Описание схемы исследования

Схема исследования приведена на рисунке 3. На схеме обозначены:

С1  С6 – выводы обмотки якоря СГ;

И1  И2 – выводы обмотки возбуждения;

Я1  Я2 – выводы обмотки якоря двигателя постоянного тока;

Ш1  Ш2 – выводы обмотки возбуждения двигателя постоянного тока;

А1, А2, А3, V1, V2, V3 – измерительные приборы, выбирают в соответствии с паспортными данными синхронного генератора и двигателя постоянного тока;

V0 – нулевой вольтметр, предел измерения которого должен быть не менее двойного номинального напряжения сети;

W1 – ваттметр;

R1 – резистор, шунтирующий цепь возбуждения СГ;

R2, R3 – регулировочный и пусковой реостаты в цепях двигателя постоянного тока;

Т- лабораторный автотрансформатор;

VD – выпрямительный мост;

КМ1 – магнитный пускатель;

КМ2 – контактор постоянного тока;

QF – автоматический выключатель;

SA1, SA2 – переключатель;

EL1  EL3 – лампы накаливания.

Рисунок 3 –  Схема исследования параллельной работы трехфазного СГ с сетью бесконечно большой мощности

Включение генератора на параллельную работу с сетью

На электрических станциях обычно устанавливают несколько синхронных генераторов, включаемых параллельно для совместной работы (рисунок 4). Подключение лабораторного генератора к сети бесконечной мощности, означает параллельное подключение его к генераторам общей энергосистемы. Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает следующие основные преимущества:

1. Обеспечение бесперебойного электроснабжения в случае аварии на какой-либо энергетической установке (генераторе) или отключения её для ремонта.

2. При работе электростанции с переменным графиком нагрузки появляется возможность отключить часть энергоустановок, с тем, чтобы оставшиеся установки работали с нагрузкой, близкой к номинальной с более высоким КПД.

Рисунок 4 – Включение синхронных генераторов на параллельную работу:

Г1  Г4 – синхронные генераторы;

М1  М4 – приводные двигатели

Параллельная работа генератора и, соответственно, организация энергосистемы без синхронизации невозможна. Отсутствие синхронизации генератора приведет к возникновению уравнительных токов в обмотке якоря, значение которых является аварийным.

Включение генератора на параллельную работу с сетью производится двумя методами: методом точной синхронизации и методом самосинхронизации [1].

Метод точной синхронизации

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации должны быть выполнены следующие условия:

1. порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым;

2. частоты напряжений генератора и сети должны быть равны;

3. действующие значения напряжений генератора и сети должны быть равны;

4. напряжения генератора и сети должны совпадать по фазе.

На рисунке 5 в качестве примера приведен случай, когда у генератора и сети не совпадают значения частот напряжения. При этом разность потенциалов U, вызывающая уравнительный ток, может достигать двойного напряжения питания.

Проверку выполнения первых двух условий производят с помощью синхроноскопа. В качестве синхроноскопа могут служить три лампы накаливания, включенные на «погасание» или «вращение» света. Схема включения ламп на «вращение» света является менее удобной, так как увеличивает вероятность ошибочного включения, поэтому в электрической схеме (см. рисунок 1) лампы EL1  EL3 включены на «погасание» света (в разрыв одноименных фаз).

Рисунок 5 – Несовпадение частот напряжения генератора и сети

Выполнение третьего условия проверяют с помощью вольтметров V1 и V2.

Синхронизацию генератора производят в следующей последовательности:

1. Выполняют проверку того, что генератор отключен от сети (автоматический выключатель QF1 должен быть отключен).

2. Осуществляют пуск приводного двигателя. В лабораторной работе в качестве приводного двигателя используется двигатель постоянного тока. Перед запуском двигателя необходимо установить максимальное значение пускового реостата R3 (для ограничения пускового тока) и минимальное значение регулировочного реостата R2. Запуск двигателя выполняется включением контактора КМ2, подающего на двигатель постоянное напряжение. После того, как двигатель разогнался, пусковой реостат R3 устанавливают в минимальное значение.

3. Обмотку возбуждения синхронного генератора подключают к постоянному напряжению и на выходе генератора устанавливают номинальное напряжение. Для этого необходимо включить магнитный пускатель КМ1 и при помощи автотрансформатора Т повысить ток в обмотке возбуждения до значения, соответствующего номинальному напряжению на выходе генератора (вольтметр V2).

4. Выполняют проверку порядка чередования фаз. При одинаковом порядке чередования фаз сети и генератора лампы одновременно загораются и гаснут. Если же они загораются и гаснут поочередно, то это говорит о том, что первое условие не выполняется. Чтобы обеспечить одинаковый порядок чередования фаз, надо поменять местами подключение двух любых линейных выводов генератора к сети (при отключенной схеме).

5. Устанавливают равенство частот напряжений генератора и сети. Для этого осуществляют регулировку скорости вращения ротора генератора, путем изменения величины сопротивления реостата R2 (изменяют ток возбуждения двигателя постоянного тока). О близости частот сети и генератора можно судить по синхроноскопу: чем меньше разность частот сети и генератора, тем медленнее мигают лампы.

Синхроноскоп позволяет судить и о выполнении четвертого условия. Совпадение по фазе напряжений сети и генератора соответствует погасанию ламп синхроноскопа.

Для машин малой мощности в процессе согласования частот возможно втягивание ротора генератора в синхронизм за счет токов ламп, о чем свидетельствует прекращение миганий ламп синхроноскопа. Несмотря на выполнение первых трех условий безаварийное включение генератора на параллельную работу с сетью невозможно, т.к. не выполняется четвертое условие. В этом случае синхронизацию надо производить при несколько повышенной разности частот сети и генератора, когда ротор генератора еще не втягивается в синхронизм за счет токов ламп. Для нарушения возникшего синхронизма достаточно изменить частоту вращения приводного двигателя.

6. Осуществляют подключение генератора к сети. Включение автоматического выключателя QF1 производится в середине периода времени, когда не горят лампы синхроноскопа. Учитывая, что погасание лампы точно не характеризует прохождение через ноль напряжения на ней, момент включения контролируют по нулевому вольтметру V0.