Включение генератора на параллельную работу с сетью
В современных условиях электрификации всей страны генерирование электрической энергии особо рационально при совместной работе многих синхронных генераторов. Такая работа обеспечивает бесперебойное снабжение потребителей энергией и делает энергосистему более гибкой и экономичной. Поэтому изучение свойств генератора при параллельной работе приобретает первостепенное значение.
При включении генератора на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать бросков тока в статорной цепи и возникновения ударных электромагнитных моментов на валу, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу энергосистемы. Чтобы этого не происходило, необходимо определенным образом отрегулировать режим работы генератора на холостом ходу и в определенный момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора.
Для того, чтобы включить два синхронных генератора (или один генератор с сетью) на параллельную работу (рис. 10), необходимо соблюсти ряд условий:
1. Действующие значения напряжений генераторов должны быть одина-ковыми.
2. Частоты напряжений генераторов также должны быть одинаковыми.
3. Напряжения генераторов должны совпадать по фазе.
4. Порядок чередования фаз генераторов должен быть одинаковым.
Выполнение первого условия проверяют по вольтметрам, подключенным к выводам генераторов. Остальные условия проверяют с помощью специального прибора, называемого синхроноскопом. Простейшим синхроноскопом является ламповый. Три лампы прибора включены на разность потенциалов между одноименными линейными контактами трехфазного выключателя (рис. 7). При не вполне точном равенстве частот напряжений генераторов разность потенциалов будет изменяться, соответственно будет изменяться напряжение на лампах – они будут то загораться, то гаснуть, когда напряжения генераторов совпадут по фазе, лампы погаснут.
Рис. 7
Для выполнения второго условия синхронизации необходимо добиться, чтобы изменение свечения ламп было медленным. Включение генераторов на параллельную работу надо производить в момент времени, когда все лампы погаснут.
При выполнении четвертого условия синхронизации все три лампы гаснут и зажигаются одинаково. Если лампы загораются и гаснут не одинаково, то это указывает на несовпадение порядка чередования фаз. В этом случае нужно изменить чередование фаз, переключив две фазы генератора СГ1 (см. рис. 7).
На электростанциях для синхронизации мощных генераторов применяют стрелочные синхроноскопы.
При параллельной работе синхронных машин изменение тока возбуждения МПТ не может изменить скорости вращения синхронного генератора СГ1, а вызовет либо изменение его тока, либо переход этой синхронной машины из режима генератора в режим двигателя.
Обратимость синхронной машины
Отключив якорь машины постоянного тока от сети кнопкой «стоп» магнитного пускателя, можно убедиться, что синхронная машина продолжает работать, не изменяя скорости вращения. Это указывает на то, что СГ1 работает уже в режиме двигателя.
Свидетельством тому также может служить и показание амперметра, включенного в цепь якоря машины постоянного тока А1, если замкнуть ее якорь на сопротивление нагрузки RН. При этом стрелка ваттметра, включенного для измерения мощности, будет отклоняться в противоположную сторону по отношению к положению стрелки в режиме работы СГ1 генератором.
Важной особенностью синхронных машин является их способность вырабатывать индуктивную или емкостную реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения машины.
Очевидно, что при изменении тока возбуждения машины будет изменяться ее магнитный поток ФВ, а следовательно, при постоянной мощности РЭМ и моменте М на валу величина и начальная фаза ЭДС, наводимой в статоре этим потоком. Это приведет к изменению тока статора I и угла сдвига между этим током и фазным напряжением U, подведенным к статору.
Электромагнитная мощность синхронной машины без учета потерь
.
Если РЭМ
=const и U=const,
то
,
где Iа –
активная составляющая тока в фазе
статора машины; U –
фазное напряжение, подведенное к статору
синхронного двигателя.
Но при изменении
IВ ток статора
I и угол
изменяются при РЭМ=const
так, что
.
Следовательно, величина реактивной
составляющей тока
будет переменной в зависимости от тока
возбуждения Iв.
Реактивная мощность,
потребляемая или вырабатываемая
синхронной машиной
при U = сonst,
также зависит от тока возбуждения Iв.
При уменьшении тока возбуждения Iв двигатель работает с индуктивным cos, потребляя из сети не только активную, но и реактивную мощность.
При увеличении тока возбуждения Iв двигатель работает с емкостным cos, потребляя из сети активную мощность и отдавая в сеть реактивную мощность.
Для каждой нагрузки синхронного двигателя можно получить расчетным или опытным путем зависимость величины потребляемого тока I от тока возбуждения IВ (рис. 8).
Эти зависимости принято называть U-образными характеристиками. Левые ветви характеристик соответствуют индуктивным cos, а правые ветви – емкостным cos. Из рис. 8 видно, что ток I, потребляемый синхронным двигателем из сети, зависит от механической нагрузки на валу двигателя и от величины тока возбуждения IВ.
Экстремальные точки U-образных характеристик соответствуют cos=1, то есть чисто активной мощности, потребляемой синхронным двигателем.
Для повышения общего cos промышленных установок применяют синхронные двигатели, работающие с перевозбуждением.
Рис. 8
.