Включение генератора на параллельную работу с сетью. Параллельная работа генератора с сетью

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ

Особенности работы генератора на сеть большой мощности. Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяющие наилучшим образом решать задачу производства и распределения электрической энергии. Таким образом, для синхронной машины, установленной на электрической станции или на каком-либо объекте, подключенном к энергосистеме, типичным является режим работы на сеть большой мощности, по сравнению с которой собственная мощность генератора является очень малой. В этом случае с большой степенью точности можно принять, … что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности т. е. чтонапряжение сети Ucи ее частота fcявляются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора.

Включение генератора на параллельную работу с сетью.В рассматриваемом режиме необходимо обеспечить возможно меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети. В противном случае возможны срабатывание защиты поломка генератора или первичного двигателя.

Ток в момент подключения генератора к сети будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети uс и генератора иг :

(6.27)

Ucm sin (ωct — αс ) = Uгm sin (ωг — αг ).

На практике выполнение условия (6.27) сводится к выполнению трех равенств: значений напряжений сети и генератора Ucm = Uгm или Uc = Uг ; частот ωc = ωг или fс = fг ; их начальных фазαс = αг (совпадение по фазе векторов Úc и Úг). Кроме того, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.

Совокупность операций, проводимых при подключении генератора к сети, называют синхронизацией. Практически при синхронизации генератора сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот fс ≈ fга затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжения Uc = Uг . Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (αс = αг) контролируется специальными приборами — ламповым и стрелочными синхроноскопами.

Ламповые синхроноскопы применяют для синхронизации генераторов малой мощности, поэтому обычно их используют в лабораторной практике. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети (рис. 6.32, а). На каждую лампу действует напряжение Δu = uс — uг , которое при fс ≠ fг изменяется с частотой Δf = fc — fг , называемойчастотой биений (рис. 6.32,б). В этом случае лампы мигают. При fс ≈ fг разность Δи изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают.

Рис. 6.32. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа (а) и кривые изменения напряжений ис и игперед включением генератора (б)

Обычно генератор подключают к сети в тот момент, когда разность напряжений Δu на короткое время становится близкой нулю, т. е. в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов Úc и Úг . Для более точного определения этого момента часто применяют нулевой вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты его вращения, т. е. обеспечение условия n2 = n1 , происходит автоматически.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при fс ≠ fг стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности. частот fс — fг , в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При fс = fг стрелка устанавливается на нуль; в этот момент и следует подключать генератор к сети. На электрических станциях обычно используют автоматические приборы для синхронизации генераторов без участия обслуживающего персонала.

Довольно часто применяют метод самосинхронизации, при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (допускается скольжение до 2%), за счет вращающего момента первичного двигателя и асинхронного момента, обусловленного индуцированием тока

Рис. 6.33. Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного генератора при параллельной работе с сетью

в демпферной обмотке. После этого в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. При методе самосинхронизации в момент включения генератора возникает сравнительно большой бросок тока, который не должен превышать 3,5Ia ном .

Регулирование активной мощности. После включения генератора в сеть его напряжение Uстановится равным напряжению сети Uc . Относительно внешней нагрузки напряжения Uи Uc совпадают по фазе, а по контуру «генератор — сеть» находятся в противофазе, т. е. Ú = — Úc (рис. 6.33, а). При точном выполнении указанных трех условий, необходимых для синхронизации генератора, его ток Ia после подключения машины к сети равняется нулю. Рассмотрим, какими способами можно регулировать ток Ia при работе генератора параллельно с сетью на примере неявнополюсного генератора.

Ток, проходящий по обмотке якоря неявнополюсного генератора, можно определить из уравнения (6.23)

(6.28)

Ía = (É0 — Ú)/(jXсн ) = -j(É0 — Ú)/Xсн .

Так как U = Uc = const, то силу тока Iа можно изменять только двумя способами — изменяя ЭДС Е0 по величине или по фазе. Если к валу генератора приложить внешний момент, больший момента, необходимого для компенсации магнитных потерь мощности в стали и механических потерь, то ротор приобретает ускорение, вследствие чего вектор É0 смещается относительно вектора Ú на некоторый угол θ в направлении вращения векторов (рис. 6.33,б). При этом возникает некоторая небалансная ЭДС ΔЕ, приводящая согласно (6.28) к появлению тока Iа . Возникающую небалансную ЭДС ΔÉ = É0 — Ú = É0 + Úc = jÍaXсн можно показать на векторной диаграмме (рис. 6.33, б). Вектор тока Iа отстает от вектора ΔЕ на 90°, поскольку его величина и направление определяются индуктивным сопротивлением Xсн .

При работе в рассматриваемом режиме генератор отдает в сеть активную мощность

Р = mUIacos φ и на вал его действует электромагнитный тормозной момент, который уравновешивает вращающий момент первичного двигателя, вследствие чего частота вращения ротора остается неизменной. Чем больше внешний момент, приложенный к валу генератора, тем больше угол θ, а следовательно, ток и мощность, отдаваемые генератором в сеть.

Если к валу ротора приложить внешний тормозной момент, то вектор É0будет отставать от вектора напряжения Ú на угол θ (рис. 6.33, в). При этом возникают небалансная ЭДС ΔÉ и ток Ía , вектор которого отстает от вектора ΔÉ на 90°. Так как угол φ > 90°, активная составляющая тока находится в противофазе с напряжением генератора. Следовательно, в рассматриваемом режиме активная мощность Р = mUIacos φ забирается из сети, и машина работает двигателем, создавая электромагнитный вращающий момент, который уравновешивает внешний тормозной момент; частота вращения ротора при этом снова остается неизменной.

Таким образом, для увеличения нагрузки генератора необходимо увеличивать приложенный кего валу внешний момент (т. е. вращающий момент первичного двигателя), а для уменьшения нагрузки — уменьшать этот момент. При изменении направления внешнего момента (если вал ротора не вращать, а тормозить) машина автоматически переходит из генераторного в двигательный режим.

Регулирование реактивной мощности. Если в машине, подключенной к сети и работающей в режиме холостого хода (рис. 6.34, а), увеличить ток возбуждения Iв, то возрастет ЭДС Е0 (рис. 6.34, б),возникнет небалансная ЭДС ΔÉ = — jIа Xсн и по обмотке якоря будет проходить ток Iа ,который согласно (6.28) определяется только индуктивным сопротивлением Хсн машины. Следовательно, ток Ía реактивный: он отстает по фазе от напряжения Ú на угол 90° или опережает на тот же угол напряжение сети Úc . При уменьшении тока возбуждения ток Íaизменяет свое направление: он опережает на 90° напряжение Ú (рис. 6.34, в) и отстает на 90° от напряжения Úc .Таким образом, при изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока Iа , т. е. реактивная мощность машины Q. Активная составляющая тока Iа в рассматриваемых случаях равна нулю. Следовательно, активная мощность Р = 0, и машина работает в режиме холостого хода.

При работе машины под нагрузкой создаются те же условия: при изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока Iа , т. е. реактивная мощность машины Q. Режим возбуждения синхронной машины с током Iв.п , при

Рис. 6.34. Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного синхронного генератора при параллельной работе с сетью и отсутствии активной нагрузки

котором реактивная составляющая тока Iаравна нулю, называют режимом полного или нормального возбуждения. Если ток возбуждения Iв больше тока Iв.п , при котором имеется режим полного возбуждения, то ток Iасодержит отстающую от U реактивную составляющую, что соответствует активно-индуктивной нагрузке генератора. Такой режим называют режимом перевозбуждения. Если ток возбуждения Iв меньше тока Iв.п , то ток Iа содержит реактивную составляющую, опережающую напряжение U, что соответствует активно-емкостной нагрузке генератора. Такой режим называют режимом недовозбуждения.

Перевозбужденная синхронная машина, работающая в режиме холостого хода, относительно сети эквивалентна емкости. Машину, специально предназначенную для работы в таком режиме, называют синхронным компенсатором и используют для повышения коэффициента мощности электрических установок и стабилизации напряжения в электрических сетях. Недовозбужденная синхронная машина, работающая в режиме холостого хода, относительно сети эквивалентна индуктивности.

Возникновение реактивной составляющей тока Iа физически объясняется тем, что при работе синхронной машины на сеть бесконечно большой мощности суммарный магнитный поток сцепленный с каждой из фаз, ΣФ = Фрез + Фσ = Фв + Фа + Фσ не зависит от тока возбуждения и при всех условиях остается неизменным, так как

(6.29)

Ú = É0 + Éа + Éσа = — Úc = const.

Следовательно, если ток возбуждения Iв больше тока, требуемого для полного возбуждения, то возникает отстающая составляющая тока Iа , которая создает размагничивающий поток реакции якоря Фа ; если ток Iв меньше тока, необходимого для полного возбуждения, то возникает опережающая составляющая тока Iа , которая создает подмагничивающий поток реакции якоря Фа. Во всех случаях суммарный поток машины ΣФ автоматически поддерживается неизменным.

refac.ru

Параллельная работа синхронных генераторов.

Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяющие наилучшим образом решать задачу производства и распределения электрической энергии. Таким образом, для синхронной машины, установленной на электрической станции или на каком-либо объекте, подключенном к энергосистеме, типичным является режим работы на сеть большой мощности, по сравнению с которой собственная мощность генератора является очень малой. В этом случае с большой степенью точности можно принять, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности т. е. что напряжение сети Uc и ее частота fc являются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора.Включение генератора на параллельную работу с сетью. В рассматриваемом режиме необходимо обеспечить возможно меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети. В противном случае возможны срабатывание защиты поломка генератора или первичного двигателя.Ток в момент подключения генератора к сети будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети uс и генератора uг :Ucm sin (?ct — ?с ) = Uгm sin (?г — ?г )На практике выполнение данного условия сводится к выполнению трех равенств: значений напряжений сети и генератора Ucm = Uгm или Uc = Uг ; частот ?c = ?г или fс = fг ; их начальных фаз ?с = ?г (совпадение по фазе векторов ?c и ?г). Кроме того, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.Совокупность операций, проводимых при подключении генератора к сети, называют синхронизацией. Практически при синхронизации генератора сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот fс ? fг а затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжения Uc = Uг . Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (?с = ?г) контролируется специальными приборами — ламповым и стрелочными синхроноскопами.Ламповые синхроноскопы применяют для синхронизации генераторов малой мощности, поэтому обычно их используют в лабораторной практике. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети. На каждую лампу действует напряжение ?u = uс — uг , которое при fс ? fг изменяется с частотой ?f = fc — fг , называемой частотой биений. В этом случае лампы мигают. При fс ? fг разность ?и изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают.Обычно генератор подключают к сети в тот момент, когда разность напряжений ?u на короткое время становится близкой нулю, т. е. в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов ?c и ?г . Для более точного определения этого момента часто применяют нулевой вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты его вращения, т. е. обеспечение условия n2 = n1 , происходит автоматически.Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при fс ? fг стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности. частот fс — fг , в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При fс = fг стрелка устанавливается на нуль; в этот момент и следует подключать генератор к сети. На электрических станциях обычно используют автоматические приборы для синхронизации генераторов без участия обслуживающего персонала.Довольно часто применяют метод самосинхронизации, при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (допускается скольжение до 2%), за счет вращающего момента первичного двигателя и асинхронного момента, обусловленного индуцированием тока в демпферной обмотке. После этого в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. При методе самосинхронизации в момент включения генератора возникает сравнительно большой бросок тока.?

morez.ru

Включение генератора на параллельную работу с сетью — КиберПедия

На электрических станциях обычно устанавливают несколько синхронных генераторов, включаемых параллельно для совместной работы (рисунок 4). Подключение лабораторного генератора к сети бесконечной мощности, означает параллельное подключение его к генераторам общей энергосистемы. Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает следующие основные преимущества:

1. Обеспечение бесперебойного электроснабжения в случае аварии на какой-либо энергетической установке (генераторе) или отключения её для ремонта.

2. При работе электростанции с переменным графиком нагрузки появляется возможность отключить часть энергоустановок, с тем, чтобы оставшиеся установки работали с нагрузкой, близкой к номинальной с более высоким КПД.

Рисунок 4 – Включение синхронных генераторов на параллельную работу:

Г1 ¾ Г4 – синхронные генераторы;

М1 ¾ М4 – приводные двигатели

Параллельная работа генератора и, соответственно, организация энергосистемы без синхронизации невозможна. Отсутствие синхронизации генератора приведет к возникновению уравнительных токов в обмотке якоря, значение которых является аварийным.

Включение генератора на параллельную работу с сетью производится двумя методами: методом точной синхронизации и методом самосинхронизации [1].

Метод точной синхронизации

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации должны быть выполнены следующие условия:

1) порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым;

2) частоты напряжений генератора и сети должны быть равны;

3) действующие значения напряжений генератора и сети должны быть равны;

4) напряжения генератора и сети должны совпадать по фазе.

На рисунке 5 в качестве примера приведен случай, когда у генератора и сети не совпадают значения частот напряжения. При этом разность потенциалов DU, вызывающая уравнительный ток, может достигать двойного напряжения питания.

Проверку выполнения первых двух условий производят с помощью синхроноскопа. В качестве синхроноскопа могут служить три лампы накаливания, включенные на «погасание» или «вращение» света. Схема включения ламп на «вращение» света является менее удобной, так как увеличивает вероятность ошибочного включения, поэтому в электрической схеме (см. рисунок 1) лампы EL1 ¾ EL3 включены на «погасание» света (в разрыв одноименных фаз).

Рисунок 5 – Несовпадение частот напряжения генератора и сети

Выполнение третьего условия проверяют с помощью вольтметров V1 и V2.

Синхронизацию генератора производят в следующей последовательности:

1) Выполняют проверку того, что генератор отключен от сети (автоматический выключатель QF1 должен быть отключен).

2) Осуществляют пуск приводного двигателя. В лабораторной работе в качестве приводного двигателя используется двигатель постоянного тока. Перед запуском двигателя необходимо установить максимальное значение пускового реостата R3 (для ограничения пускового тока) и минимальное значение регулировочного реостата R2. Запуск двигателя выполняется включением контактора КМ2, подающего на двигатель постоянное напряжение. После того, как двигатель разогнался, пусковой реостат R3 устанавливают в минимальное значение.

3) Обмотку возбуждения синхронного генератора подключают к постоянному напряжению и на выходе генератора устанавливают номинальное напряжение. Для этого необходимо включить магнитный пускатель КМ1 и при помощи автотрансформатора Т повысить ток в обмотке возбуждения до значения, соответствующего номинальному напряжению на выходе генератора (вольтметр V2).

4) Выполняют проверку порядка чередования фаз. При одинаковом порядке чередования фаз сети и генератора лампы одновременно загораются и гаснут. Если же они загораются и гаснут поочередно, то это говорит о том, что первое условие не выполняется. Чтобы обеспечить одинаковый порядок чередования фаз, надо поменять местами подключение двух любых линейных выводов генератора к сети (при отключенной схеме).

5) Устанавливают равенство частот напряжений генератора и сети. Для этого осуществляют регулировку скорости вращения ротора генератора, путем изменения величины сопротивления реостата R2 (изменяют ток возбуждения двигателя постоянного тока). О близости частот сети и генератора можно судить по синхроноскопу: чем меньше разность частот сети и генератора, тем медленнее мигают лампы.

Синхроноскоп позволяет судить и о выполнении четвертого условия. Совпадение по фазе напряжений сети и генератора соответствует погасанию ламп синхроноскопа.

Для машин малой мощности в процессе согласования частот возможно втягивание ротора генератора в синхронизм за счет токов ламп, о чем свидетельствует прекращение миганий ламп синхроноскопа. Несмотря на выполнение первых трех условий безаварийное включение генератора на параллельную работу с сетью невозможно, т.к. не выполняется четвертое условие. В этом случае синхронизацию надо производить при несколько повышенной разности частот сети и генератора, когда ротор генератора еще не втягивается в синхронизм за счет токов ламп. Для нарушения возникшего синхронизма достаточно изменить частоту вращения приводного двигателя.

6) Осуществляют подключение генератора к сети. Включение автоматического выключателя QF1 производится в середине периода времени, когда не горят лампы синхроноскопа. Учитывая, что погасание лампы точно не характеризует прохождение через ноль напряжения на ней, момент включения контролируют по нулевому вольтметру V0.

Метод самосинхронизации

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью методом самосинхронизации должны быть выполнены два условия:

1) порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым;

2) генератор должен быть невозбужден.

Метод самосинхронизации заключается в том, что невозбужденный генератор с замкнутой на добавочное сопротивление обмоткой возбуждения разгоняют приводным двигателем до скорости близкой к синхронной и включают в сеть. Добавочное сопротивление необходимо для того, чтобы не повредить изоляцию обмотки возбуждения повышенным напряжением. Величина добавочного сопротивления должна быть примерно в десять раз больше сопротивления обмотки возбуждения. Включение генератора в сеть рекомендуется производить при скольжении не более 10 %. Контроль за скольжением осуществляют по скорости приводного двигателя с помощью тахометра [2].

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значительные силовые воздействия на обмотку статора, подшипники и муфту, соединяющую генератор с приводным двигателем. Таким образом, способ самосинхронизации является упрощенным, но грубым способом синхронизации.

cyberpedia.su

Параллельная работа синхронных генераторов

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 27Следующая ⇒

Современные мощные энергосистемы состоятизбольшого числа электрических станций, работающих параллельно друг с другом. Благодаря этому повышаются надежность и экономичность производства и распределения электрической энергии. Появляется возможность маневрирования работой отдельных станций с учетом наиболее рациональных условий преобразования различных видов энергии, уменьшается мощность аварийного и ремонтного резервов.

Так как на каждой из станций установлены десятки генераторов, то в энергосистеме на параллельную работу будет включено несколько сотен машин. При любых изменениях режима работы отдельного генератора, включенного в систему, напряжение в ней и частота остаются постоянными. Они поддерживаются всеми остальными генераторами системы. В дальнейшем при рассмотрении параллельной работы синхронного генератора будем исходить из условия, что Uс = const и f = соnst.

Существуют два способа включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации (грубой синхронизации).

При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью по способу точной синхронизации стремятся к тому, чтобы при включении не возникало больших бросков тока. Большие толчки тока вызывают большие моменты, действующие как на ротор, так и на статор, и силы, которые могут привести к разрушению обмотки статора.

Для того чтобы исключить броски тока при включении генератора, необходимо выполнить следующие условия:

1) равенство ЭДС генератора Ео и напряжения сети Uс;

2) равенство частот генератора fг и сети fс;

3) ЭДС генератора Ео и напряжение сети Uс должны находиться в противофазе;

4) чередование фаз ЭДС генератора и напряжениясетидолжно быть одинаковым (для трехфазных генераторов).

При включении генератора на параллельную работу выполнение первого условия проверяется по вольтметрам, включенным в сеть и на выводы генератора. Равенства Uг = Uс добиваются путем регулирования тока возбуждения генератора.

Остальные условия проверяются с помощью специальных приборов, называемых синхроноскопами. Простейшим синхроноскопом является ламповый.

Наиболее благоприятным моментом для включения генератора в сеть будет момент времени, когда лампы погаснут. На практике при включении генератора на параллельную работу с сетью регулируют скорость приводного двигателя и добиваются, чтобы промежутки времени между следующими друг за другом погасаниями ламп были достаточно большими, чтобы успеть включить генератор на параллельную работу.

Для трехфазных генераторов применяются две схемы включения ламп: на потухание и на вращение света.

Рисунок 3.9 - Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью. Лампы синхроноскопа включены по схеме на потухание света (а) и на вращение света (б)

Рассмотрим первуюсхему (рисунок 3.9а), когда лампы включены между точками А'—А", В'—В" и С'—С", каждая пара относится к одной фазе. В момент включения выключателя напряжения между этими точками должны быть равны нулю и все три лампы должны погаснуть. При этом напряжение Uc и ЭДС Ео для каждой фазы действуют навстречу друг другу, т. е. они находятся в противофазе.

Во второй схеме (рисунок 3.9б) одна из ламп подключается к точкам одной фазы А'—А", а две другие лампы — между точками разных фаз В'—С" и С'—В". В этой схеме до включения выключателя лампы будут попеременно загораться и гаснуть. Это будет происходить из-за взаимного перемещения векторов напряжения Uc и ЭДС Еo , вызванного несовпадением их частот. Включение выключателя должно быть произведено, когда одна лампа (между А'—А") погаснет, а две другие, лампы будут гореть с одинаковым накалом. Перед включением выключателя следует добиться, чтобы вращение света происходило с небольшой скоростью, что достигается регулированием скорости приводного двигателя.

Лампы гаснут при напряжениях, равных 30—60%их номинального напряжения, поэтому, для того чтобы более точно выбрать момент включения выключателя параллельно лампе между точками А'—А" включают так называемый нулевой вольтметр. Стрелка этого вольтметра при медленных колебаниях, соответствующих потуханию и загоранию ламп, покажет нуль, когда напряжение между точками А'—А" равно нулю.

С помощью лампового синхроноскопа можно определить соответствие порядка чередования фаз сети и генератора. Если при включении ламп между точками А'—А", В'—В" и С'—С" будет наблюдаться вращение света, а при второй схеме будет наблюдаться одновременное загорание и погасание ламп, то это будет означать, что сеть и генератор имеют разный порядок чередования фаз. Изменить порядок чередования фаз сети или генератора можно путем переключения двух фаз между собой.

В настоящее время на электрических станциях применяются более сложные синхроноскопы, позволяющие автоматизировать процесс включения генератора на параллельную работу.

Включение синхронного генератора на параллельную работу методом точной синхронизации занимает довольно много времени (до 10 мин). Для ускорения включения применяют способ самосинхронизации. Включение этим способом проводится следующим образом. Приводным двигателем скорость невозбужденного ротора генератора доводится почти до номинальной (синхронной). Затем обмотка статора включается в сеть при быстром вслед за этим включении тока в обмотке возбуждения. После переходного процесса генератор втягивается в синхронизм и оказывается включенным на параллельную работу. Недостаток метода самосинхронизации — значительные токи в процессе синхронизации. Он используется при необходимости быстро включать машину в систему.

Перед первым включением генератора на параллельную работу способом самосинхронизации следует предварительно проверить ранее указанным методом совпадение чередования фаз сети и генератора.

Пока генератор не включен в сеть, его скорость не остается постоянной, после включения в сеть скорость становится строго постоянной, т. е. машина держится в синхронизме.

Включив синхронный генератор на параллельную работу с сетью следует его нагрузить

Активную мощность генератора, работающего параллельно с сетью, можно регулировать изменением момента на его валу путем воздействия на двигатель (турбину), приводящий (приводящую) во вращение генератор (за счет изменения подачи воды или пара в турбину, путем изменения тока возбуждения у двигателя постоянного тока и др.).

Реактивную мощность синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, регулируют, изменяя ток в обмотке возбуждения.

Если увеличить ток возбуждения (перевозбудить машину), то ЭДС Е0возрастет и DU ¹ 0. Вследствие этого в цепи статора возникает ток, который будет отставать от DU и Е0 на угол φ=90°. При этом генератор вырабатывает только реактивную мощность, которую отдает в сеть. Ток статора и реактивная мощность будут увеличиваться с возрастанием тока возбуждения.

Если от точки равновесия, когда Е0 = Uс, начать уменьшать ток возбуждения и ЭДС Е0 (недовозбуждать машину), то здесь также появится ток, но противоположного, чем прежде, направления. Поэтому ток статора, отставая от DU на угол 90°, будет опережать ЭДС Е0 на тот же угол. Реактивная мощность изменит свое направление, и будет поглощаться из сети. Ток в статоре будет тем больше, чем меньше будет ток возбуждения.

Таким образом, изменение возбуждения генератора вызывает лишь появление реактивного тока. При перевозбуждении генератор будет работать с отстающим током по отношению к Е0, а при недовозбуждении — с опережающим.

Векторная диаграмма неявнополюсной синхронной машины при параллельной работе с сетью бесконечной мощности при синусоидальном поле в зазоре показана на рисунке 8.2. Особенностью векторной диаграммы синхронной машины при параллельной работе с сетью является постоянство напряжения, так как напряжение сети не изменяется ни при каких изменениях в режиме работы машины.

Рисунок 3.10 - Векторная диаграмма синхронной машины при параллельной работе с сетью

Из векторной диаграммы для ненасыщенной машины:

(3.26)

(3.27)

Подставляя значение cosψ в выражение (8.1), получим:

(3.28)

Соответственно электромагнитный момент:

(3.29)

Электромагнитная мощность и электромагнитный момент зависят от U, Е0 , хс и угла θ. Из векторной диаграммы видно, что угол θ — это угол между Е0 и U, а также между Ff и результирующей МДС Fp или угол между осью полюса и максимумом результирующего потока.

Временному сдвигу на векторной диаграмме соответствует пространственный сдвиг между осью результирующего поля машины и осью полюсов. Угол θ определяет активную мощность машины и называется углом нагрузки.

По формуле (3.28) может быть построена угловая характеристика Рм=f(θ) (рисунок 3.11).

Рисунок 3.11 - Угловая характеристика неявнополюсной синхронной машины

Из угловой характеристики следует, что максимум электромагнитной мощности имеет место при θ=90°:

(3.30)

и соответственно максимальный электромагнитный момент

(3.31)

Максимальная электромагнитная мощность Рэм max определяет предел статической устойчивости машины, т.е. ее способность оставаться в синхронизме. Увеличение нагрузки за предел статической устойчивости приводит к выпадению машины из синхронизма.

На угловой характеристике от угла θ, равного нулю, до θ=90° расположена устойчивая часть характеристики, а в пределах угла от θ=90° до θ=180° — неустойчивая часть характеристики.

Работа синхронной машины устойчива, если положительному (отрицательному) приращению Δθ соответствует положительное (отрицательное) приращение РЭМ, т.е.

(3.32)

Полнее это характеризует удельная синхронизирующая мощность, — первая производная РЭМ по углу θ (Вт/рад):

(3.33)

Зависимость синхронизирующей мощности от угла θ показана на рисунке 3.11 штриховой линией. Синхронизирующая мощность удерживает машину в синхронизме. Она обеспечивает упругую связь машины с сетью.

Синхронизирующая мощность максимальна, когда РЭМ=0. Когда машина находится на пределе статической устойчивости, т.е. электромагнитная мощность равна своему максимальному значению, Рс=0. Если запас синхронизирующей мощности равен нулю, машина выпадает из синхронизма и перестает работать как синхронный генератор.

При выпадении из синхронизма наступает асинхронный режим. В асинхронном режиме с синхронной машины должно быть снято возбуждение. Этот режим для синхронных машин допускается кратковременно.

Номинальная нагрузка синхронных генераторов обычно рассчитывается при угле θ=20-30°. Поэтому кратковременно машина может работать при 1,5—2-кратном увеличении нагрузки, не выпадая из синхронизма. Отношение называется статической перегружаемостью синхронной машины.

Статическая перегружаемость определяется формулой:

(3.34)

Выражение (3.34) получено при условии, что сопротивление обмотки статора равно нулю и не учитывается насыщение.

Статическая перегружаемость турбогенераторов мощностью до 300 МВт должна быть не менее 1,7, а для турбогенераторов мощностью 500-1200 МВт — не менее 1,6. Статическая перегружаемость гидрогенераторов — не ниже 1,7.

Поле в синхронной машине, работающей параллельно с сетью, создается обмоткой возбуждения и реактивными токами, протекающими в обмотке статора. Результирующее поле, как это видно из векторной диаграммы (рисунок 3.12), определяется МДС обмотки статора и обмоткой возбуждения. При изменении тока в обмотке возбуждения изменяется Е0 , что приводит к изменению реактивного тока, замыкающегося в контуре сеть—машина.

Рисунок 3.12 - Векторные диаграммы при регулировании реактивной мощности

При увеличении тока в обмотке возбуждения (перевозбуждении машины) вектор Uс не будет уравновешивать Е0 и появится «избыточная» ЭДС ΔЕ=U+Е0 (рисунок 8.4а), которая вызовет появление реактивного тока:

(3.35)

где Iр — реактивный ток, отстающий от ΔЕ и напряжения генератора Uг.

По отношению к напряжению сети Iр — опережающий ток. При уменьшении тока возбуждения (недовозбуждении машины) U > Е0 (рисунок 8.4б) и реактивный ток Iр отстает от напряжения сети.

Изменяя ток возбуждения, можно регулировать cosφ синхронного генератора, работающего параллельно с сетью. Минимуму тока статора на U-образной характеристике соответствует cosφ=l. При увеличении активной мощности, отдаваемой генератором в сеть, U-образные характеристики будут располагаться выше, при этом точки, соответствующие минимальному току статора (активному току Iа) и cosφ=l, будут перемещаться вправо. Объясняется это тем, что при увеличении Iа возрастает падение напряжения в статоре, и чтобы уравновесить это падение напряжения, потребуется увеличение тока возбуждения Iв.

Если при всех изменениях тока возбуждения вращающий момент приводного двигателя остается неизменным, то также неизменной остается активная мощность генератора:

(3.36)

Из этого выражения следует, что при Uc=const активная составляющая тока статора I1•cosφ = const.

Таким образом, степень возбуждения синхронного генератора влияет только на реактивную составляющую тока статора. Что же касается активной составляющей тока, то она остается неизменной.

Зависимость тока статора I1 от тока в обмотке возбуждении Iв при неизменной активной нагрузке генератора выражается графически U-образной кривой. На рисунке 3.13 представлены U-образные характеристики I1 =f(Iв) при Р2 = const, построенные для разных значений активной нагрузки: P2 = 0; Р2 = 0,5Рном и P2 = Рном

Рисунок 3.13 - U-образные характеристики синхронного генератора работающего параллельно с сетью при различных значениях нагрузки

U-образные характеристики синхронного генератора показывают, что любой нагрузке генератора соответствует такое значение тока возбуждения Iв', при котором ток статора I1 становится минимальным и равным только активной составляющей. В этом случае генератор работает при коэффициенте мощности cosφ=1. Значения тока возбуждения, соответствующие cosφ=1 при различной нагрузке генератора, показаны пунктирной линией. Некоторое отклонение линии вправо указывает на то, что при увеличении нагрузки ток возбуждения, соответствующий cosφ=1 , несколько возрастает. Объясняется это тем, что при росте нагрузки необходимо некоторое увеличение тока возбуждения, компенсирующее активное падение напряжения.

Необходимо иметь в виду, что при постепенном уменьшении тока возбуждения наступает такое минимальное его значение, при котором магнитный поток обмотки возбуждения оказывается настолько ослабленным, что синхронный генератор выпадает из синхронизма — нарушается магнитная связь между возбужденными полюсами ротора и вращающимся полем статора. Если соединить все точки минимально допустимых значений тока возбуждения на U-образных характеристиках (штриховая линия в левой части рисунка3.13), то получим линию предела устойчивости работы синхронного генератора при недовозбуждении.

С точки зрения уменьшения потерь генератора наиболее выгодным является возбуждение, соответствующее минимальному току статора, т. е. когда cosφ=1. Но в большинстве случаев нагрузка генератора имеет индуктивный характер и для компенсации индуктивных токов (отстающих по фазе от напряжения сети) приходится несколько перевозбуждать генератор, создавая условия, при которых ток статора I1 опережает по фазе напряжение сети Uс.

Следует отметить, что для сохранения cosφ неизменным при изменениях активной нагрузки генератора, требуется одновременное изменение тока возбуждения генератора.

arhivinfo.ru

Параллельная работа генератора с сетью — доклад

Доклад

на тему:

«Параллельная работа генератора с сетью»

Студента СТЖТ гр. 389-Л Приходько Павла

Подключение генератора к сети. Рассмотрим параллельную работу генератора, имеющего параллельное или независимое возбуждение, с сетью бесконечно большой мощности, т. е. при условии, что напряжение сети U = const.

Чтобы включить генератор на параллельную работу с сетью, необходимо привести якорь генератора во вращение с номинальной частотой, проверить соответствие полярности щеток генератора и проводов сети и установить такой ток возбуждения, при котором напряжение генератора Uг0 = E0 равно напряжению сети U. При обеспечении этих условий включение генератора не сопровождается броском тока, так как

(8.77)

(Uг0 - U)/ΣRа = (E0 - U)/ΣRа = 0.

Условие Uг0 = U проверяют с помощью нулевого вольтметра V (рис. 8.56, а).

Нагрузка генератора. Чтобы нагрузить генератор, подключенный к сети, необходимо повысить его ЭДС. Это можно сделать, увеличивая частоту вращения якоря или ток возбуждения. Удобнее, однако, воздействовать на ток возбуждения. Силу тока нагрузки Iн ≈ Iа при заданном токе возбуждения можно определить графически по внешним характеристикам генератора 1 и 2, построенных при различных значениях тока возбуждения (рис. 8.56,б). Например, при токе возбуждения Iв1 (кривая 1) равенство напряжений генератора Uг и сети U наблюдается в точке А при токе нагрузки Iн = 0, т. е. при таком токе возбуждения можно включать генератор в сеть без толчка тока нагрузки. При токе возбуждения Iв2 внешняя характеристика генератора (кривая 2) пересекается с линией U = const в точке В, соответствующей некоторому установившемуся значению Iн2 тока нагрузки. Работа генератора в этой точке является устойчивой: при случайном изменении тока

Рис. 8.56. Схема подключения генератора с параллельным возбуждением к сети и график для определения его тока нагрузки по внешним характеристикам

нагрузки, а следовательно, и тока якоря на величину ΔIн ≈ ΔIа возникает переходный процесс, для которого

(8.78)

u = е - iн ΣRа - La diн /dt = uг - La diн /dt,

где u — напряжение сети; е и iн — мгновенные значения ЭДС генератора и тока нагрузки при переходном процессе; uг — мгновенное значение напряжения генератора; La — индуктивность цепи обмотки якоря.

Из (8.78) следует, что diн /dt = (uг - u)/La. При случайном увеличении тока нагрузки свыше Iн2 напряжение генератора uг становится меньше напряжения сети и; следовательно, производная

diн /dt < 0, т. е. ток нагрузки уменьшается, стремясь к установившемуся значению Iн2. При случайном уменьшении тока ниже Iн2 напряжение uг > u, производная diн /dt > 0 и ток нагрузки возрастает до установившегося значения Iн2.

Рис. 8.57. Графики для определения тока нагрузки при подключении к сети генераторов с последовательным и смешанным возбуждением

Генератор с последовательным возбуждением устойчиво работать параллельно с сетью не может, так как его напряжение Uг увеличивается при возрастании тока нагрузки Iн (рис. 8.57, а). Поэтому при случайном отклонении тока якоря от некоторого установившегося значения Iн, при котором Uг = U (точка А), машина сбрасывает нагрузку или переходит в режим работы, соответствующий большому току.

Внешняя характеристика генератора со смешанным возбуждением (рис. 8.57, б) имеет две точки пересечения с прямой U = const. Точка А соответствует неустойчивому режиму работы, а точка В — устойчивому. Однако и генератор со смешанным возбуждением для параллельной работы с сетью применяют редко, так как для него характерны броски тока при переходе из неустойчивого режима в устойчивый.

student.zoomru.ru

Параллельная работа синхронного генератора с мощной сетью

Проводится включение синхронного генератора (СГ) на параллельную работу, снимаются зависимость тока якоря от активной нагрузки генератора, U-образные характеристики при различных значениях полезной мощности генератора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

4.1. Что понимают под параллельной работой СГ с сетью?

4.2.Что понимают под синхронизацией СГ с сетью?

4.3.Какими методами можно включить СГ на параллельную работу с сетью?

4.4.Что означает грубая синхронизация?

4.5.Перечислите условия точной синхронизации СГ с сетью при включении его на параллельную работу.

4.6.Почему нельзя включать СГ на параллельную работу при разном чередовании фаз сети и генератора?

4.7.Как обеспечить равенство частот напряжения сети и ЭДС СГ?

4.8. Как обеспечивают равенство напряжения сети и ЭДС СГ?

4.9. Как проверить чередование фаз сети и синхронного генератора?

4.10. Поясните назначение и правила пользования синхроноскопом.

4.11. Как изменяют реактивную мощность СГ при параллельной работе с сетью?

4.12. Как изменяют активную мощность СГ при параллельной работе с сетью?

4.13. Как осуществить режим перевозбуждения СГ?

4.14. Как осуществить режим недовозбуждения СГ?

4.15. С каким реактивным током (индуктивным или емкостным) и почему работает СГ параллельно с сетью в режиме перевозбуждения?

4.16.Как перевести СГ, после завершения синхронизации, в режим синхронного компенсатора?

4.17. Изобразите и объясните зависимость I = f(P2), запишите условия, при которых она получена.

4.18. Изобразите и объясните U-образные характеристики СГ, запишите условия, при которых они получены.

4.19 Как по U-образной характеристике рассчитать зависимость cosφ=f( If )?

4.20. Изобразите и объясните зависимость cosφ=f( If ), запишите условия, при которых она получена.

4. Машины постоянного тока

Наибольшее применение машины постоянного тока находят в качестве двигателей, где требуется широкое и плавное регулирование частоты вращения (прокатные станы, электрическая тяга на транспорте, мощные металлорежущие станки). Генераторы постоянного тока используются в различных транспортных и других установках (для питания электроприводов с широким регулированием частоты вращения, в электролизной промышленности и т.д.), кроме того, они являются возбудителями и подвозбудителями крупных синхронных генераторов.

4.1. Устройство простейшей машины постоянного тока и принцип ее действия

На рис. 4.1 представлена простейшая машина постоянного тока. Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор простейшей машины имеет два полюса (1) и ярмо (на рис. не показано). Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря (2) и коллектора (3). Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, уложенной в пазах сердечника якоря. Обмотка якоря имеет один виток, соединенный с изолированными от вала двумя медными пластинами коллектора. Обмотка якоря соединяется с внешней цепью коллектором и щетками (4).

Рис. 4.1

1 - полюс; 2 - якорь; 3 - коллектор; 4 - неподвижная щетка

Основной магнитный поток в машинах постоянного тока обычно создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S, и от него через ярмо снова к северному полюсу, преодолевая дважды воздушный зазор. Сердечники полюсов выполняются из электротехнической стали.

Принцип действия генератора. При вращении якоря машины в направлении по часовой стрелке в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, направление которой может быть определено по

Рис. 4.2

1 - вал; 2 - задний подшипниковый щит; 3 - коллектор; 4 - щетки;

5 - сердечник якоря; 6 - сердечник главного полюса; 7 - обмотка

возбуждения; 8 - станина; 9 - передний подшипниковый щит; 10 -

вентилятор; 11 - лапы для крепления; 12 - подшипники

правилу правой руки. Значение индуктируемой в проводнике ЭДС

где В – магнитная индукция; l - активная длина проводника; v - линейная скорость перемещения проводника.

Полная ЭДС якоря рассматриваемой машины равна . ЭДСявляется переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется.

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в обмотке возникает переменный ток, а во внешней цепи – постоянный. Это объясняется тем, что под верхней щеткой всегда находится пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой – пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразует переменный ток обмотки якоря в постоянный ток внешней цепи. Для улучшения условий токосъема с коллектора в машинах с мощностью более 0,5кВт между главными полюсами устанавливаются добавочные полюсы. Обмотка добавочных полюсов включается последовательно в цепь обмотки якоря. Сердечник добавочного полюса изготавливается из стали и имеет обычно монолитную конструкцию. Общий вид машины постоянного тока приведен на рис. 4.2.

studfiles.net