3.12. Параллельная работа синхронных машин

На электрических станциях для работы на общую электрическую сеть устанавливают несколько параллельно включаемых генераторов.

Для безаварийного включения генераторов на параллельную работу необходимо обеспечить минимальный бросок тока в момент присоединения генератора к сети. Это возможно при равенстве мгновенных значений напряжений сети и генератора:

.

Отсюда следуют условия синхронизации:

1) равенство напряжений ;

2) равенство частот или;

3) равенство начальных фаз ;

4) согласованный порядок чередования фаз.

При несоблюдении условий точной синхронизации в замкнутом контуре генератор-система появится реактивный уравнительный ток.

Существует два способа подключения синхронных генераторов к сети: точной синхронизации и самосинхронизации.

Способ точной синхронизации предполагает использование специальных приборов – ламповых или стрелочных синхроноскопов, контролирующих совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора. Ламповый синхроноскоп представляет собой три лампы, включенные между соответствующими фазами генератора и сети, рисунок.

Рис. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа (схема на погасание света).

Точная синхронизация может быть ручной и автоматической, выполняемой при помощи автоматических синхронизаторов. Недостатками способа точной синхронизации являются: сложность и длительность процесса, особенно в условиях аварийного режима работы энергосистемы, сопровождающегося колебаниями частоты и напряжения; необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала; возможность тяжелых аварий при нарушении условий синхронизации.

В настоящее время в энергосистемах применяется включение синхронных генераторов в сеть по методу самосинхронизации. При этом ротор генератора приводится во вращение приводным двигателям до частоты, отличающейся на ±(2...3)% от синхронной. Затем генератор включается в сеть без возбуждения. После включения генератора в сеть на обмотку возбуждения подается напряжение и генератор втягивается в синхронизм. В момент включения в сеть невозбужденного генератора в обмотке статора возникает бросок реактивного тока, не превышающий . Обмотка ротора, во избежание перенапряжений в момент включения, замыкается накоротко или через небольшое сопротивление, в качестве которого обычно используется сопротивление гашения поля.

3.13. Регулирование активной и реактивной мощности синхронного генератора

Регулирование активной мощности. При выполнении условий точной синхронизации напряжение генератора , ток.

Рассмотрим способы регулирования тока при работе генератора параллельно с сетью на примере неявнополюсного генератора. Ток

.

, поэтому ток можно изменять только путем изменения ЭДС по величине и фазе.

Рис. Регулирование активной мощности: векторная диаграмма синхронного генератора при работе без нагрузки (слева); то же при ускорении и торможении (в центре и справа).

Если к валу генератора приложить внешний момент (превышающий момент компенсации потерь), то ротор приобретает ускорение и вследствие чего вектор опередитна угол. В контуре каждой фазы возникает разностная ЭДС, приводящая к возникновению тока, который отстает отна. Возникнет уголмеждуии генератор будет отдавать в сеть активную мощность. На валу генератора возникнет соответствующий электромагнитный тормозной момент.

Если произойдет торможение ротора, то вектор будет отставать от вектора напряженияна угол. ЭДСизменит фазу и токбудет сдвинут относительно ЭДСна угол, близкий к. Активная мощность станет отрицательной. Момент на валу ротора поменяет знак.

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

Регулирование реактивной мощности. Если в машине, подключенной к сети и работающей в режиме холостого хода, увеличить ток возбуждения (перевозбуждение), то ЭДС станет больше.

Результирующая ЭДС:

.

Она вызывает реактивный ток , отстающий отна. Этот ток создает размагничивающую реакцию якоря, противодействуя увеличению магнитного потока.

При уменьшении тока возбуждения (недовозбуждение) аналогично возникает намагничивающая реакция якоря.

Режим номинального называют режимом полного или нормального возбуждения.

Таким образом, при регулировании тока возбуждения меняется только реактивная мощность(как при холостом ходе, так и при нагрузке).