Параллельная работа синхронного генератора с сетью

Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электросеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого генератора), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов.

Таким образом, для синхронной машины, установленной на электростанции или другом объекте, подключенном к энергосистеме, обычным является режим работы на сеть большей мощности, по сравнению с собственной мощностью. Поэтому принимают, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности, т.е. и ее частота является неизменными, не зависящими от нагрузки данного генератора.

Включение генератора на параллельную работу с сетью

В рассматриваемом режиме необходимо обеспечить меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети (иначе может сработать защита, произойти поломка генератора или первичного двигателя).

Ток в момент подключения генератора к сети равен нулю, если будут равны мгновенные значения напряжений сети и генератора

.

На практике выполнение этого условия решается выполнением трех равенств:

1. равенства напряжений сети и генератора ( = );

2. частот ω_с = ω_г или ;

3. их начальных фаз (совпадение по фазе векторов _с и ).

Для 3-фазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.

Совокупность операций при подключении генератора к сети называют синхронизацией. Для этого сначала устанавливают (номинальная частота вращения ротора), что приводит к равенству частот , а затем регулируя уравнивают и . Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора ( ) контролируется специальными приборами – синхроноскопами (ламповыми или стрелочными) (ламповые - в лабораторной практике для генератора малой мощности).

Три лампы включают между фазами генератора и сети. На каждую лампу действует , которое при частоте изменяется с частотой , называемое частотой биений. При разность изменяется медленно, поэтому лампы постепенно загораются и погасают. Генератор подключают, когда стремиться к нулю, т.е. в середине между погасанием ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов напряжений сети и генератора и . 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 происходит автоматически.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при стрелка вращается с частотой в одну или другую сторону. При равенстве частот стрелка устанавливается на нуль, в этот момент и подключают генератор к сети.

На электростанции приборы синхронизации автоматические.

Часто используют метод самосинхронизации, при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (2% скольжения допускается). Затем в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. Но при этом методе в момент включения генератора возникает большой бросок тока, он не должен превышать 3,5 .

Регулирование активной мощности.

После включения генератора в сеть его напряжение становится равным напряжению сети U_C. Относительно внешней нагрузки напряжения U и U_C совпадают по фазе, а по контуру «генератор-сеть» находятся в противофазе, т.е. .

При выполнении трех условий необходимых для синхронизации генератора, его ток после подключения машины к сети равен нулю.

Рассмотрим, как можно регулировать при работе генератора параллельно с сетью на примере неявнополюсного генератора.

Ток, проходящий по обмотке якоря неявнополюсного генератора можно определить из уравнения.

- из темы векторная диаграмма неявнополюсной машины

т.к. , то силу тока можно изменить двумя способами – изменяя ЭДС 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 смещается относительно вектора U на некоторый угол θ в направлении вращения векторов. При этом возникает некоторая небалансная ЭДС , приводящая к появлению тока .

Возникающую небалансную ЭДС покажем по векторной диаграмме.

Вектор тока отстает от вектора на 90⁰, т.к. его величина и направление определяются индуктивным сопротивлением .

При работе в рассмотренном режиме генератор отдает в сеть активную мощность и на вал его действует электромагнитный тормозной момент, который уравновешивает вращающий момент первичного двигателя, поэтому частота вращения остается неизменной. Чем больше внешний момент, приложенный к валу генератора, тем больше угол θ нагрузки, а следовательно, ток и мощность, отдаваемые генератором в сеть.

- Если к валу ротора генератора приложить внешний тормозной момент, то вектор будет отставать от вектора U на угол θ.

При этом возникает небалансная ЭДС и ток , вектор которого отстает от вектора _∆E на 90⁰. Т.к. угол φ>90⁰, активная составляющая тока находится в противофазе с . Следовательно, в рассмотренном режиме активная мощность забирается из сети, и машина работает двигателем, создавая электромагнитный вращающийся момент, частота вращения ротора при этом снова остается неизменной.

Таким образом, для увеличения нагрузки генератора необходимо увеличить приложенный к его валу внешний момент (т.е. вращающийся момент первичного двигателя), а для уменьшения нагрузки – уменьшить этот момент. При изменении направления внешнего момента (если вал ротора не вращать, а тормозить) машина автоматически переходит в двигательный режим.