Неравенстве частот

Частота определяет собой скорость вращения вектора напряжения или тока в электрической цепи. Если частоты одинаковы, то векторы напряжений друг относительно друга неподвижны:

f1=f2, ω1=2пf1, ω2=2пf2, ω1=ω2, рис. 101.

Рис. 101

Если, к примеру, частота ЭДС второй машины будет больше частоты первой машины (f2 > f1), то вектор напряжения U2 начнет перемещаться относительно вектора напряжения U1 со скоростью, определяемой разностью скоростей векторов U1 и U2, рис. 101. Допустим, что в первый момент напряжения U1 и U2 сдвинуты на 180⁰ при f2>f1 угловые скорости векторов ω2>ω1 и через известный промежуток времени займет другое положение (рис. 101), отсюда появится разность напряжений ΔU, которая создаст в обмотках ток биения Iδ отстающего от ΔU на 90⁰. Активная составляющая этого тока Iδа2 по отношению ко второй машине будет создавать тормозной момент (ток совпадает с ЭДС второго генератора). Активная составляющая Iδа1 по отношению к первой машине будет создавать двигательный момент (ток направлен встречно с ЭДС первого генератора). Ток биения все время будет меняться по величине и по фазе. Второй генератор будет тормозиться, а первый подталкиваться. И после ряда колебаний установится какая-то средняя частота обоих генераторов и наступит установившийся режим. Но здесь будут механические толчки на генератор и на вал турбины. Поэтому, при включении генератора на параллельную работу разница частот должна быть минимальной.

Порядок чередования фаз должен быть одинаковым. Чередование фаз проверяется прибором – фазоуказателем. При различном чередовании фаз произойдет аварийная ситуация. Метод включения синхронного генератора параллельно сети называется синхронизацией, а прибор, с помощью которого синхронизируют, называется – синхроноскопом.

V-6. Синхроноскопы. Методы синхронизации синхронных машин.

Для синхронизации синхронных машин используются специальные устройства – синхроноскопы. Они бывают ламповые и стрелочные. Рассмотрим идею синхронизации на ламповом синхроноскопе. Здесь используется два способа включения:

1.Включение на погасание ламп.

2.Включение на бегущий свет.

V-6-1. Включение генератора параллельно сети на погасание ламп

Рис. 102.

При малой скорости турбины частота ЭДС СГ будет малой. (Сплошная звезда соответствует частоте сети, а пунктирная частоте синхронного генератора), рис.102. Частота определяет скорость вращения векторов напряжения. Поэтому, при малой скорости турбины частота СГ мала и относительная скорость векторов будет большой. При этом лампы синхроноскопа будут часто вспыхивать и погасать. По мере разгона турбины частота СГ будет возрастать, и относительная скорость векторов будет уменьшаться. Мигание ламп будет замедленное. Если турбина разгонит СГ до частоты близкой к частоте сети, то относительная скорость векторов будет небольшой и лампы будут очень медленно то загораться, то потухать. В момент потухания ламп необходимо быстро включит генератор на сеть. В этот момент сплошная и пунктирная звезды совпадут по фазе. Но этот способ не дает наглядно в какую сторону необходимо регулировать скорость вращения генератора. Для этого используется второй способ.

V-6-2. Включение генератора параллельно сети на бегущий свет

Рис. 103. Рис.104 .

При таком включении ламп синхроноскопа рис. 103, лампы находятся под разным потенциалом, рис 104. Если турбина имеет малое число оборотов, то частота ЭДС СГ мала и относительная скорость сплошной и пунктирной звезд будет большой. Вращение загорания ламп будет быстрое. По мере увеличения скорости вращения частота будет расти СГ, а относительная скорость звезд будет уменьшаться, и вращение бегущего света будет замедляться. При скорости вращения близкой к синхронной относительная скорость звезд будет малой и бегущий огонь будет медленно переходить с одной лампы на другую (например, по часовой стрелке) и когда лампа А фазы А потухнет, в этот момент быстро необходимо включить рубильник. Р.

Если, не включая рубильник, и дальше разгонять ротор СГ, то пунктирная звезда будет вращаться быстрее сплошной и бегущий свет изменит свое направление (против часовой стрелки).

На промышленных установках обычно используются стрелочные синхроноскопы. Эта синхронизация называется точной. На электростанциях часто используют грубую синхронизацию, так называемую самосинхронизацию. Идея сводится к следующему: турбина разгоняет ротор СГ до скорости близкой к синхронной, после чего включают обмотку статора в сеть (получается как бы асинхронный режим), затем с небольшой выдержкой времени подают напряжение на обмотку возбуждения, которая создает магнитный поток. Так как при этом относительная скорость поля статора и поля обмотки возбуждения мала, то после ряда проскальзываний противоположные полюса статора и индуктора притянутся, и машина втянется в синхронизм. После чего синхронный генератор можно нагружать.

V-7. Электромагнитная мощность и момент