ременного тока. Система управления СУ представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью ООС по току заряда Iзар. Ток заряда устанавливается задающим устройством ЗУ уровнем сигнала Uзад, а регулирование тока осуществляется по данным измерительного органа ИЗО ± U изменением угла отпирания тиристоров Uупр.

АБ

Рис. 2.4. Структурная схема автоматического зарядного устройства типа УЗА

В автоматическом режиме работы УЗА процесс заряда контролируется реле времени РВ. В схеме предусмотрен блок контроля полярности БКП, который контролирует правильность подключения батареи, а также защиту от тока короткого замыкания.

2.3. Параллельная работа источников электрической энергии

Для параллельной работы генераторов постоянного тока необходимо, чтобы к каждой распределительной (или сборной) шине были подключены зажимы генераторов одинаковой полярности.

56

Кроме этого, электродвижущие силы параллельно включаемых генераторов должны быть одинаковыми. Напряжение на зажимах генератора U связано с его электродвижущей силой Е равенством: U = Е – Iя∙rя. Из этого равенства следует, что генератор отдает во внешнюю цепь ток Iя = (E - U)/rя.

Очевидно, что генератор может давать ток во внешнюю цепь только тогда, когда Е будет больше U. Поэтому при включении генератора для параллельной работы с уже работающими на сборные шины другими генераторами необходимо, чтобы электродвижущая сила Е включаемого генератора была больше напряжения U на сборных шинах. Если электродвижущая сила генератора не превышает напряжения на сборных шинах, а равна ему, то отдавать ток во внешнюю цепь генератор не будет(U = Е, Е– U = 0 и, следовательно, Iя = 0).

Очевидно, что если бы имелось несколько генераторов одинаковой мощности, работающих на сборные шины с напряжением U, то при одинаковых электродвижущих силах Е генераторы были бы нагружены поровну, т. е. отдавали бы во внешнюю цепь одинаковые токи (так как разности Е – U и величины rя были бы одинаковыми для всех генераторов). Ясно также, что если бы по тем или другим причинам (например, вследствие увеличения числа оборотов первичного двигателя) электродвижущая сила одного из этих параллельно работающих генераторов повысилась, то этот генератор стал бы отдавать в цепь больший ток, чем каждый из остальных генераторов (так как разность Е – U у него была бы больше, чем у остальных генераторов).

Если бы электродвижущая сила одного из этих генераторов понизилась и стала бы меньше напряжения на сборных шинах, то этот генератор не только перестал бы отдавать ток во внешнюю цепь, но и начал бы сам потреблять его от цепи, т. е. стал бы работать в режиме двигателя: в обмотке якоря ток изменил бы свое направление на обратное. Поэтому при параллельной работе генераторов, кроме автоматов максимального тока, ставятся также автоматы обратного тока, выключающие генератор, когда он вследствие уменьшения электродвижущей силы начинает работать как двигатель.

Изменяя при помощи регулировочных реостатов токи возбуждения и, следовательно, электродвижущие силы генераторов, мы можем перераспределить между ними нагрузку внешней цепи, т. е, разгрузить или догрузить тот или другой генератор (перевести нагрузку или часть ее с одного генератора на другой). При этом необходимо не изменять напряжения на сборных шинах, чтобы не нарушить нормальную работу приемников электроэнергии в цепи.

57

Этого можно достигнуть, действуя одновременно регулировочными реостатами обоих генераторов (выводя реостат догружаемого генератора и одновременно вводя реостат разгружаемого генератора, т. е. повышая электродвижущую силу первого и понижая электродвижущую силу второго).

Для включения генератора на параллельную работу пускают в ход его первичный двигатель, а по достижении необходимой скорости вращения генератора дают ему возбуждение, доводя его электродвижущую силу до величины, равной или немного большей (на 2–3 В) величины напряжения на сборных шинах. После этого замыкают автоматический выключатель, т. е. подключают генератор к сборным шинам. Далее, для того чтобы генератор дал ток во внешнюю цепь, производят двумя регулировочными реостатами (включаемого и работающего генераторов) перераспределение нагрузки, т. е. нагружают включаемый генератор и разгружают работающий.

Для остановки одного из параллельно работающих генераторов его сначала разгружают, т. е. переводят его нагрузку на остающийся в работе генератор, а потом уже отключают от шин.

Перераспределяя нагрузку при помощи двух регулировочных реостатов, надо следить за тем, чтобы по ошибке не поставить при этом рукоятки их на холостые контакты, так как тогда генераторы будут лишены возбуждения.

При параллельной работе компаундных генераторов случайное уменьшение электродвижущей силы одного генератора (например, вследствие уменьшения скорости вращения первичного двигателя) вызовет уменьшение тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. При этом уменьшится и ток в п о- следовательной обмотке возбуждения, а это повлечет за собой уменьшение магнитного потока, в результате чего электродвижущая сила понизится еще больше. Генератор начнет разгружаться еще быстрее, передавая свою нагрузку параллельно с ним работающему другому генератору; таким образом, устойчивая параллельная работа будет нарушена. Чтобы этого не случилось, последовательные обмотки возбуждения обоих генераторов соединяют посредством уравнительной шины.

При наличии уравнительной шины обе последовательные обмотки генераторов соединены параллельно. При однотипных генераторах, т. е. при равенстве сопротивлений обеих последовательных обмоток, ток, проходящий через каждую обмотку, будет равен половине суммарного тока нагрузки обоих генераторов и не будет зависеть от распределения токов между генераторами. Это

58

обстоятельство обеспечивает устойчивую параллельную работу генераторов смешанного возбуждения.

При параллельной работе генераторов смешанного возбуждения довольно часто наблюдается размагничивание или перемагничивание (т. е. изменение полярности на клеммах) генератора.

Это происходит при резком колебании нагрузки, возможном при неправильном включении на параллельную работу (при большой разности ЭДС генераторов), или при срабатывании автоматического выключателя одного из генераторов. Поэтому на распределительных щитах электростанций с генераторами смешанного возбуждения по правилам Регистра необходимо специальное устройство для намагничивания генераторов.

Параллельная работа генераторов переменного тока требует соблюдения более сложных условий, чемпараллельная работа генераторов постоянного тока.

Для включения синхронного генератора параллельно с другим необходимо:

1)равенство напряжений работающего и подключаемого генераторов;

2)равенство их частот;

3)совпадение порядка чередования фаз;

4)равенство углов сдвига между ЭДС каждого генератору и напряжением на шинах.

Последнее условие сводится к геометрически одинаковому наложению роторов генераторов относительно обмоток своих статоров.

Процесс приведения генераторов в такое состояние, при котором все перечисленные условия будут выполнены, называется синхронизацией генераторов.

Если генераторы синхронизированы, то включение их на параллельную работу протекает спокойно, без появления в системе каких-либо дополнительных толчков тока. Если хотя бы одно из условий не выдержано, то между генераторами появляются значительные уравнительные токи, которые не позволяют осуществить параллельную работу генераторов, а в некоторых случаях могут даже вызвать их повреждение.

Рассмотрим параллельную работу двух синхронных генераторов. Если генераторы одинаковы, электродвижущие силы и скорости вращения их равны, то при отсутствии внешней нагрузки (т. е. при холостом ходе) в цепи обмоток статоров генераторов тока не будет, так как ЭДС взаимно уравновешиваются.

59

При включении внешней нагрузки оба генератора начнут отдавать одинаковую мощность. При индуктивной нагрузке напряжение каждого уменьшится на одну и ту же величину, причем между ЭДС генератора и его напряжением появится некоторый сдвиг по фазе, определяемый углом δ. Мощность, отдаваемая генератором во внешнюю цепь, пропорциональна этому углу.

Предположим, что мы увеличили возбуждение, а следовательно, и ЭДС первого генератора и уменьшили возбуждение второго так, что общее напряжение генераторов осталось прежним. Так как мощность, развиваемая первичными двигателями, осталась неизменной, то как общая мощность, так и мощности, отдаваемые каждым из генераторов, также не изменились. Не изменился и ток внешней нагрузки: I – общий и I/2 – для каждого генератора.

Но так как ЭДС обоих генераторов уже не равны, то между генераторами появится уравнительный ток Iу, протекающий только по цепи генераторов.

Как видим, ток в первом генераторе будет равен геометрической сумме токов внешней нагрузки I/2 и уравнительного Iу, а во втором – геометрической их разности.

Индуктивные сопротивления обмоток статоров генераторов значительно больше их активных сопротивлений. В связи с этим уравнительный ток будет отставать от разности ЭДС генераторов почти на 90°.

При этом условии при сложении токов в первом генераторе и вычитании их во втором результирующий ток будет отставать от напряжения в каждом генераторе на различный угол.

Иными словами, каждый из генераторов будет работать при своем коэффициенте мощности, отличном от коэффициента мощности внешней сети. Если активная мощность, потребляемая внешней нагрузкой, близка к суммарной мощности обоих генераторов, то у перевозбужденного генератора действующий ток превысит номинальный ток генератора, чего допускать нельзя (перегрузка по току).

Отсюда следует, что при параллельной работе синхронных генераторов необходимо стремиться к тому, чтобы все генераторы работали с одним и тем же коэффициентом мощности, равным коэффициенту мощности сети.

Предположим теперь, что, не изменяя возбуждения воздействием на регулятор первичного двигателя первого генератора, мы увеличили ему подачу топлива. В этом случае первичный двигатель разовьет увеличенный вращающий момент, под влиянием которого ротор первого генератора забежит вперед

60

относительно ротора второго генератора, вращаясь в дальнейшем с прежней синхронной скоростью. Вследствие расхождения по фазе электродвижущих сил генераторов в их цепи возникнет разность ЭДС, под влиянием которой появится уравнительный ток.

Но уравнительный ток по своей фазе будет почти совпадать с ЭДС первого генератора, т. е. явится для него током нагрузки, и будет почти противоположным ЭДС второго генератора (будет уменьшать его нагрузку). В этом случае каждый из генераторов будет нести нагрузку, пропорциональную вращающему моменту, развиваемую его первичным двигателем.

При этом полюса более нагруженного генератора будут в пространстве находиться впереди полюсов менее нагруженного. Последнее обстоятельство равносильно тому, что у более нагруженного генератора угол сдвига фаз между ЭДС и напряжением δ1 больше, чем у менее нагруженного δ2.

Следует отметить, что параллельная работа синхронных генераторов проходит устойчиво только при определенных значениях угла δ. Наиболее устойчива она при угле δ, равном 0°, что соответствует холостой работе генераторов; при угле, равном 90°, генератор выпадает из синхронизма, и параллельная работа становится невозможной.

Неизменность угла δ зависит от постоянства скорости вращения первичного двигателя. При колебании скорости вращения вследствие изменения нагрузки или по каким-либо другим причинам угол δ может измениться до н е- допустимой величины. Поэтому надежность и устойчивость параллельной работы синхронных генераторов в значительной мере зависит от качества работы регуляторов оборотов первичных двигателей.

Необходимое для перераспределения нагрузок генераторов дистанционное управление подачей топлива первичным двигателям обеспечивается применением регуляторов с серводвигателем или с электромагнитным приводом клапанов подачи топлива. При включении напряжения серводвигатель или соленоид открывает клапан подачи топлива или пара. Степень открытия клапана, а следовательно, и количество подаваемого топлива регулируется продолжительностью включения серводвигателя или числом включенных соленоидов.

Это же устройство служит и для изменения скорости вращения генераторов при их синхронизации.

У синхронных генераторов с самовозбуждением и саморегулированием напряжения величина тока возбуждения зависит от тока в цепи статора. В

61

свою очередь, при параллельной работе синхронных генераторов изменение тока возбуждения генератора влияет на величину его реактивного тока. Отсюда вытекает, что при параллельной работе синхронных генераторов с самовозбуждением и саморегулированием напряжения необходимо принимать специальные меры для обеспечения правильного распределения реактивного тока между ними.

Вкачестве такого мероприятия у генераторов одинаковой мощности предусматривают уравнительное соединение между их обмотками возбуждения (на стороне постоянного тока).

При замыкании автоматов генераторов подается ток на катушки контакторов К1 и К2, подключающих обмотки возбуждения к уравнительным шинам.

Врезультате параллельного соединения обмоток возбуждения любое изменение возбуждения одного генератора отражается и на величине возбуждения второго. Поэтому распределение реактивного тока между ними сохраняется правильным.

При параллельной работе генераторов разной мощности, уравнительное соединение выполняется в цепях схемы регулирования напряжения на стороне переменного тока.

Вопросы для самоподготовки

1.Дайте определение электродвижущей силы и напряжения.

2.Объясните правила правой и левой руки действием закона Фарадея и правилом Ленца.

3.Какие обмотки имеются в генераторе постоянного тока, где и как они расположены и для чего предназначены?

4.Объясните дополнительные условия самовозбуждения для вагонных генераторов.

5.Как компенсируется реакция якоря?

6.Как правильно выбрать параметры последовательной обмотки возбуж-

дения?

7.Объясните принцип работы сварочного генератора.

8.Дайте определение действующему значению периодического переменного тока.

9.Как определить коэффициент мощности?

62

10.Объясните принцип работы синхронного генератора с неподвижным магнитным полем.

11.Объясните принцип работы внешнего стабилизатора напряжения синхронного генератора.

12.Каковы особенности механической характеристики синхронного электродвигателя?

13.Принцип работы синхронного компенсатора.

14.Как образуется вращающееся магнитное поле?

15.Способы регулирования скорости вращения асинхронных электродви-

гателей.

16.Способы пуска асинхронных электродвигателей.

17.Назначение двухклеточной обмотки ротора.

18.Работа асинхронной машины в качестве генератора и тормоза.

19.Реверсирование и электрическое торможение асинхронного электродвигателя.

20.Опишите электрохимические реакции, происходящие на аноде при разряде кислотного аккумулятора.

21.Опишите электрохимические реакции, происходящие на аноде при заряде кислотного аккумулятора.

22.Какова зависимость между заряженностью кислотного аккумулятора

иплотностью электролита?

23.Объясните явление сульфатации.

24.Опишите электрохимические реакции щелочного аккумулятора в режимах разряда и заряда.

25.Чем определяется емкость аккумулятора?

26.Как определить отдачу по емкости аккумулятора?

27.Дайте определение КПД аккумулятора.

28.Опишите структурную схему автоматического устройства для заряда аккумуляторной батареи.

29.В каких случаях применяется принцип параллельной работы источников электрической энергии?

30.Расскажите принцип параллельной работы источников электрической энергии с постоянным и переменным током.

31.В чем заключается особенность параллельной работы генераторов и аккумуляторов?

63