Примечание. E*г,г - ЭДС гидрогенератора; E*г,г - ЭДС турбогенератора.

 

 

5. Параллельная работа синхронных генераторов

Для включения генераторов на параллельную работу они должны быть синхронизированы. Существует два принципиально различных способа синхронизации: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации.

Способ точной синхронизации состоит в том, что включаемый генератор предварительно приводят во вращение и возбуждают. В момент включения его на параллельную работу с работающим генератором необходимо обеспечить следующие условия синхронизации:

1) порядок следования фаз у включаемого генератора должен совпасть с порядком следования фаз работающего генератора (или сети, которую включается генератор);

2) напряжения включаемого и работающего генераторов должны ь равны по значению и совпадать по фазе; равенства напряжений добиваются изменением силы тока в обмотке возбуждения;

3) частота тока включаемого генератора должна быть равна частоте ка работающего; этого достигают, изменяя частоту вращения включаемого генератора.

Если все эти условия выполнены, включаемый генератор можно рубильником или выключателем соединить с работающим.

Взаимодействие между вращающимися магнитными полями Ф_с1, и Ф_с2 статорных обмоток параллельно работающих генераторов и магнитными полями Ф_p1 и Ф_p2 электромагнитов роторов показано на рисунке 10.4. Векторы Ф_с1 и Ф_с1 вращаются синхронно с угловой частотой ω; и совпадают по фазе в каждый момент времени. Векторы Ф_p1 и Ф_p2 также вращаются синхронно между собой и с векторами Ф_с. Но углы ψ₁, и ψ₂ сдвига фаз магнитного поля статора и ротора могут изменяться в различных пределах в зависимости от нагрузки. Если эти углы равны между собой, это означает, что оба генератора несут одинаковую активную нагрузку (если их номинальные мощности равны). Для того чтобы один из генераторов принял большую нагрузку, необходимо воздействовать на регулятор оборотов первичного двигателя этого генератора, повысить вращающий момент на его валу.

Последующее увеличение угла ψ укажет на то, что генератор принял добавочную нагрузку. Так, угол ψ₂ (рис. 6, б) больше угла ψ₁, (рис. 6, а), поскольку этот генератор (рис. 6, б) нагружен больше.

Чтобы один из генераторов взял на себя часть реактивной мощности, нужно усилить ток возбуждения генератора. Одновременно с увеличением нагрузки вновь включенного генератора необходимо снижать нагрузку работающих генераторов, так как в противном случае возрастет частота.

С целью предотвращения повышения напряжения при увеличении тока возбуждения вновь включенного генератора следует снизить ток возбуждения у работавших ранее генераторов.

Точной синхронизации добиваются при помощи специально предназначенного для этого прибора — синхроноскопа. Для контроля равенства напряжений используют два вольтметра, один из которых измеряет напряжение работающего генератора, а другой — подключаемого. Равенство частот устанавливают по двум частотомерам.

По окончании монтажа генератора, предназначенного для параллельной работы, перед вводом его в эксплуатацию проверяют порядок следования фаз (рис. 7). Между зажимами генератора (на рубильник Р₂ (при отключенном Р₁).

Если векторы напряжений сети и генератора не совпадают по фазе, а также имеется разница в частотах сети и генератора, но чередование фаз оказалось одинаковым, то все три пары ламп будут гаснуть и загораться одновременно.

Если же чередование фаз в генераторе и сети неодинакбвы, то загорание и погасание ламп в различных фазах не совпадают по времени. В этом случае меняют местами два отходящих от генератора линейных провода (остановив предварительно генератор) и вновь проверяют совпадение фаз. Затем маркируют зажимы генератора соответственно фазам сети, а лампы снимают.

На электростанции, где включают генераторы на параллельную работу, приборы, предназначенные для синхронизации, устанавливают на специальных синхронизационных колонках. Ниже рассмотрены некоторые схемы точной синхронизации.

Схема 1. Колонка синхронизации СК (рис. 8) состоит из двух параллельных цепей: в Одну последовательно включены две лампы Л, а в другую — вольтметр V₀ и лампа _Л. От каждого из генераторов к синхронизационной колонке отходит по одному проводу от одно- именных фаз. Цепи синхронизации замыкаются по нулевому проводу на фазные обмотки генератора. Между проводами от фаз генераторов и синхронизационным устройством смонтированы штепсельные розетки 1, 2, 3.

рубильнике P₁) и шинами сети, с которой генератор будет работать параллельно, включают по две последовательно соединенные электрические лампы. Каждая лампа рассчитана на фазное напряжение сети. Затем приводят в действие генератор и включают

Предположим, что синхронизируется с сетью генератор № 1. Его пускают в ход и, меняя частоту вращения первичного двигателя и силу тока возбуждения генератора, устанавливают по частотомеру Hz и вольтметру V частоту и напряжение, равные сетевым. После этого двумя штепселями замыкают контакты 1 и 3. Продолжая изменять частоту вращения включаемого генератора в небольших пределах и ток возбуждения, добиваются синхронизма. Его наступление фиксируется потуханием ламп Л и нулевым показанием вольтметра V₀. При приближении стрелки вольтметра к нулю включают рубильник Р₁. Генератор синхронизирован. Колонку синхронизации сразу же отключают (выключают штепселя 1 и 3). Оставлять штепселя в гнездах недопустимо, ибо при отключенных генераторах на их зажимах окажется напряжение сети, что представит опасность для обслуживающего персонала.

В рассмотренной схеме можно обойтись и без нулевого вольтметра. Однако в этом случае точность метода значительно снижается, так как лампы дают видимый накал лишь при напряжении 25...30% номинального и по ним трудно уловить момент действительного совпадения векторов напряжения. Лампы, включенные параллельно цепи с вольтметром, контролируют исправность этой цепи. Последовательно две включают потому, что в некоторые моменты цепь может оказаться под двойным фазным напряжением.

Если по данной схеме синхронизируются высоковольтные генераторы, то синхронизационную колонку включают через трансформаторы лампы 1 погаснут, а лампы 2 и 3 будут иметь полный накал. При разной частоте вращения генераторов лампы 1, 2, 3, расположенные по кругу (рис. 8, а), загораются и погасают неодновременно, создавая впечатление так называемого вращения света. По направлению вращения можно судить о том, следует ли увеличить (Б) или уменьшить (М) частоту вращения включаемого генератора.

Генератор по этой схеме включают на параллельную работу в момент, когда вращение светового пятна прекратилось.

Рассмотренные выше способы точной синхронизации сравнительно сложны, и для автоматизации процессов точной синхронизации требуется сложная и дорогая аппаратура. Поэтому в практике широко применяется способ самосинхронизации, который заключается в следующем.

Невозбужденный генератор, у которого магнитное поле погашено специально включенным в цепь возбуждения возбудителя сопротивлением гашения поля R_г.п (рис. 8.б), разгоняют первичным двигателем до частоты вращения, близкой к номинальной. При скольжении примерно 2...3% генератор включают в сеть рубильником Р. Одновременно подают возбуждение, шунтируя сопротивление гашения поля блокконтактами Бл. Генератор после этого постепенно втягивается в синхронизм.

В момент включения генератора в сеть на параллельную работу возникают кратковременные толчки тока, которые являются следствием подключения к сети невозбужденного генератора. Однако эти толчки не нарушают нормальной работы ранее работавших генераторов и потребителей.

напряжения.

Схема 2. На рисунке 8,а приведена схема включения лампового синхроноскопа. Лампы 1 присоединены к одной фазе, а лампы 2 и 3 подключены к разным фазам. При синхронизме

Этот способ самосинхронизации считается основным и обязательным для всех многоагрегатных сельских электростанций.

К методу точной синхронизации обращаются лишь в тех случаях, когда из-за большой загруженности ранее работавших генераторов метод самосинхронизации нельзя применить.

Ручной самосинхронизацией пользуются только тогда, когда генераторы оснащены рубильником (на маломощных станциях) или выключателями без дистанционного управления. Для того чтобы судить о разности частот, включают, как показано на рисунке 8,б лампу Л напряжением 6...36 В (в зависимости от значения остаточного напряжения генератора). Лампа имеет заметный накал при разности частот не менее 2 Гц. Однако наиболее совершенный способ измерения разности частот — это включение специальных реле типа ИРЧ (индукционных реле разности частот).

Порядок операций следующий. Генератор разгоняют первичным двигателем при выключенном рубильнике Р и разомкнутых блок-кон- тактах Бл. В цепь обмотки возбуждения возбудителя включено сопротивление R_г.п гашения ноля. Когда пускаемый генератор достигает частоты вращения, близкой к синхронной, лампочка Л гаснет. При этом включают рубильник Р, замыкаются блок- контакты Бл и шунтируется сопротивление гашения поля R_г.п. Восстанавливается нормальное возбуждение, генератор втягивается в синхронизм.

При полуавтоматической самосинхронизации агрегаты запускают ручным воздействием на управление первичного двигателя, а включение генератора в сеть и подача возбуждения происходят автоматически.

Автоматическая самосинхронизация предполагает полную автоматизацию процессов пуска агрегата, включения генераторов в сеть и подачи возбуждения.

Необходимо помнить, что шунтовой реостат R в цепи возбуждения возбудителя должен быть установлен так, чтобы при расшунтировании обмотки возбуждения на клеммах генератора при холостом ходе обеспечивалось повышение напряжения до номинального значения, равного рабочему напряжению на шинах электростанции.

Заключение

Синхронные генераторы применяют на тепловозах с электрической передачей переменно - постоянного тока. На этих тепловозах напряжение, полученное от синхронного генератора, выпрямляется полупроводниковыми преобразователями и подается на тяговые двигатели постоянного тока.

Трёхфазные генераторы переменного тока с встроенным полупроводниковым мостовым трехфазным выпрямителем используются на современных автомобилях для зарядки автомобильного аккумулятора, а также для питания электропотребителей, таких как система зажигания, автомобильная светотехника, бортовой компьютер, система диагностики и других.

 

 

Литература:

1. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2001.- 430 с.

2. Копылов И.П. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 2002. –757 с.: ил.