Erregertransformator, Thyristorbrücke, AVR, Schleifring-Bürstenapparat und Entregungsschaltung, der AVR ist also eine Komponente davon, nicht das ganze System.
Statische oder bürstenlose Erregung: was ist besser?
Das hängt von der Anwendung ab. Statische Systeme bieten eine höhere Regeldynamik und erlauben Wartung im laufenden Betrieb, benötigen aber Schleifringe und Bürsten. Bürstenlose Systeme kommen ohne Schleifringe aus, regeln dafür indirekt über eine Erregermaschine.
Für welche Generatoren wird ein statisches Erregungssystem eingesetzt?
Statische Erregungssysteme kommen vor allem bei Turbogeneratoren in Gas- und Dampfkraftwerken sowie bei Hydrogeneratoren in Wasserkraftwerken zum Einsatz.