Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий

4-7. Параллельная работа генераторов

Обычно на электрических станциях устанавливается несколько синхронных генераторов, предназначенных для параллельной работы, что в большой степени повышает надежность работы станций в отношении бесперебойности энергоснабжения потребителей. В этом случае возможно в зависимости от потребной мощности включать на совместную работу такое количество генераторов, чтобы каждый из них отдавал номинальную мощность или близкую к ней. Тогда не только генераторы, но и их первичные двигатели будут работать с высоким к. п. д., так как те и другие рассчитываются и выполняются таким образом, чтобы значения их к. п. д. были наибольшими при номинальной нагрузке. Кроме того, и электрические станции часто объединяются для параллельной работы в одну мощную систему, позволяющую наилучшим образом как с технической, так и экономической точки зрения разрешать задачу производства и распределения электрической энергии. Поэтому вопросы, относящиеся к параллельной работе синхронных машин, имеют большое практическое значение.

При изучении этих вопросов приходится иметь деле с теми свойствами

Рис. 4-54. Включение на параллельную работу однофазного генератора.

синхронных машин, которые характерны только для них и выделяют их среди других машин переменного тока.

Вначале рассмотрим применительно к синхронным генераторам общие вопросы параллельной работы синхронных машин, одинаково относящиеся к генераторному и двигательному их режимам.

а) Синхронизация и включение на параллельную работу. При включении на параллельную работу синхронных машин, как и в случае трансформаторов, необходимо выполнить определенные условия.

Рассмотрим сначала включение на параллельную работу однофазной машины. На рис. 4-54 изображены генератор, который присоединен к общим шинам, и генератор, который нужно включить на параллельную работу с первым.

Перед включением необходимо добиться равенства напряжений на зажимах генератора и сети, к которой генератор приключается. Так как при параллельной работе наведенная э. д. с. должна в каждый момент времени уравновесить напряжение сети, то необходимо иметь одинаковые формы кривых э. д. с. генераторов. Этому требованию современные синхронные машины удовлетворяют: они имеют стандартную, практически синусоидальную форму кривой э. д. с. Поэтому достаточно добиться при включении равенства действующих значений напряжений, а также равенства частот и фаз. Это достигается посредством изменения тока в обмотке возбуждения приключаемого генератора и путем регулирования скорости его вращения.

Если представить кривой u_c=f(t) изменение напряжения сети и кривой u_г=f(t) изменение напряжения при-ключаемого генератора, то, сложив ординаты обеих кривых, получим кривую изменения напряжения на лампах (жирнее начерченная кривая на рис. 4-56,а), Рисунок 4-56,а показывает, что напряжения сети и генератора в результате неравенства частот то уравновешивают друг друга, то складываются. На рис. 4-56,б отдельно представлена кривая результирующего напряжения. Здесь промежутки времени от α до β соответствуют потуханию ламп (накал нити ламп перестает быть видимым уже при 30—50% от их номинального значения), а промежутки времени от β до а — горению ламп. Момент, обозначенный на рис. 4-56,б через Г, соответствует наибольшему накалу ламп. Рубильник, очевидно, нужно включить в момент, обозначенный на рис. 4-56,б через П.

Добиваются, чтобы промежутки времени между следующими одна за другой вспышками ламп были достаточно велики (3—5 сек и больше), для чего регулируют скорость вращения приключаемого генератора. Затем, пропустив несколько раз возможные моменты включения, чтобы глаз привык определять середину промежутка потухания, включают рубильник в момент полного потухания ламп.

Показанный на рис. 4-54 способ включения ламп называется «включением на потухание».

После того как включен рубильник, скорость вращения генератора по причинам, о которых будет сказано в дальнейшем, держится уже строго постоянной и соответствует частоте сети.

Рис. 4-57. Включение на параллельную работу трехфазного генератора (включение ламп на потухание).

Те же условия, которые были указаны в отношении однофазных генераторов, должны быть выполнены и при включении на параллельную работу трехфазных генераторов.

Обратимся к рис. 4-57. В момент включения напряжения между точками а—a', b—b и с—с' должны быть равны нулю. Для этого необходимо, кроме выполнения условий, о которых говорилось ранее (равенство частот и равенство напряжений), выполнение еще одного условия, а именно, необходимо еще иметь соответствие порядков чередования фаз приключаемого генератора и сети.

На рис. 4-57 представлено включение ламп на потухание. При таком включении лампы будут одновременно гаснуть и одновременно загораться, если порядки чередования фаз сети и генератора совпадают.

Изобразим напряжения сети в виде звезды векторов I, II, III, а напряжения приключаемого генератора — в виде звезды векторов 1, 2, 3 (рис. 4-58). Обе звезды вращаются относительно неподвижной оси времени с различными скоростями ω_с и ω_г соответственно частоте сети и частоте генератора; следовательно, одна звезда относительно другой вращается со скоростью ω_с—ω_г. На рис. 4-58 показано сложение напряжений сети и присоединяемого генератора для четырех различных моментов времени. На этом рисунке видим, что все три напряжения на лампах изменяются одновременно. Рисунок 4-58,г соответствует

Рис. 4-58. Напряжения на лампах при их включении на потухание и при совпадении порядков чередования фаз сети и генератора.

моменту времени, когда напряжения сети уравновешивают напряжения генератора. В этот момент лампы гореть не будут и, если разность ω_с—ω_г невелика, можно включить рубильник.

Обратимся к другому способу включения ламп (рис. 4-59), называемому включением на «бегающий» или «вращающийся» свет. Здесь лампы будут попеременно загораться и потухать. Если лампы разместить так, как показано на рис. 4-59, то создается впечатление бегающего по вершинам треугольника света. В зависимости от того, какая частота больше — генератора или сети, свет ламп будет вращаться в ту или другую сторону. Сказанное можно уяснить при помощи диаграмм, приведенных на рис. 4-60.

Эти диаграммы показывают, что лампы загораются и потухают попере-

Рис. 4-59. Синхронизация при включении ламп на бегающий свет.

Рис. 4-60. Напряжение на лампах при их включении на бегающий свет и при совпадении порядков чередования фаз сети и генератора.

менно и что направление вращения света зависит от знака разности ω_c—ω_г. Рисунок 4-60,г соответствует моменту времени, когда можно включить рубильник, так как в этом случае напряжения сети уравновешиваются напряжениями генератора. Следовательно, включение рубильника должно быть произведено, когда одна лампа (между I—1) потухнет, а две другие лампы (между II—3 и III—2) будут гореть с одинаковым накалом.

Если при включении ламп на потухание (рис. 4-57) они дадут бегающий свет, то это указывает на несовпадение порядков чередования фаз сети и генератора. Для того чтобы получить это совпадение, нужно поменять местами два провода, присоединенных к зажимам генератора или сети, или изменить направление вращения при-ключаемого генератора. После этого лампы дадут обязательно одновременное загорание и потухание.

Очевидно, что при включении ламп на бегающий свет (рис. 4-59) они дадут одновременное загорание и потухание, если порядки чередования фаз сети и генератора не совпадают друг с. другом. В этом случае также нужно изменить порядок чередования фаз сети или генератора путем переключения двух фаз.

Указанные устройства с лампами называются ламповыми синхроноскопами. На электрических станциях применяются также синхроноскопы со стрелкой в виде щитовых приборов. Для более точного определения мо-

мента включения целесообразно применить так называемый нулевой вольтметр, который приключается параллельно к лампе между I и 1 (рис. 4-57 и 4-59).

Шкала такого вольтметра рассчитывается на напряжение, не меньшее двойного фазного (см., например, рис. 4-60,а), и имеет очень сильно расширенную начальную часть. На его шкале достаточно отметить только одно нулевое значение. Стрелка вольтметра будет медленно колебаться соответственно потуханию и загоранию ламп и покажет нуль, когда напряжение между точками I и 1 будет равно нулю.

На станциях Советского Союза в последние годы находят себе применение способы автоматической синхронизации при включении генератора на параллельную работу с сетью. Кроме того, применяется включение по методу самосинхронизации. При таком включении скорость вращения невозбужденного генератора доводится до синхронной или возможно близкой к ней в направлении вращения поля, возникающего после включения. Затем генератор приключается к сети при быстром вслед за этим включении тока в обмотку возбуждения, после чего он сам втягивается в синхронизм под действием синхронизирующего момента, о котором сказано в последующем. Возникающие при этом токи во многих случаях ни для машин, ни для сетей не представляют опасности.

Включение синхронных машин на параллельную работу по методу самосинхронизации, подробно разработанному в Советском Союзе, в настоящее время успешно применяется на многих электрических станциях.

б) Параллельная работа генератора с сетью бесконечно большой мощности. Будем считать, что машина приключе-на к сети очень большой мощности (теоретически бесконечно большой) и что все изменения,. которые происходят в машине, не влияют на сеть: вектор напряжения сети все время остается постоянным и вращается относительно неподвижной оси времени с одной и той же равномерной угловой скоростью ω_с = 2πf. Такое до-

пущение облегчает рассуждения и делает более ясными выводы.

Вопросы, относящиеся к параллельной работе синхронных машин, важно выяснить прежде всего с их качественной стороны.

Ранее указывалось, что до включения синхронной машины на параллельную работу практически невозможно добиться, чтобы частота ее напряжения была длительно равна частоте напряжения сети; после же включения машина будет работать строго в такт, синхронно с другими машинами, питающими сеть. В этом заключается характерное свойство синхронной машины, которое и дало повод к ее названию.

Рассмотрим причины, которые заставляют синхронную машину работать синхронно с другими такими же машинами при их параллельном включении.

Представим себе, что машина, после того как она приключена к сети, работает вначале вхолостую, т. е. не отдает и не потребляет никакой активной мощности. Если наведенная э. д. с. Е₀ машины точно равна и обратно направлена напряжению сети U_c, то в обмотке статора не будет никакого тока (рис. 4-61).

Если теперь машина по какой-нибудь причине начнет вращаться бы-

Рис. 4-62. Векторная диаграмма синхронной машины.

а — соответствующая увеличению вращающего момента первичного двигателя; б — соответствующая уменьшению вращающего момента первичного двигателя.

Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий