за счет чего распределяется реактивная нагрузка у параллельно работающих генераторных агрегатов
Распределение реактивных нагрузок
Распределение реактивных нагрузок между параллельно работающими генераторами может быть осуществлено двумя способами: введением статизма внешних характеристик по реактивному току генератора или путем уравнительных соединений между специальными устройствами, обеспечивающими распределение реактивных нагрузок без изменения точности поддержания напряжения.
Реализация указанных способов распределения реактивных нагрузок может быть осуществлена с помощью специальных блоков (рис. 11.2).
В первом случае (рис. 11.2, а) статизм по реактивному току достигается за счет введения дополнительного сигнала, который суммируется с напряжением генератора и подается на вход корректора напряжения. В связи с тем, что значение дополнительного сигнала мало и соизмеримо со значением напряжения срабатывания измерительного элемента, действие его будет проявляться при низких значениях коэффициента мощности. Напряжение дополнительного сигнала от трансформатора напряжения (ТТ) ориентировано относительно напряжения генератора таким образом, что при индуктивной нагрузке происходит суммирование напряжений, а при емкостной – вычитание. Значение статизма регулируется изменением сопротивления Rт в пределах 3…5 %.
Вторая схема (рис. 11.2, б) свободна от указанного недостатка и позволяет получить требуемую точность распределения реактивных нагрузок без снижения точности поддержания напряжения.
Основными элементами схемы являются ТТ, трансформатор параллельной работы (ТПР) и балластные резисторы R1 и R2. Величина балластных резисторов выбирается таким образом, чтобы на всем диапазоне нагрузок трансформатор тока работал на линейной части кривой намагничивания. При настройке балластные резисторы регулируют.
В режиме работы без изменения статизма внешних характеристик генераторов напряжения на балластных резисторах равны и направлены встречно относительно друг друга, поэтому на выходе трансформатора блока параллельной работы не будет никакого сигнала. Изменение соотношения плеч моста (R1 ¹ R2) нарушает баланс напряжений на них и приводит к появлению дополнительного сигнала на входе цепи корректора, что равносильно введению статизма внешней характеристики генератора по реактивной мощности.
При параллельной работе генераторов одноименные плечи блоков параллельной работы соединяются с помощью уравнительных соединений. Если по каким-либо причинам реактивные нагрузки генераторов не равны, то действие блока параллельной работы приводит к выравниванию реактивных нагрузок за счет появления на выходе трансформатора блока дополнительного напряжения, которое суммируется с напряжением генератора с большей реактивной нагрузкой и вычитается из напряжения генератора, имеющего меньшую реактивную нагрузку. У первого генератора увеличение напряжения на входе корректора приводит к тому, что отрицательная обратная связь по напряжению стремится его сохранить, для чего уменьшает ток возбуждения. В результате снижается ЭДС генератора и его реактивная нагрузка. У второго генератора реакция будет противоположной: корректор воспринимает действие блока как снижение напряжения и стремится его повысить, увеличивая ток возбуждения генератора. Это приводит к повышению ЭДС и реактивной нагрузки.
Рис. 11.2. Распределение реактивных нагрузок с помощью блока параллельной работы: а – со статизмом; б– с уравнительными связями.
Рассмотренные схемы распределения реактивных нагрузок действуют в системах компаундирования с отрицательной обратной связью по отклонению напряжения. В случае отсутствия отрицательной обратной связи простейшим способом распределения реактивных нагрузок является использование уравнительных связей между обмотками возбуждения генераторов (рис. 11.3, уравнительное соединение «а»), за счет чего выравниваются их напряжения возбуждения и их ЭДС.
Этот вид уравнительных соединений применяется для генераторов с одинаковыми номинальными параметрами цепи возбуждения. При подключении к работающему генератору другого генератора вследствие неодинаковой температуры нагрева обмоток возбуждения, даже при наличии уравнительных соединений, может наблюдаться неудовлетворительное распределение нагрузки.
Уравнительные соединения могут быть применены не только на стороне постоянного тока, но и на стороне переменного тока – уравнительные соединения «б» на рис. 11.3. Выравниваться напряжения возбуждения генераторов будут с небольшим расхождением из-за различной величины сопротивлений выпрямителей в прямом направлении.
Рис. 11.3. Различные способы включения уравнительных соединений: а –на стороне постоянного тока; б – на стороне переменного тока; в –с помощью дополнительных обмоток
В тех случаях, когда синхронные генераторы имеют разные параметры цепи возбуждения и систем компаундирования, предусматривается применение дополнительных обмоток на суммирующих трансформаторах. Число витков этих обмоток выбирается таким образом, чтобы напряжение на них были одинаковыми при разных значениях относительных нагрузок генераторов. Уравнительные соединения «в» включаются между дополнительными обмотками (рис. 11.3).
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам
01.04.2021
Автоматическое распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами
При параллельной работе генераторов переменного тока возникает необходимость в распределении активной и реактивной нагрузок между ними. Реактивная нагрузка распределяется изменением э. д. с. путем воздействия на возбуждение генераторов, активная — изменением вращающего момента за счет изменения подачи топлива (пара) в первичные двигатели. Следовательно, распределение реактивной нагрузки выполняется регуляторами напряжения, а активной — регуляторами частоты вращения.
В настоящее время имеется несколько методов распределения активной нагрузки между параллельно работающими генераторами. В судовых электростанциях используют: метод статических характеристик, метод ведущего генератора и метод смещения статических характеристик; иногда эти методы используют совместно.
Метод статических характеристик применим тогда, когда все генераторные агрегаты снабжены регуляторами частоты вращения со статическими характеристиками.
Метод ведущего генератора применяют, если требуется, чтобы при изменении нагрузки в установившемся режиме частота в сети поддерживалась строго постоянной. В этом случае один из агрегатов (ведущий) имеет регулятор частоты вращения с астатической характеристикой, а остальные — со статическими характеристиками. Генераторные агрегаты со статическими характеристиками обычно полностью загружены и в установившемся режиме имеют неизменную нагрузку. Все изменения нагрузки на станцию воспринимает ведущий генератор.
Рис. 1. Блок-схема устройства типа УРЧН: ТН — трансформаторы напряжения; ТТ — трансформаторы тока; СРЧВ — серводвигатель регулятора частоты вращения; ДАТ — датчики активного тока
Метод смещения статических характеристик широко распространен на судах. Если все генераторные агрегаты имеют регуляторы со статической характеристикой, то достаточно точно активные нагрузки при одинаковых мощностях агрегатов распределяются при условии совпадения регулировочных характеристик первичных двигателей. Добиться совпадения характеристик в точке, соответствующей данной нагрузке, можно либо изменением угла наклона характеристик, либо изменением уставок регуляторов частоты вращения вала первичных двигателей.
В последнем случае характеристики перемещаются параллельно самим себе, что положено в основу метода смещения статических характеристик. С помощью этого метода создается возможность в установившемся режиме поддерживать частоту цепи постоянной при статических характеристиках регуляторов, т. е. имеет место астатическое регулирование при статических характеристиках.
В современных судовых электроэнергетических системах метод смещения статических характеристик реализуется устройствами распределения активных нагрузок типа УРЧН (в дальнейшем будет применяться устройство типа УРМ), которые воздействуют на уставки регуляторов частоты вращения вала первичных двигателей с помощью серводвигателей синхронизации.
САР частоты и распределения активной нагрузки типа УРЧН (рис. 1) состоит из трех отдельных блоков: датчика частоты (типа УРЧН-1Ч), датчика активного тока (типа УРЧН-1Д) и усилителя, который имеет четыре модификации (УРЧН-1У1, УРЧН-1У2, УРЧН-1У3; УРЧН-1У4).
Датчик частоты типа УРЧН-1Ч (рис. 2) состоит из блока питания БП, измерительного элемента частоты ИЭ и двухтактного магнитного усилителя МУ.
Рис. 2. Схема датчика частоты
Блок питания состоит из трансформатора (Тр), выпрямителя В3, резистора Rd, потенциометра П1 и обеспечивает питание магнитного усилителя МУ и измерительного элемента частоты ИЭ.
Измерительный элемент частоты состоит из двух частотных контуров. Один контур (с емкостью) включает конденсатор СЗ, выпрямитель В1 с фильтрующим конденсатором С1, балластный резистор Rб1.
Другой контур (с индуктивностью) состоит из катушки с сердечником L, выпрямителя В2 с фильтрующим конденсатором С2, балластного резистора Rб2. Параметры катушки L и конденсатора СЗ подобраны так, что при номинальной частоте выпрямленные токи контуров, протекающие по одинаковым балластным резисторам Rб1, Rб2, равны по величине и противоположно направлены.
Поэтому напряжение на выходе измерительно элемента частоты, определяемое как разность падений напряжений на резисторах Rб1 и Rб2, равно нулю. При отклонении частоты от заданного значения (уставки) сопротивления контуров ИЭ изменятся, вследствие чего ток в одном контуре увеличится, а в другом — уменьшится.
Соответственно, на одном балластном резисторе падение напряжения станет больше, чем на другом. На выходе ИЭ появится напряжение той либо иной полярности, в зависимости от того, уменьшилась или увеличилась частота по сравнению с заданной. Это напряжение подается на обмотки управления Wy1 и Wу2 двухтактного магнитного усилителя датчика частоты, на выходе которого появляется напряжение определенной величины и соответствующей полярности.
Двухтактный магнитный усилитель с выходом на постоянном токе состоит из двух однотактных усилителей МУ1 и МУ2 с внутренней положительной обратной связью, включенных по мостовой схеме.
Одна диагональ моста замкнута через балластный резистор Rб, вторая (между средними точками питающих обмоток трансформатора Тр) является выходом датчика частоты. Рабочие обмотки и выпрямители одного и того же однотактного усилителя включены в противоположные плечи моста, поэтому рабочие обмотки состоят из двух частей. Последовательно с рабочими обмотками включены выпрямители В4—B11 обеспечивающие внутреннюю положительную обратную связь и постоянный ток на выходе.
Обмотки управления Wy1, Wy2 включены последовательно и встречно, а обмотки смещения Wсм1, Wсм2 — параллельно и согласно.
Причем, в каждом усилителе поток, создаваемый обмоткой смещения, и поток обратной связи направлены встречно. Резистор TR1 служит для тепловой компенсации. При отсутствии сигнала в обмотках управления ток на выходе МУ, определяемый как разность токов усилителей МУ1 и МУ2, равен нулю, что достигается соответствующим подбором смещений усилителей с помощью потенциометров П1 и П2.
При появлении тока в обмотках управления поток, созданный этим током, в одном магнитном усилителе (например, МУ1) направлен согласно с потоком смещения, а в другом — встречно.
Тогда МУ1 еще больше размагничивается (ток уменьшается), а МУ2 намагничивается (ток увеличивается) и через нагрузку, подключенную к выводам выхода датчика частоты потечет ток, равный разности токов МУ1 и МУ2. При этом в МУ1 ток проходит в один из полупериодов питающего напряжения через полуобмотку трансформатора Тр, выпрямитель В4, рабочую обмотку левого сердечника, балластный резистор Rб, другую рабочую обмотку левого сердечника, выпрямитель В6, полуобмотку трансформатора Тр, вывод (клемму) 2 выхода, нагрузку, вывод (клемму) 1 выхода, полуобмотку трансформатора Тр.
В этот же полупериод в МУ2 ток проходит через полуобмотку трансформатора Тр, выпрямитель В8, рабочую обмотку левого сердечника, балластный резистор Rб, другую рабочую обмотку левого сердечника, выпрямитель В10, полуобмотку трансформатора Тр, вывод 1 выхода, нагрузку, вывод 2 выхода полуобмотку трансформатора Тр. В другой полупериод питающего напряжения токи через нагрузку от МУ1 и МУ2 будут протекать в тех же направлениях, а в усилителях — через рабочие обмотки правых сердечников. При перемене полярности тока в обмотках управления изменится полярность на выходе магнитного усилителя (датчика частоты).
Датчик активного тока типа УРЧН-1Д (рис. 3) состоит из: трансформатора питания (ТН), включенного на напряжение генератора; согласующего трансформатора (ТС), получающего питание от трансформатора тока (ТТ), установленного на шине генератора; разделительных трансформаторов ТП1, ТП2; выпрямительных мостов В1, В2; согласующего резистора R; добавочных резисторов Rд и балластных резисторов Rб1 и Rб2.
Рис. 3. Принципиальная схема датчика активного тока
Принцип действия датчика поясняет векторная диаграмма (рис. 4). При холостом ходе генератора (рис. 4, а) напряжения U’1 и U’2; равны по величине, поэтому напряжение на выходе датчика Uвыx = U’2 — U’1 равно нулю. При активной нагрузке нарушается равенство напряжений U2′ и U’1 (рис. 4, б) и на выходе датчика появляется напряжение, пропорциональное активной нагрузке.
Первичная обмотка трансформатора ТН (см. рис. 3) включена в три фазы, а трансформатор тока ТТ включен в одну фазу. Включением добавочных резисторов Rд достигается изменение амплитуд напряжений фаз С и В и искусственно создается нулевая точка (рис. 4, в), благодаря чему при активной нагрузке генератора (cos ф = 1) фазы напряжения питающего трансформатора ТН и тока вторичной обмотки согласующего трансформатора ТС совпадают.
Усилители типов УРЧН-1У1, УРЧН-1У2, УРЧН-1УЗ, УРЧН-1У4 предназначены для усиления мощности сигналов датчика активного тока и частоты до значений, необходимых для управления серводвигателями, изменяющими уставку регуляторов частоты вращения вала первичных двигателей.
Эти усилители предназначены для управления:
Все усилители имеют по два каскада усиления, двухтактные и выполнены по дифференциальной схеме с внутренними положительными обратными связями.
Схема усилителя типа УРЧН-1У1 (рис. 5). Первый каскад усиления состоит из усилителей 1У1 и 1У2, а выходной каскад из усилителей 2У1 и 2У2, выполненных по схеме быстродействующих усилителей без обмоток управления и представляющих собой дроссели с обмотками, разделенными на две части.
Обмотки управления усилителя W1y и W2y, а также W’ly и W’2y соединены между собой последовательно и встречно. Потенциометры П1 и П2 служат для подбора смещения усилителей.
При отсутствии тока в обмотках управления магнитный поток, создаваемый обмотками смещения Wсм1 и Wсм2, включенными между собой параллельно и согласно, запирает оба плеча магнитного усилителя.
При появлении тока управления определенной полярности в одном плече усилителя первого каскада (1У1, 1У2) происходит вычитание ампер-витков обмоток управления и смещения, а в другом — сложение, что приводит к открытию первого из них и к еще большему закрытию второго. Напряжение с первых каскадов усилителя (1У1, 1У2), подаваемое на резисторы связи Rс1 и Rс2 находится в противофазе с напряжением рабочих обмоток выходных каскадов.
При отсутствии выходного сигнала в каждый полупериод питающего напряжения выпрямленный ток разветвляется в обе обмотки усилителя 2У1 (2У2), не создавая постоянного потока внутренней обратной связи. При появлении сигнала усилитель одного из первых каскадов открывается (например, 1У1) и на резисторе Rc1 появляется напряжение, препятствующее разветвлению тока в обе обмотки усилителя 2У1 выходного каскада.
Рис. 5. Принципиальная схема усилителя: СД — серводвигатель; ДАТ — датчик активного тока; ДЧ — датчик частоты; ТН — трансформатор напряжения
В один из полупериодов питающего напряжения ток проходит по цепи: вывод 3 трансформатора ТП, выпрямитель В1, якорь серводвигателя, выпрямитель В3, обмотка 7—8 одного из дросселей, выводы 8—7 трансформатора ТП, выпрямитель В3, резистор Rб, выпрямитель В1, обмотка 5—6 того же дросселя, вывод 4 трансформатора ТП.
Магнитное поле, созданное током, намагничивает сердечник дросселя, индуктивное сопротивление его обмоток при этом резко уменьшается и все питающее напряжение оказывается приложенным к обмотке якоря серводвигателя, подключенного к клеммам 7—8 усилителя. В другой полупериод питающего напряжения ток проходит по обмоткам 1—2, 3—4 второго дросселя. При изменении полярности сигнала управления открывается усилитель первого каскада 1У2 и еще больше закрывается усилитель 1У1, что приводит к изменению тока в якоре серводвигателя и направления его вращения. Обмотка независимого возбуждения серводвигателя получает питание от постороннего источника неизменной полярности.
Рис. 6. Принципиальная схема подключения блоков системы автоматического регулирования частоты и распределения активных нагрузок (УРЧН)
Как следует из однолинейной схемы подключения блоков системы УРЧН (рис. 6), датчики активного тока ДАТ и усилители МУ устанавливают для каждого агрегата, а датчик частоты ДЧ только для агрегата, который выбран в качестве «базового» (в нашем случае первый). Включение системы УРЧН происходит сразу же после включения генераторов на параллельную работу — блок-контактами селективных автоматов А. При этом выходы датчиков активного тока всех работающих генераторов включены по дифференциальной схеме на обмотки управления магнитных усилителей. Датчики измеряют активную составляющую тока в цепи своего генератора, и результирующий ток, представляющий собой разность токов датчиков, протекает по обмоткам МУ, кроме усилителя «базового» генератора. От каждого усилителя получает питание серводвигатель СД, связанный с регулятором частоты вращения вала соответствующего первичного двигателя ПД.
Если активные нагрузки параллельно работающих генераторов распределены пропорционально их мощностям, то напряжения на выходе всех ДАТ равны, ток в обмотках МУ отсутствует и серводвигатели СД неподвижны. Если активная нагрузка распределена непропорционально, то на выходе датчиков перегруженных генераторов напряжение будет выше, чем у датчиков недогруженных генераторов.
В обмотках управления МУ появятся токи, полярность которых зависит от того, перегружен или недогружен данный генератор по сравнению с остальными. В результате серводвигатели начинают вращаться и так изменяют уставки регуляторов, что регулировочные характеристики недогруженных генераторов перемещаются параллельно себе вверх, а перегруженных генераторов — вниз. Это приводит к восстановлению пропорционального распределения активных нагрузок между генераторами.
Выбирают «базовый» генератор произвольно, путем выключения питания усилителя. При отключенном питании МУ «базового» генератора его характеристика в установившемся режиме (рис. 7, а) является геометрическим местом точек пересечения регулировочных характеристик всех параллельно работающих агрегатов при изменении нагрузки от Р1 до Р2. Если требуется, чтобы частота в цепи поддерживалась с требуемой точностью, которую не могут обеспечить штатные регуляторы, то на выход МУ «базового» генератора вместо датчика активного тока подключается датчик частоты. Сигнал от датчика частоты поступает на выход усилителя, который питает серводвигатель, изменяющий уставку регулятора частоты вращения «базового» генератора.
Рис. 7. Регулировочные характеристики агрегатов при отключенном (а) и включенном (б) датчике частоты устройств УРЧН
Перемещение статической регулировочной характеристики «базового» агрегата вызывает рассогласование в распределении активной нагрузки между генераторами, что приводит в действие серводвигатели остальных агрегатов. В дальнейшем работа системы УРЧН протекает аналогично описанной ранее. При подключенном датчике частоты изменение нагрузки от P1 до Р2 приводит (рис. 7, б) к перемещению всех характеристик из точки а в точку б. Регулирование при этом астатическое, т. е. в установившемся режиме, благодаря смещению характеристик частота остается неизменной. Если требуется, чтобы частота мало изменялась и в переходных режимах, то целесообразно использовать двухимпульсные регуляторы частоты.
Наглядное видео автоматического распределения активной и реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами системой JRCS JACOM-55.
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам
01.09.2020
Параллельная работа судовых генераторов. Главное условие включения генераторов переменного тока на параллельную работу
На судах обычно применяют параллельную работу генераторов, которая может быть продолжительной или кратковременной. При продолжительной параллельной работе генераторы работают в течение времени, требуемого эксплуатационными условиями. Кратковременная параллельная работа генераторов предусматривается на время перевода нагрузки с одного генераторного агрегата на другой.
Параллельная работа генераторов по сравнению с раздельной имеет целый ряд преимуществ: обеспечивается оптимальная загрузка электростанции, так как дополнительные генераторы включают только тогда, когда этого требуют эксплуатационные условия; нагрузка с одного генератора на другой переводится без перерыва питания; обеспечивается возможность пуска мощных двигателей при допустимых значениях провала напряжения; имеется возможность снизить расход топлива за счет лучшего использования мощности генераторных агрегатов; обеспечивается бесперебойное электроснабжение потребителей в случае выхода из строя одного из генераторов и другие.
Вместе с тем, параллельной работе генераторов присущи и некоторые недостатки: требуется аппаратура для их включения на параллельную работу, обслуживающий персонал должен иметь высокую квалификацию, увеличивается ток короткого замыкания, усложняется защита генераторов и возникают задачи, связанные с распределением нагрузки между ними.
На судах с электростанциями постоянного тока применяются генераторы параллельного и, чаще всего, смешанного возбуждения (рис. 1).
Рис. 1. Включение генераторов смешанного возбуждения на параллельную работу: П — потребители
Если генератор смешанного возбуждения Г1 работает и включен на шины (рубильник 1 замкнут), то для включения генератора Г2 на параллельную работу следует: запустить первичный двигатель и довести его частоту вращения до номинальной; возбудить генератор Г2 регулятором возбуждения РВ2 так, чтобы его э. д. с. Е2 стала равной или превышала (на 2—3 В) напряжение U на шинах; включить рубильник 2; перераспределить нагрузку между генераторами путем одновременного изменения э. д. с. регуляторами возбуждения РВ1 и РВ2.
Возбуждение генератора Г2 увеличивают, а Г1 — уменьшают, так чтобы напряжение на шинах оставалось номинальным. Если напряжение отличается от номинального, то одновременным поворотом РВ1 и РВ2 в нужную сторону его доводят до номинального.
Перераспределение нагрузок между генераторами легко объяснить с помощью формул:
Сопротивление якорных цепей Rя1, Rя2 генераторов и напряжение на шинах U — величины постоянные. Поэтому токи нагрузки генераторов I1 и I2 определяются величинами их э. д. с. E1 и Е2. Если э. д. с. какого-либо генератора станет меньше напряжения на шинах, ток через генератор изменит направление, а генератор перейдет в двигательный режим. Поэтому при параллельной работе предусматривается защита от обратного тока.
С увеличением общей нагрузки (рис. 2) генератор, имеющий более крутопадающую характеристику U=f(I), будет загружаться меньше. Поэтому статизм (наклон) внешних характеристик параллельно работающих генераторов должен быть обратно пропорциональным их мощностям.
Нагрузки должны распределяться с точностью 10% номинальной для генераторов равной мощности и 12% (20%) —мощности большего (меньшего) генератора для генераторов разной мощности при изменении общей нагрузки от 20 до 100%.
Рис. 2. Распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами
Устойчивая параллельная работа генераторов смешанного возбуждения возможна лишь при условии соединения одноименных выводов якорей генераторов со стороны последовательной обмотки (точки а и b на рис. 1) уравнительным проводом. При его отсутствии и увеличении частоты вращения, например генератора Г1 э.д.с. Е1 возрастет, что приведет к увеличению тока нагрузки I1, м. д. с. последовательной обмотки этого генератора увеличится и, следовательно, еще больше увеличится э.д.с. Е1 и ток I1. Второй генератор Г2 начнет разгружаться и может перейти даже в двигательный режим, т. е. работа будет неустойчивой.
При наличии уравнительного провода, параллельно соединяющего последовательные обмотки генераторов, увеличение нагрузки какого-либо из них одновременно увеличивает возбуждение и других, работа будет устойчивой. При параллельной работе генераторов смешанного возбуждения возможно их размагничивание или перемагничивание (изменение полярности). Поэтому предусматривают устройство для подмагничивания генераторов.
Генераторы параллельного возбуждения включаются на параллельную работу аналогично генераторам смешанного возбуждения, но не требуют для устойчивой работы уравнительного провода.
Так как указанные условия должны выполняться для всех трех фаз, то необходимо, чтобы генераторы были присоединены один к другому одноименными фазами, т. е. должен соблюдаться одинаковый порядок чередования фаз. Это условие выполняется при монтаже электростанции.
Процесс включения генераторов на параллельную работу называется синхронизацией и может выполняться вручную, полуавтоматически и автоматически.
Различают три способа синхронизации генераторов: точная синхронизация, самосинхронизация и грубая синхронизация (через реактор).
Способ точной синхронизации (рис. 3): генератор включается на параллельную работу после выполнения условий синхронизации.
Рис. 3. Схема включения синхронных генераторов на параллельную работу методом точной синхронизации: П —потребители
Порядок выполнения операций при этом (считаем, что генератор Г1 работает) может быть следующий:
После включения генератора на параллельную работу перераспределяют нагрузки между параллельно работающими генераторами.
При синхронизации для определения момента совпадения фаз используют лампы накаливания, нулевые вольтметры и стрелочные синхроноскопы.
Лампы накаливания могут включаться «на погасание» и «на вращение огня». При включении ламп на разность напряжений одноименных фаз (рис. 4, а) в момент совпадения напряжений по фазе (момент синхронизации) лампы гаснут, а при расхождении векторов напряжения на 180° они будут гореть, находясь под двойным напряжением.
При включении ламп на вращение огня (см. рис. 4,б) лампа ЛЗ включена на погасание (в момент синхронизации гаснет), а лампы Л2 и Л1 включены на горение и в момент синхронизации находятся под линейным напряжением. Если лампы расположить по вершинам равностороннего треугольника, то при разной частоте вращения генераторов они будут зажигаться и гаснуть в определенном порядке. При этом будет создаваться впечатление вращающегося огня. Включение генератора должно производиться, когда вращение огня прекращается.
Синхронизация с помощью ламп очень несовершенна, поэтому дополнительно к ней иногда устанавливают нулевой вольтметр (в момент синхронизации стрелка должна стоять на нуле).
Стрелочные синхроноскопы более точны и поэтому чаще применяются на судах. Они представляют собой прибор с трехфазной обмоткой на статоре и однофазной — на роторе. Концы трехфазной обмотки синхроноскопа включены в фазы цепи, а концы роторной обмотки — на две фазы синхронизируемого генератора. Если включаемый генератор работает синхронно с цепью, то стрелка синхроноскопа устанавливается на красной черте шкалы.
Рис. 4. Ламповые синхроноскопы: включение ламп и векторные диаграммы на «погасание» (а) и на «вращение огня» (б)
При равенстве частот, но несовпадении фаз стрелка синхроноскопа отклоняется на некоторый угол в ту или иную сторону.
Если частоты не равны, то стрелка синхроноскопа будет вращаться в ту или иную сторону. Включать синхронизируемый генератор следует в тот момент, когда стрелка медленно подходит к красной черте, вращаясь по часовой стрелке.
Способ точной синхронизации обеспечивает наилучшие условия включения генераторов переменного тока на параллельную работу.
Действительно, при выполнении всех условий точной синхронизации геометрическая разность напряжений включаемого и работающего генераторов равна нулю (ΔŪ = Ū1-Ū2 = 0) и уравнительный ток в момент включения генератора Г2 равен нулю (рис. 5).
Однако включение генераторов с помощью этого способа вручную требует от обслуживающего персонала достаточного опыта. При неправильном включении генератора могут возникнуть большие броски тока и колебания напряжения. Допустим, что напряжения генераторов равны, а частоты разные: U1=U2=U; f1 ≠ f2. Тогда векторы напряжений работающего и включаемого генераторов сдвинуты на некоторый угол (см. рис.5,б). Так как угловые скорости роторов генераторов w1 и w2 разные, то угол δ будет изменяться от 0 до 180°, а геометрическая разность напряжений ΔŪ = Ū1-Ū2 будет изменяться от 0 до 2U.
В момент включения генератора Г2 появится уравнительный ток, величина которого будет определяться разностью напряжений ΔU. Активное сопротивление обмоток статоров генераторов Меньше индуктивного, поэтому вектор уравнительного тока Īур сдвинут по фазе от вектора разности напряжений ΔŪ приблизительно на угол 90°. Уравнительный реактивный ток может иметь достаточно большую величину, наибольшее его значение будет при δ = 180° (см. рис. 5,в).
Рис. 5. Диаграммы напряжений и токов при синхронизации генераторов для различных углов δ: а— δ = 0; б — 0