9.3. Параллельная работа источников электроэнергии на судне

9.3.1. Преимущества и недостатки параллельной работы генераторов

В СЭЭС предусматривают как ав­тономную, так и параллельную рабо­ту ГА.

При автономной работе генерато­ры работают на отдельные, не связан­ные между собой секции шин ГРЩ, от каждой из которых получает питание отдельная группа потребителей электроэнергии.

При параллельной работе ГА под­ключают к общим шинам ГРЩ, от ко­торых получают питание потребители электроэнергии.

При изменении суммарной нагруз­ки на шинах ГРЩ изменяют количест­во параллельно работающих генера­торов с тем, чтобы нагрузка каждого генератора составляла 60—90% номи­нальной.

Различают длительную и кратковременную параллельную работу гене­раторов. Последнюю предусматривают на время перевода нагрузки с одного генератора на другой.

Режим параллельной работы ГА обладает следующими достоинствами:

• обеспечивается работа каждого ГА при наивысших значениях к. п. д.;

• не допускается работа ДГ при на­грузках менее 30% номинальной для предотвращения чрезмерного изнаши­вания деталей и повышения удельного расхода топлива;

• обеспечивайся большая надеж­ность СЭЭС, так как при дроблении установленной мощности между не­сколькими ГА уменьшается вероят­ность отказа всей системы электро­снабжения в целом;

• возможен перевод нагрузки с одно­го генератора на другой без перерыва питания потребителей;

• снижаются колебания напряжения и частоты судовой сети при изменении нагрузки потребителей электроэнер­гии;

• обеспечивается возможность ремон­та или профилактики части ГА с со­хранением электроснабжения судна исправными агрегатами.

К основным недостаткам парал­лельной работы генераторных агрега­тов относят:

• увеличение токов к. з. в СЭЭС и со­ответствующее повышение требований к разрывной способности коммутаци­онной и защитной аппаратуры, уста­новленной на ГРЩ;

• необходимость решения задач, свя­занных с обеспечением соответствующего распределения нагрузки между генераторами и устойчивости их ра­боты.

9.3.2. Параллельная работа генераторов постоянного тока

Для включения ГПТ на параллельную работу необходимо выполнение следующих условий:

• равенство ЭДС подключаемого генератора и напряжения на шинах ГРЩ,

• соблюдение правильной полярности подключаемого генератора,

• близкое совпадение внешних и скоростных характеристик ГА.

Распределение нагрузки между параллельно работающими ге­нераторами при неизменных частоте вращения и возбуждении определяется наклоном внешних характеристик.

Предположим, что параллельно работают два одинаковых гене­ратора с параллельным возбуждением, внешние характеристики, которых приведены на рис.108.

Характеристики 1 и 2 имеют разные наклоны вследствие некоторого отличия магнитных свойств, неодинаковых сопротивле­ний якорных цепей, сдвига щеток с физической нейтрали и, нако­нец, различных характеристик приводных двигателей ГА.

Если токи возбуждения генераторов с характеристиками 1 и 2 имеют значения, при которых их ЭДС при холостом ходе равны друг другу, то (см. рис. 108) характеристики пересекутся между собой в одной точке, расположенной на оси ординат.

С увеличением нагрузки в сети ток между генераторами будет распределяться неравномерно вследствие неодинакового наклона внешних характеристик. При этом большая нагрузка приходится на генератор с меньшим наклоном характеристики.

Исходя из того, что напряжение на шинах ГРЩ одинаково при любых суммарных нагрузках, можно построить характери­стику 3, представляющую собой зависимость напряжения U (па­раллельно соединенных генераторов) от суммы токов обоих гене­раторов (Iн=I1+I2). Тогда для тока нагрузки двух генераторов, равного Iн напряжение на шинах будет U', ток нагрузки первого генератора I1 , а второго— I2. Для другого значения тока на­грузки, например Iн напряжение на шинах и токи каждого гене­ратора будут соответственно U",I1, I2.

При увеличении тока возбуждения, например, у второго гене­ратора его характеристика переместится вверх параллельно са­мой себе и займет положение 2' (рис. 109). Это позволит так по­добрать ток возбуждения генератора, чтобы общий ток нагрузки обоих генераторов, равный Iн распределился между ними поровну. Однако при меньших нагрузках ток будет распределяться неравномерно.

При токе нагрузки, равном нулю (см. рис. 109), первый гене­ратор перейдет в двигательный режим, и будет потреблять ток I2= I1 , а второй генератор будет работать в генераторном ре­жиме при токе нагрузки I2. Напряжение на шинах при этом равно U.

Таким образом, для равномерного распределения нагрузки между генераторами при различных ее значениях внешние ха­рактеристики генераторов должны совпадать. Однако достичь пол­ного совпадения характеристик даже у одинаковых генераторов не представляется возможным. Вместе с тем в известных пределах распределение нагрузки можно улучшить. Для этого прежде всего необходимо получить возможно более близкое совпадение харак­теристик приводных двигателей генераторов. Затем, если харак­теристики генераторов не слишком расходятся, доводку их можно осуществить поворотом щеток на углы, не оказывающие боль­шого влияния на коммутацию. Щетки у генератора с характери­стикой 1 следует повернуть в сторону вращения, а у генератора с характеристикой 2 - в сторону, противоположную вращению. При этом продольная реакция якоря и реакция добавочных по­люсов в генераторе со щетками, повернутыми в сторону враще­ния, увеличат падение напряжения при увеличении нагрузки, а в генераторе со щетками, повернутыми против вращения, наоборот, уменьшат падение напряжения. Характеристики сблизятся, и рас­пределение нагрузок между генераторами улучшится.

При параллельной работе двух генераторов неодинаковой мощ­ности необходимо получить распределение нагрузки, пропорцио­нальное их мощностям. Для этого внешние характеристики гене­раторов с учетом приводных двигателей должны иметь одинако­вый в процентном отношении наклон при изменении нагрузки от нуля до номинальной для каждого генератора.

Неравенство нагрузок при параллельной работе генераторов возрастает с уменьшением статизма, поэтому иногда при жестких внешних характеристиках генераторов не удается достичь прием­лемого распределения нагрузки между генераторами при парал­лельной работе. В таких случаях смогут помочь уравнительные соединения, включенные между якорями и добавочными полюсами генераторов.

Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения возможна лишь при наличии уравнительного соединения между якорями и последовательными обмотками возбуждения машин. В противном случае возможен неустойчивый режим параллельной работы. Действительно, без уравнительных соединений случайное увеличение нагрузки одного из генераторов (при соответствую­щем уменьшении ее у другого) приведет к увеличению его ЭДС. Это, в свою очередь, еще более увеличит неравномерность распре­деления нагрузки и т. д. Введение уравнительного соединения с малым сопротивлением способствует выравниванию нагрузок.