Метод точной синхронизации
Суть метода состоит в том, что подключаемый генератор включается на шины ГРЩ с соблюдением всех условий синхронизации.
Выполнение первого условия на практике осуществляется автоматически, так как СГ снабжены системами самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения СВАРН (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Принципиальная схема точной синхронизации
Равенство частот достигается подгонкой частоты подключаемого СГ к частоте ра-
ботающего. Для этого на панели управления ГРЩ располагают реверсивные переключа-
тели SB1 и SB2, при помощи которых включают серводвигатель М1 или М2 регулятора частоты вращения подключаемого СГ в ту или иную сторону.
Визуальный контроль за выполнением первых двух условий (равенство напряже
ний и частот) на практике выполняется одновременно, поочередным подключением к каждому генератору вольтметра РV и частотомера РF переключателем S2.
Совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений проверяется при помощи cтрелочного синхроноскопа ЕS и достигается при одинаковом положении рото-
ров работающего и подключаемого генераторов по отношению к статорам. Для этого воз-
действуют короткими импульсами на серводвигатель регулятора частоты вращения под-
ключаемого СГ, добиваясь момента, когда стрелка синхроноскопа расположится верти-
кально, напротив отметки на шкале прибора («на 12 часов»). В этот момент времени включают СГ на шины при помощи автоматического выключателя QF1 (QF2).
При точном соблюдении условий синхронизации включение СГ на шины будет без
ударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.
После этого подключенный СГ нагружают активной нагрузкой, одновременно раз-
гружая другой, для чего увеличивают подачу топлива (пара) у подключаемого ГА и одновременно уменьшают у другого.
Распределяют активную нагрузку пропорционально номинальным активным мощ
ностям генераторов и контролируют при помощи киловаттметров РW1 и РW2, обычно включаемых через трансформаторы тока ТА1 и ТА2 и напряжения ТV4 и TV5.
Распределение реактивной нагрузки происходит автоматически путем воздействия систем самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения СВАРН обоих генераторов на токи возбуждения. При этом ток возбуждения подключенного СГ автома
тически увеличивается, а другого уменьшается.
Пропорциональность распределения реактивной нагрузки проверяется при помощи килоамперметров РA1 и РA2, т. е. косвенно, так как эти приборы показывают полные, а не реактивные токи генераторов. Если у двух однотипных СГ одинаковы показания киловатт
метров РW1 и РW2 (т. е. одинаковы активные токи) и неодинаковы показания килоампер-
метров РA1 и РA2, значит, неодинаковы реактивные токи.
Из всего изложенного следует, что включение СГ на параллельную работу пред-
ставляет собой довольно трудную задачу. Основная трудность заключается в определении момента совпадения по фазе напряжений СГ, включаемых на параллельную работу. Для определения указанного момента при автоматической точной синхронизации используют синхронизаторы, а при точной синхронизации вручную применяют синхроноскопы.
Метод грубой синхронизации
Метод заключается в том, что генератор подключают на шины ГРЩ не прямо, как при точной синхронизации, а через токоограничивающее реактивное сопротивление X , включенное в каждую фазу (рис. 3.16, а). Это сопротивление называется реактором.
Грубую синхронизацию выполняют в следующем порядке:
1. уравнивают частоты и напряжения СГ, что проверяют при помощи частотомера РF и вольтметра РV;
2. в произвольный момент времени замыкают контакт КМ2 (КМ1), тем самым включая генератор G2 (G1) на шины ГРЩ через реактор x ;
3. через несколько секунд, в течение которых генератор втягивается в синхронизм, включают АВ QF2 (QF1) и размыкают контакт КМ2 (КМ 1).
Рис. 3.16. Схемы грубой синхронизации (а) и замещения для одной фазы (б)
Поскольку включение генератора на шины выполняют в произвольный момент времени, роторы СГ, а значит, векторы напряжения сети Ū и ЭДС Ē подключаемого генератора в момент включения могут занимать любое взаимное положение.
Поэтому включение СГ сопровождается бросками тока и механическими ударами на валу, которые ограничиваются реактором до безопасных значений. Сам же метод иногда называют методом несинхронного включения СГ.
Сопротивление реактора рассчитывают исходя из наиболее тяжелого случая вклю
чения, когда положение роторов СГ отличается на 180°. При этом векторы Ū и ЭДС Ē в контуре, образованном статорными обмотками генераторов, совпадают по фазе, т. е.
Ū + Ē ≈ 2 Ū .
Тогда наибольшее значение тока в момент включения определится по схеме заме-
щения (рис. 3.16, б):
I = 2 U / (x + x + x )≤ (2,5…3,5) I ,
где I - номинальный ток генератора.
На многих судах грубая синхронизация СГ выполняется полуавтоматически: урав-
нивание напряжений генераторов обеспечивают автоматические регуляторы напряжения, примерное уравнивание частот выполняет оператор (электромеханик или вахтенный меха
ник), а выбор момента включения генератора на шины при Ū + Ē = 0 обеспечивает аппаратура схемы синхронизации.
К достоинствам метода можно отнести простоту, надежность и непродолжитель-
ность.
Метод допускает погрешность при уравнивании напряжений генераторов до ±10 % номинального и частот до ± (3-4) % номинальной.
При правильном расчете и выборе реактора втягивание включенного генератора в синхронизм происходит в течение 1,5-3,0 с, а провал напряжения не превышает 20 % но-
минального.
Процесс синхронизации длится недолго, поэтому реактор рассчитывают на непро-
должительную работу. Сопротивление реакторов зависит от мощности синхронизируемых СГ и обычно составляет несколько Ом, а масса - десятки килограммов.
Генераторы синхронизируются с сетью поочередно, поэтому для их включения на шины ГРЩ используют один и тот же реактор.
Метод самосинхронизации
При самосинхронизации (рис. 3.17) подключаемый СГ разгоняют до частоты вра-
щения, отличающейся от синхронной на 2-5 %. Обмотка возбуждения генератора ОВГ от
ключена от источника возбуждения (разомкнут контакт КМ2) и замкнута на разрядный резистор R (замкнут контакт КМ1).
В произвольный момент времени невозбужденный генератор при помощи автома-
тического выключателя QF2 подключают на шины и одновременно или с незначительной задержкой подают возбуждение (замыкается контакт КМ2 и размыкается КМ1).
Далее генератор втягивается в синхронизм под действием синхронизирующей мощ
ности Р .
В момент включения на шины ЭДС невозбужденного генератора Е = 0, поэтому максимальное значение тока включения будет вдвое меньше максимального тока при синхронизации возбужденного генератора и составит (2,0-4,5) I .
Рис. 3.17. Схема самосинхронизации
Провалы напряжения достигают 50 % номинального, а втягивание в синхронизм заканчивается через несколько секунд после включения СГ на шины.
Разрядный резистор R предназначен для исключения перенапряжений в обмотке возбуждения ОВГ в момент включения СГ на шины.
Метод самосинхронизации прост и непродолжителен по времени. Недостатками ме
тода являются провалы напряжения и удары на валу генераторов. Поэтому самосинхрони-
зация может применяться в СЭЭС, включенная мощность которых значительно превыша-
ет мощность единичного СГ (например, в гребных электрических установках).
9.6. Характеристики синхронного двигателя
Рабочими характеристиками синхронного двигателя являются зависимости потребляемой мощности Р1, потребляемого тока вращающего момента М, соs φ и к.п.д. η от полезной мощности нагрузки Р2 Они изображены на рис. 9.7 и соответствуют случаю, когда на холостом ходу соs φ = 1.
При постоянном токе возбуждения увеличение нагрузки на валу двигателя вызывает уменьшение соs φ, что объясняется увеличением реактивного падения напряжения при возрастании потребляемого от сети тока I1 Коэффициент
полезного действия η с увеличением нагрузки быстро увеличивается и достигает максимума, когда не зависящие от нагрузки механические потери и потери в стали становятся равными зависящим от нагрузки потерям в меди обмоток.
Потери и КПД
Перечисленные потери в сумме (∑ Р) составляют небольшую долю от номинальной мощности машины. Эта доля уменьшается с ростом ее мощности.
Значения к.п.д. синхронных генераторов и двигателей отечественных заводов приведены на рис. 4-94.
Рис. 4-94. Значения к.п.д. (η) синхронных генераторов и двигателей при номинальном режиме их работы в зависимости от номинальной мощности Р н.
Значения к.п.д. крупных гидрогенераторов колеблются в пределах 96 98, турбогенераторов 97 98,8%.