24.Работа генератора постоянного тока на общую сеть.

Общие положения. В ряде случаев целесообразно питать определенную группу потребителей от двух или нескольких генераторов постоянного тока, которые при этом работают совместно на общую сеть. В этом случае в периоды малых нагрузок можно часть генераторов отключить, чем достигается экономия на эксплуатационных расходах. Если должно быть обеспечено бесперебойное питание потребителей при всех условиях, то нужно иметь резервный генератор. Необходимая мощность резервного генератора при совместной работе нескольких генераторов будет меньше. Возможно также выведение генераторов в плановый или аварийный ремонт без какого-либо или без серьезного нарушения бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией.

Для совместной работы используются генераторы независимого, параллельного или смешанного возбуждения. При этом они подключаются к сети параллельно. Последовательное включение генераторов применяется в редких случаях.

При параллельной работе генераторов необходимо соблюсти следующие условия: 1) при включении генератора на параллельную работу с другими не должно возникать значительных толчков тока, способных вызвать нарушения в работе генераторов и потребителей; 2) генераторы должны нагружаться по возможности равномерно, пропорционально их номинальной мощности.

При нарушении последнего условия полное использование мощности всех генераторов невозможно: когда один генератор нагружается полностью, другие недогружены, а дальнейшее увеличение общей нагрузки невозможно, так как отдельные генераторы будут перегружаться. Кроме того, при неравномерной нагрузке генераторов суммарные потери всех генераторов могут быть больше, а общий к. п. д. — меньше, чем при равнрмерной нагрузке.

В параллельной работе генераторов независимого и параллельного возбуждения нет никаких существенных различий. Поэтому ниже сначала рассмотрим параллельную работу генераторов параллельного возбуждения, а затем укажем на особенности параллельной работы генераторов смешанного возбуждения.

Включение на параллельную работу. Схема параллельной работы двух генераторов параллельного возбуждения показана на рис. 9-20. Пусть генератор / уже работает на сборные шины и необходимо подключить к этим шинам генератор 2.

Тогда надо соблюсти следующие условия: 1) полярность генератора 2 должна быть такой же, как и генератора / или шин Ш, т. е. положительный(+) и отрицательный (—) зажимы генератора 2 должны с помощью рубильника или другого выключателя f ₂ соединяться с одноименными зажимами сборных шин; 2) э. д. с. генератора 2 должна равняться напряжению на шинах. При соблюдении этих условий при подключении генератора 2 к шинам с помощью рубильника не возникает "никакого толчка тока и этот генератор после его включения будет работать без нагрузки, на холостом ходу.

Для выполнения и проверки этих условий включения поступают следующим образом. Генератор 2приводят во вращение с номинальной скоростью и возбуждают до нужного напряжения. Его напряжение измеряют с помощью.вольтметра Fi и вольтметрового переключателя П, для чего последний ставят в положение 2—2. Напряжение шин измеряют тем же вольтметром в положении переключателя Ш — Ш. Чтобы одновременно проверить соответствие полярностей, вольтметр У_гдолжен быть магнитоэлектрического типа. Тогда при включении вольтметра по схеме, изображенной на рис. 9-20, отклонения его стрелки при правильной полярности генератора 2 и шин будут происходить в одинаковую сторону. Если полярность генератора 2 неправильна, то необходимо переключить два конца от его якоря. Нужная величина напряжения генератора достигается путем регулирования его тока возбуждения t_B2 с помощью реостата.

Возможен также другой способ контроля правильности условий включения — с помощью вольтметра V₂, подключенного к зажимам одного полюса рубильника Р₂. Если другой полюс (нож) рубильника включить, то при равенстве напряжений и правильной полярности генераторов показание вольтметра V₂ будет равно нулю.

При включении генератора 2 с неправильной полярностью в замкнутой цепи, образованной якорями обоих генераторов (рис, 9-20) и шинами, э. д. с. обоих генераторов будут складываться. Так как сопротивление этой цепи мало, то возникают условия, эквивалентные короткому замыканию, что приводит к аварии. При пра-

вильной полярности, но неравных напряжениях генераторов в указанной цепи возникнет уравнительный ток

величина которого также может оказаться большой.

При включении нагрузки уравнительный ток вызывает увеличение тока одного генератора и уменьшение тока другого, в результате чего генераторы на-

гружаются неодинаково. Параллельная работа генераторов параллельного возбуждения. При

параллельной работе двух или более генераторов их напряжения U всегда равны, так как генераторы включены на общие шины. Поэтому для случая работы двух генераторов их уравнения напряжения можно написать в следующем виде:

Рис. 9-20 Схема параллельной работы генераторов параллельного возбуждения

После включения генератора 2 (рис. 9-20) на шины его можно нагрузить током. Для этого нужно увеличить э. д. с. генератора Е_а2, которая станет больше U, в результате чего в якоре генератора 2возникнет ток I_ai 1см. уравнение (9-16)]. Тогда при неизменном токе нагрузки ток 1_аХ уменьшится. Если э. д. с. Е_а1 остается постоянной, то разность Е_а1 — /_о1/?_а1 не будет уже равна прежнему значению напряжения на шинах и U увеличится. Поэтому для поддержания U = const одновременно с увеличением Е_а2 нужно уменьшать Е_а1, Изменение Е_а1 и Е_аг возможно двояким путем: изменением тока возбуждения t_B или скорости вращения п. В обоих случаях генератор и ^его первичный двигатель изменят свою мощность. В эксплуатационных условиях обычно изменяют ток возбуждения, В этом случае первичный двигатель работает на своей естественной характеристике п = f (P). При изменении нагрузки двигателя его скорость

также изменится и его регулятор в случае использования теплового или гидравлического двигателя изменит подачу топлива, пара или воды в двигатель.

Таким образом, если желательно, например, генератор / разгрузить и передать его нагрузку на генератор 2, то поступают следующим образом: уменьшают i_Bl (или nj и одновременно увеличивают t_B2 (или п₂) до тех пор, пока не будет 1_Х = 0. После этого генератор / можно отключить от сети. Если бы ток /_в1 был уменьшен слишком сильно, то возникло бы положение, при котором Е_а1 < U. При этом1_а1 и /_х изменили бы свой знак [см. уравнение (9-16)], т. е. свое направление. При этом генератор / стал бы работать

в режиме двигателя, потребляя энергию от генератора 2. Для теплового или гидравлического первичного двигателя такой режим недопустим, так как может вызвать аварию двигателя. Необходимо иметь в виду, что

Рис. 9-21. Параллельная работа генераторов в режиме внешних характеристик

вследствие малости R_al и R_a2 даже малые изменения токов г_в1 и i_B2 способны вызвать большие изменения токов генераторов, так как, согласно уравнению (9-16), изменения Е_а1 и Е_аг при U = const должны компенсироваться изменениями I_aiR_ai и /_О2#_в2. Поэтому регулирование токов возбуждения генераторов должно производиться осторожно и достаточно плавно. В условиях эксплуатации напряжение U часто регулируется автоматическими регуляторами токов возбуждения генераторов. При этом характеристики регуляторов подбираются таким образом, чтобы обеспечить правильное распределение нагрузок между генераторами.

№ 30. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения. Процесс пуска двигателя.

Двигатель с параллельным возбуждением. В этом двигателе (рис. 1, а) обмотка возбуждения подключена параллельно с обмоткой якоря к сети. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат R_р.в., а в цепь якоря — пусковой реостат R_п . Характерной особенностью двигателя является то, что его ток возбуждения I_в не зависит от тока якоря I_а (тока нагрузки), так как питание обмотки возбуждения по существу независимое. Следовательно, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя не зависит от нагрузки. При этом условии согласно (Формуле 1) и (Формуле 2) получаем, что зависимости М = f(I_a ) и n = f(I_a) (моментная и скоростная характеристики) линейные (рис. 1,б). Следовательно, линейна и механическая характеристика двигателя n = f(M) (рис. 2, а).

Рис. 1. Схема двигателя с параллельным возбуждением и его моментная и скоростная характеристики

М = с_МФI_а

_{Формула 1 – вращающий момент}

п = Е/(с_е Ф) = (U - I_а ΣR_а )/(с_е Ф)

Формула 2 – частота вращения

Рис. 2.  Механические и рабочие характеристики двигателя с параллельным возбуждением

Если в цепь якоря включен добавочный резистор или реостат R_п , то

п = [U - I_а(ΣR_а + R_п )]/(с_еФ) = п₀ - Δn,

где n₀ = U/(с_еФ) — частота вращения при холостом ходе;

Δ_п = (ΣR_а + R_п )I_а /(с_еФ) — снижение частоты, обусловленное суммарным падением напряжения во всех сопротивлениях, включенных в цепь якоря двигателя.

Пуск двигателя с параллельным возбуждением. Схема включения в сеть двигателей этого типа показана на рис. 361. Так как здесь цепи якоря и индуктора не зависят друг от друга, то ток в них можно регулировать независимо при помощи отдельных реостатов, включенных в эти цепи. Реостат , включенный в цепь якоря, называют пусковым, а реостат , включенный в цепь индуктора, – регулировочным. При пуске в ход двигателя с параллельным возбуждением пусковой реостат должен быть обязательно полностью включен; по мере того как двигатель набирает частоту вращения, сопротивление реостата  постепенно уменьшают и при достижении нормальной частоты вращения этот реостат выводится из цепи полностью. Двигатели с параллельным возбуждением, особенно значительной мощности, ни в коем случае нельзя включать без пускового реостата. Точно так же при выключении двигателя следует сначала постепенно ввести реостат и лишь после этого выключить рубильник, соединяющий двигатель с сетью.

Рис. 361. Схема включения двигателя с параллельным возбуждением. Латунная дуга 1, по которой движется рычаг пускового реостата, через зажим 2 присоединена к концу регулировочного реостата, а через зажим 3 – к пусковому реостату. Это делается для того, чтобы при переводе пускового реостата на холостой контакт 4 и выключении тока цепь возбуждения не разрывалась

Нетрудно понять соображения, которыми вызваны эти правила включения и выключения двигателей. Мы видели, что ток в якоре

,

где  – напряжение сети, а  - э. д. с., индуцированная в обмотках якоря. В первый момент, когда двигатель еще не успел раскрутиться и набрать достаточную частоту вращения, э. д. с.  очень мала и ток через якорь приближенно равен

.

Сопротивление якоря обычно очень мало. Оно рассчитывается так, чтобы падение напряжения на якоре  не превышало 5-10 % от напряжения сети, на которое рассчитан двигатель. Поэтому при отсутствии пускового реостата ток в первые секунды мог бы в 10-20 раз превысить нормальный ток, на который рассчитан двигатель при полной нагрузке, а это для него очень опасно. При введенном же пусковом реостате с сопротивлением  пусковой ток через якорь

.               (173.1)

Сопротивление пускового реостата подбирают так, чтобы пусковой ток превышал нормальный не больше чем в 1,5-2 раза.

Поясним сказанное числовым примером. Положим, что мы имеем двигатель мощности 1,2 кВт, рассчитанный на напряжение 120 В и имеющий сопротивление якоря . Ток через якорь при полной нагрузке

.

Если бы мы включили этот двигатель в сеть без пускового реостата, то в первые секунды пусковой ток через якорь имел бы значение

,

в 10 раз превышающее нормальный рабочий ток в якоре. Если же мы хотим, чтобы пусковой ток превышал нормальный не больше, чем в 2 раза, т. е. был равен 20 А, то мы должны подобрать пусковое сопротивление таким, чтобы имело место равенство

,

откуда  Ом.

Ясно также, что для шунтового двигателя очень опасна внезапная его остановка без выключения, например вследствие резкого возрастания нагрузки, так как при этом э. д. с.  падает до нуля и ток в якоре возрастает настолько, что избыток выделяемого в нем джоулева тепла может привести к расплавлению изоляции или даже самих проводов обмотки (двигатель «перегорает»).

№ 31. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

Рабочие характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (рис. 2,б) представляют собой зависимости потребляемой мощности Р₁ тока I_a ≈ I_н частоты вращения n, момента М и КПД η от отдаваемой мощности Р₂ на валу двигателя при U = const и I_в = const. Характеристики n = f(P₂) иМ = f(P₂) являются линейными, а зависимости Р₁ = f(P₂), I_a = f(P₂) и η = f(P₂) имеют характер, общий для всех электрических машин. Иногда рабочие характеристики строят в зависимости от тока якоря I_a.

рис. 2.  Механические и рабочие характеристики двигателя с параллельным возбуждением

Рисунок 2 показывает, что для изменения n достаточно изменять поток Ф. Изменение потока достигается путем изменения тока возбуждения при помощи регулировочного реостата R_р . Так как ток возбуждения составляет небольшую долю номинального тока якоря, то при указанном способе регулирования скорости вращения потери в регулировочном реостате незначительны.

При увеличении тока возбуждения скорость вращения падает, при уменьшении тока возбуждения она возрастает.

При уменьшении I_в поток становится меньше. Так как при этом скорость вращения в первый промежуток времени остается почти постоянной вследствие инерции вращающихся частей, то уменьшается э.д.с. Е_а. Уменьшение Е_а , согласно:

приводит к увеличению тока якоря I_а, причем даже небольшое уменьшение Е_а дает относительно большое увеличение тока I_a, так как значения U и Е_а мало отличаются одно от другого.