Funcționarea în paralel a unui generator sincron cu rețeaua. Funcționarea în paralel a generatoarelor de curent continuu

La centralele electrice sunt instalate de obicei mai multe generatoare sincrone, conectate în paralel pentru a lucra împreună (Fig. 21.1). Prezența mai multor generatoare în loc de o putere totală oferă avantaje datorită acelorași considerații care au fost subliniate în legătură cu funcționarea în paralel a transformatoarelor (vezi § 2.2).

La conectarea unui generator sincron la rețea pentru funcționare în paralel, trebuie respectate următoarele condiții: EMF al generatorului în momentul conectării acestuia la rețea, acesta trebuie să fie egal și opus în fază tensiunii rețelei (
), frecvența EMF generatorului trebuie să fie egală cu frecvența tensiunii alternative din rețea ; Ordinea fazelor la bornele generatorului trebuie să fie aceeași ca la bornele rețelei.

Este numită aducerea generatorului într-o stare care îndeplinește toate condițiile specificate sincronicitatea. Nerespectarea oricăreia dintre condițiile de sincronizare duce la apariția unor curenți mari de egalizare în înfășurarea statorului, a căror valoare excesivă poate provoca un accident.

Puteți conecta generatorul la o rețea cu generatoare care funcționează în paralel fie prin sincronizare precisă, fie prin auto-sincronizare

Metodă de sincronizare precisă. Esența acestei metode este că înainte de a conecta generatorul la rețea, acesta este adus într-o stare care îndeplinește toate condițiile de mai sus. Momentul în care aceste condiții sunt îndeplinite, adică momentul sincronizării, este determinat de un dispozitiv numit sincronoscop. Prin proiectare, sincroscoapele sunt împărțite în indicator și lampă. Să luăm în considerare procesul de sincronizare a generatoarelor folosind un sincroscop cu lampă, care constă din trei lămpi 1, 2, 3, situat la vârfurile unui triunghi echilateral.

Când lămpile sunt aprinse conform schemei de „stingere” (Fig. 21.2, A) Momentul de sincronizare corespunde stingerii simultane a tuturor lămpilor. Să presupunem că generatorul EMF steaua
se rotește cu frecvență unghiulară , depășind frecvența unghiulară

rotație stele de tensiune de rețea
. În acest caz, tensiunea pe lămpi este determinată de suma geometrică +; +; +(Fig. 21.2, b).

Orez. 21.1. Pornirea generatoarelor sincrone

pentru lucru paralel:

G 1 - G 4 – generatoare sincrone, PD 1 -PD 4 - motoare de antrenare

În momentul în care vectorii stelei EMF coincid cu vectorii stelei de tensiune, această sumă atinge cea mai mare valoare, în timp ce lămpile ard cu cea mai mare intensitate (tensiunea de pe lămpi este egală cu dublul tensiunii de rețea). În momentele ulterioare de timp, steaua EMF depășește steaua de tensiune, iar tensiunea de pe lămpi scade. În momentul sincronizării, vectorii EMF și tensiune ocupă o poziție în care, i.e.
= 0, iar toate cele trei lămpi se sting simultan (Fig. 21.2, c). Cu o mare diferență de frecvențe unghiulare Și lămpile clipesc frecvent. Schimbând frecvența de rotație a motorului prim, obținem egalitatea
, dovadă fiind că lămpile se sting mult timp. În acest moment, comutatorul ar trebui să fie închis, după care generatorul va fi conectat la rețea.

Orez. 21.2. Sincroscop lampa

Metoda de autosincronizare. Rotorul unui generator neexcitat este rotit de motorul principal la o viteză de rotație care diferă de viteza sincronă cu cel mult 2-5%, apoi generatorul este conectat la rețea. Pentru a evita supratensiunile în înfășurarea rotorului atunci când generatorul este conectat la rețea, acesta este închis la o anumită rezistență activă. Deoarece în momentul în care generatorul este conectat la rețea, EMF-ul său este zero (generatorul nu este excitat), atunci sub influența tensiunii rețelei se observă o creștere bruscă a curentului în înfășurarea statorului, depășind valoarea nominală a curentul generatorului. După includerea înfășurării statorului în rețea, înfășurarea de excitație este conectată la o sursă de curent continuu, iar generatorul sincron, sub influența cuplului electromagnetic care acționează asupra rotorului său, este tras în sincronism, adică viteza rotorului devine sincronă. . În acest caz, curentul statorului scade rapid.

În timpul autosincronizării, în generator au loc procese tranzitorii electromecanice complexe, provocând efecte mecanice semnificative asupra înfășurărilor, lagărelor și cuplajului care conectează generatorul la turbină. Impactul acestor influențe asupra fiabilității generatorului este luat în considerare la proiectarea generatoarelor sincrone. Metoda de auto-sincronizare (sincronizare brută) este de obicei folosită la generatoare atunci când acestea sunt pornite frecvent. Această metodă este simplă și ușor de automatizat.

Pornirea generatoarelor sincrone pentru funcționare în paralel

Mașinile sincrone sunt conectate la rețea pentru funcționare în paralel folosind metoda de sincronizare precisă și metoda de sincronizare grosieră, care pentru generatoare este de obicei numită metoda de autosincronizare. Uneori, pornirea în frecvență este folosită și pentru mașinile sincrone, iar pornirea asincronă este folosită și pentru generatoare.

Metodă de sincronizare precisă . Această metodă este utilizată atunci când generatoarele sincrone sunt conectate la rețea. Constă în faptul că generatorul este mai întâi declanșat de o turbină la o viteză de rotație apropiată de sincron, apoi excitat și, în anumite condiții, inclus în rețea. Condițiile necesare pentru a porni mașina sunt:

1) egalitatea tensiunilor între generatorul pornit și generatorul sau rețeaua de funcționare;

2) coincidenta de faza a acestor tensiuni;

3) egalitatea de frecvențe a generatorului pornit și a generatorului sau rețelei de funcționare.

Prima condiție se realizează prin reglarea curentului de excitație al mașinii, iar pentru îndeplinirea celei de-a doua și a treia condiții este necesară modificarea cuplului pe arborele acesteia, care se realizează prin modificarea cantității de abur sau apă trecută prin turbină.

Îndeplinirea condițiilor precise de sincronizare se poate face manual sau automat. Cu sincronizarea manuală, toate operațiunile de reglare a excitației și de reglare a frecvenței sunt efectuate de personalul de serviciu, iar cu sincronizarea automată sunt efectuate dispozitive automate. Se folosește și sincronizarea manuală cu control automat al sincronismului, care interzice pornirea comutatorului mașinii sincronizate dacă nu sunt îndeplinite condițiile de sincronizare. Cu o sincronizare manuală precisă, tensiunea și frecvența sunt controlate cu ajutorul a două voltmetre și două frecvențemetre instalate pe panoul de control, iar defazajul tensiunii este controlat cu ajutorul unui sincronoscop; acesta din urmă vă permite nu numai să detectați momentul coincidenței fazei tensiunii, ci și să determinați dacă generatorul pornit se rotește mai repede sau mai lent decât cei în funcțiune. Aceste dispozitive sunt combinate în așa-numita „coloană de sincronizare”. Voltmetrul și frecvențametrul asociate cu generatorul sincronizat sunt conectate la transformatorul de tensiune al acestuia, iar voltmetrul și frecvențametrul asociate generatoarelor (sau rețelei) în funcțiune sunt de obicei conectate la transformatorul de tensiune al barei de stație. Sincronoscopul este conectat simultan la ambele transformatoare de tensiune.

Dacă sunt îndeplinite toate condițiile de mai sus, diferența de tensiune dintre generator și rețea este zero, deci nu există curent de egalizare între generatorul pornit și alte generatoare. Sincronizarea manuală precisă are următoarele dezavantaje:

1) complexitatea procesului de comutare datorită necesității de reglare a tensiunii în modul și fază, precum și a frecvenței generatorului;

2) durată mare de pornire - de la câteva minute în regim normal la câteva zeci de minute în timpul accidentelor în sistem, însoțite de modificări ale frecvenței și tensiunii, când este deosebit de important să se asigure conectarea rapidă a generatorului la rețea;

3) posibilitatea deteriorării mecanice a generatorului și a motorului la pornirea unității cu un unghi mare de avans.

Metoda de autosincronizare . Elimină necesitatea ajustării precise a frecvenței și fazei tensiunii mașinii sincrone pornite. Acesta din urmă este ridicat la o viteză de rotație ușor diferită de cea sincronă (cu o precizie de câteva procente), iar neexcitat este inclus în rețea. În acest caz, înfășurarea de excitație este închisă la un rezistor de descărcare folosit la stingerea câmpului, sau la un rezistor special prevăzut în acest scop, sau la armătura excitatorului, pentru a evita apariția în înfășurarea de excitare a tensiunilor periculoase. pentru izolarea acestuia. După pornirea generatorului, un impuls este trimis în rețea pentru a porni AGP și mașina este excitată.

Când o mașină sincronă neexcitată este pornită în rețea, curentul statorului crește și tensiunea din rețea scade. Cu toate acestea, curentul și forța electrodinamică corespunzătoare (este proporțională cu pătratul curentului) sunt mai mici decât în cazul unui scurtcircuit la bornele generatorului. Acest lucru se explică prin faptul că curentul statorului în momentul pornirii este determinat numai de tensiunea rețelei U c (deoarece generatorul nu este excitat și f.e.m. este zero), care este mai mică decât f.e.m. în modul normal și rezistențele totale X" dΣ și X qΣ ", care sunt mai mari decât rezistențele corespunzătoare generatorului X" d și X" q datorită rezistențelor rețelei. În plus, în timpul autosincronizării, atenuarea componentelor curente periodice libere are loc mai rapid decât în timpul unei scurtcircuit, deoarece în primul caz rotorul este închis la o rezistență de descărcare.De aceea, nici includerea eronată a unei mașini într-o rețea cu o alunecare mare, atunci când durata de acțiune a curenților crescuti este suficient de lungă, nu reprezintă un Pericol.

Testele au arătat că înfășurarea statorului nu răspunde mecanic la primul vârf al curentului de pornire; deformarea atinge cea mai mare valoare abia la câteva perioade de la pornire. Ținând cont și de atenuarea rapidă a componentei supertranzitorii libere a curentului statoric, la aprecierea admisibilității autosincronizării, valoarea inițială a componentei periodice a curentului I p0 și a tensiunii U la bornele generatorului poate fi determinată prin rezistenta tranzitorie:

Forțele electrodinamice care acționează în timpul autosincronizării asupra înfășurării statorului a mașinilor cu poli nesălienți sunt mai mari decât cele ale mașinilor cu poli salienti, deoarece mașinile cu poli nesălienți au diviziuni de poli relativ mari, conexiuni mari ale înfășurării statorului și reactanțe inductive mai mici (determinând valoarea inițială a curentului de comutare) decât mașinile cu poli salienti.

Fluxul magnetic creat de curentul statorului induce un curent în rotor, în urma căruia apare în mașină un flux magnetic rotoric corespunzător. Interacțiunea acestor fluxuri magnetice duce la crearea unui cuplu electromagnetic. Cel mai mare pericol pentru mașină este cuplul alternativ care apare în primele perioade de timp după ce mașina excitată este conectată la rețea. Valoarea maximă a acestui moment este:

adică, cu cât rezistența rețelei X c este mai mică și diferența dintre X „dΣ și X” qΣ este mai mică. Prin urmare, turbogeneratoarele cu un rotor masiv și mașinile cu poli salienti cu înfășurări amortizoare pe ambele axe ale rotorului sunt mai puțin afectate de cuplurile alternante decât mașinile cu poli saliente fără înfășurări amortizoare. În cazul general, X c ≠0, prin urmare, în momentul pornirii unei mașini sincrone neexcitate în rețea, aceasta este expusă la un cuplu mai mic decât în timpul unui scurtcircuit trifazat, în timp ce în cazul unei porniri eronate a unei mașini excitate la rețea, cuplurile pot fi de câteva ori mai mari decât momentele la scurtcircuit trifazat.

Momentele care apar în mașină în timpul autosincronizării sunt, pe de o parte, percepute de elementele structurale care atașează oțelul activ de carcasă și carcasa statorului de fundație, iar pe de altă parte, sunt transmise către arborele motor primar. Momentul perceput de motorul prim este aproximativ egal cu raportul dintre momentul său de inerție și momentul de inerție al întregii unități. Acest raport pentru hidrogeneratoare este mai mic decât pentru turbogeneratoare și se ridică la 0,05 - 0,1.

Într-un mod asincron în stare staționară cu alunecare constantă a mașinii, cuplul constă din componente alternative care se modifică cu frecvența de alunecare dublă și componente constante. Componentele de cuplu alternante influențează intrarea în sincronism a mașinii doar la alunecări mici (s≤1,0%), iar la alunecări mari munca cauzată de aceste componente este practic egală cu zero. La viteza sincronă (s=0), aceste componente se transformă într-o componentă reactivă a cuplului, datorită polarității proeminente a mașinii ( X dΣ ≠X qΣ):

unde δ 0 este faza de comutare.

Componenta cuplului constant determină cuplul asincron mediu

care are o influență majoră asupra procesului de intrare în sincronism a generatorului; la viteză sincronă acest cuplu devine zero. Cu cât cuplul mediu asincron este mai mare, cu atât mașina, conectată la rețea cu o oarecare alunecare, se apropie mai ușor de viteza sincronă. În plus, datorită cuplului reactiv și cuplului sincron datorat excitației,

unde δ este unghiul dintre vectori EcȘi U cu, mașina este trasă în sincronism.

Cel mai mare cuplu asincron afectează turbogeneratoarele cu un rotor masiv, iar cel mai mic - pe hidrogeneratoarele fără înfășurări amortizoare. Chiar și atunci când sunt pornite cu alunecări mari (15 - 20%), turbogeneratoarele intră în sincronizare în 2 - 3 s.

Avantajele metodei de auto-sincronizare sunt:

simplificarea semnificativă a operațiunii de comutare, care permite utilizarea unui sistem simplu de automatizare a proceselor;

conectarea rapidă a mașinii la rețea, care este deosebit de importantă în cazul unui accident în sistem;

capacitatea de a porni mașinile în timpul scăderilor profunde ale tensiunii și frecvenței rețelei care apar în timpul accidentelor în sistem; fără pericol de a deteriora mașina.

Căderea de tensiune care apare atunci când o mașină neexcitată este conectată la rețea poate fi semnificativă dacă puterea mașinii pornite este proporțională cu puterea sistemului sau o depășește. Cu toate acestea, acest fapt nu poate servi ca un obstacol în calea pornirii mașinilor folosind metoda de auto-sincronizare, deoarece tensiunea este restabilită rapid (după aproximativ 1-2 s).

În prezent, pentru mașinile cu o putere de până la 3000 kW inclusiv, autosincronizarea este metoda principală de a permite funcționarea în paralel. Posibilitatea de a utiliza această metodă pentru a porni mașini cu o putere mai mare de 3000 kW este limitată de valoarea admisă a forțelor electrodinamice din înfășurarea statorului.

Pornirea mașinilor cu răcire indirectă prin metoda de autosincronizare este recomandată în cazurile în care componenta tranzitorie a curentului statorului în momentul pornirii nu depășește de 3,5 ori curentul nominal al statorului. Această condiție este satisfăcută de aproape toate hidrogeneratoarele și turbogeneratoarele cu răcire indirectă, funcționând conform unei scheme bloc cu transformatoare superioare.

Pornirea generatoarelor cu răcire directă a înfășurărilor prin autosincronizare este permisă numai în condiții de urgență. Atunci când mai multe generatoare funcționează pe magistralele de tensiune ale generatorului, metoda de autosincronizare nu este întotdeauna aplicabilă; este permisă numai în cazurile în care cerința este îndeplinită : I p0 ≤ 3,5I nom.

În cazuri de urgență, folosind metoda de autosincronizare, este posibilă pornirea tuturor mașinilor, indiferent de multiplicitatea curentului de comutare și de metoda de răcire a acestora.

Necesitatea acestui dispozitiv apare atunci când conectați un generator în paralel la o rețea de curent alternativ sau la un alt generator. Acest proces se numește sincronizare.

Pentru ca pornirea să aibă loc fără a deteriora generatorul, trebuie îndeplinite simultan trei condiții:

Tensiuniîn rețea și la generator au aceeași dimensiune;
Frecvență generarea este egală cu frecvența tensiunii din rețea;
Unghiul de fazăîntre tensiunile acelorași faze ale rețelei și generator este zero.

Tensiunea generatoruluiînainte de sincronizare, setați egal cu tensiunea rețelei folosind voltmetre de control. Tensiunea de ieșire este reglată prin schimbarea curentului din rotor.

Pentru potrivire frecvențele de generare(fg) la valoarea frecvenței rețelei (fc) modificați viteza de rotație a generatorului. La centralele electrice se regleaza in acest scop cantitatea de abur (apa) furnizata paletelor turbinei.

CU unghiul de fază mult mai dificil. Este imposibil să se obțină egalitatea exactă a frecvenței de generare cu frecvența rețelei. Dar chiar dacă această condiție este îndeplinită, egalitatea poate fi atinsă rareori. Procesul este și mai complicat de faptul că viteza de rotație a arborelui unității turbinei este modificată pentru reglare. Cu o masă de mai multe tone de arbori de aparate industriale, schimbarea vitezei are loc cu inerție, care este greu de luat în considerare.

Ca urmare, după egalizarea frecvenței există încă o diferență numită frecvența de alunecare:

Consecința frecvenței de alunecare este o modificare ciclică constantă a unghiului dintre tensiunile rețelei și ale generatorului de la zero la 360 de grade. Cu cât frecvența de alunecare este mai mare, cu atât unghiul se schimbă mai repede și invers.

Pentru a afișa vizual unghiul dintre tensiunile rețelei și ale generatorului, aveți nevoie sincroscop. Tensiunile acelorași faze ale rețelei și ale generatorului sunt furnizate acestuia. Poziția zero a săgeții de pe ea apare la un unghi egal cu zero, valoarea opusă - la 180 de grade.

Acul sincroscopului se rotește constant în timpul sincronizării. Sensul de rotație determină dacă frecvența de generare a frecvenței în rețea este mai mare sau mai mică. În momentul în care săgeata trece prin poziția zero, generatorul este pornit în rețea.

Pornirea generatorului în momentul în care săgeata indică 180 de grade duce la apariția curenților prin înfășurarea statorului, depășind curentul nominal de scurtcircuit. În timpul în care protecția este în vigoare, acest curent va avea timp să distrugă înfășurarea statorului. Generatorul va trebui trimis pentru reparații majore.

Dacă generatorul este conectat la rețea la unghiuri mai mici, dar nu egale cu zero, se va produce o creștere a curentului pe termen scurt prin înfășurarea statorului. Acesta este, de asemenea, un mod de funcționare de urgență. Înfășurarea nu va fi deteriorată, dar conexiunea sistematică nesincronizată a unității la rețea va duce în cele din urmă la defecțiune. De aceea comutarea nesincronă este interzisă.

Coloana de sincronizare

Pentru monitorizarea vizuală a parametrilor atunci când generatoarele sunt conectate la rețea, este instalată o coloană de sincronizare la Panoul de control principal al centralelor electrice. Pe el sunt amplasate următoarele dispozitive:

Voltmetru pentru monitorizarea tensiunii rețelei.
Voltmetru pentru monitorizarea tensiunii la generator.
Frecvența rețelei.
Frecvența generatorului.
Sincronoscop.

Uneori, pe coloană este amplasată suplimentar o lampă de control, conectată între una dintre fazele rețelei și generator. Lampa își schimbă luminozitatea simultan cu mișcarea acului de sincronizare. Când unghiul dintre tensiuni este zero, se stinge, iar la 180 de grade, arde la luminozitate maximă. În centralele electrice mobile, astfel de lămpi sunt uneori instalate pe toate cele trei faze împreună cu (sau în loc de) un sincronoscop.

Deoarece există multe generatoare în stații, este posibil să le conectați unul câte unul la coloana de sincronizare.

Sincronizatoare automate

Deoarece procesul de sincronizare este dificil de controlat manual, acesta se realizează automat. În acest scop, la centralele electrice sunt instalate dispozitive numite autosincronizatoare.

Reglarea vitezei generatorului în modul manual se realizează cu ajutorul tastelor care furnizează un impuls dispozitivului de control. În centralele termice, acesta este motorul electric al supapei de abur la admisia turbinei. Prin rotirea scurtă a cheii în pozițiile „Mai mult” sau „Mai puțin”, personalul de operare deschide sau închide supapa. Aceasta asigură reglarea vitezei turbinei. Aceeași operațiune este efectuată de un autosincronizator care funcționează în modul automat.

La fel ca și sincroscopul, tensiunile de la ieșirea generatorului și de la rețea sunt conectate la acesta. Le monitorizează constant valorile și emite un impuls de a porni numai atunci când sunt îndeplinite condițiile enumerate la începutul acestui articol. Dar cu o singură diferență: comanda de pornire a generatorului în rețea este emisă în avans, cu o întârziere specificată la configurarea sincronizatorului.

Pentru ce este? Faptul este că comutatorul care conectează generatorul la rețea este caracterizat propriul timp de comutare. Este mic (zecimi de secundă), dar este suficient pentru ca acul sincroscopului să se îndepărteze de poziția zero în timpul declanșării. Prin urmare, la setările sincronizatorului este adăugată o întârziere, numită timp de avans. Pentru fiecare tip de întrerupător (ulei, vid, SF6) are o semnificație diferită.

Autosincronizator nu pornește generatorul la rețea când frecvența de alunecare este zero. Procesul de reglare a vitezei turbinei este atât de instabil încât viteza de rotație se poate schimba în orice moment. Prin urmare, comutarea are loc la o frecvență scăzută de alunecare, alta decât zero.

Procesul de sincronizare

Conectarea generatoarelor la rețeaua de la centralele electrice funcționează astfel.

După ce unitatea de turbină atinge viteza sa nominală, controlul acesteia este transferat personalului de operare al panoului de control principal. După transferul controlului, personalul atelierului de turbine nu interferează cu funcționarea acestuia.
Folosind contoare de frecvență de pe coloana de sincronizare, personalul egalizează frecvența de generare cu frecvența rețelei, modificând viteza de rotație a turbinei.
Folosind voltmetre pe coloana de sincronizare, schimbând curentul în rotor, tensiunea de pe statorul generatorului este setată egală cu tensiunea rețelei. Acest lucru se face numai după egalizarea frecvenței, deoarece pe măsură ce frecvența se modifică, se modifică și tensiunea de ieșire a statorului.
Viteza de rotație a turbinei se modifică în sus sau în jos cu cantitatea necesară pentru funcționarea normală a autosincronizatorului.
Autosincronizatorul începe să funcționeze. Analizând valoarea frecvenței de alunecare, emite impulsuri pentru modificarea turației turbinei, realizând frecvența de rotație necesară.
După ce a ajustat valoarea de alunecare, autosincronizatorul trece automat la modul de măsurare a unghiului dintre tensiuni și calculează momentul în care să aplice un impuls pentru a porni, astfel încât să apară la valoarea sa zero. Imediat ce este atins acest punct, comutatorul se aprinde.

Procesul diferă în diferite centrale electrice și atunci când se utilizează diferite tipuri de sincronizatoare. Ele, ca și dispozitivele de protecție cu relee, au trecut prin trei etape de dezvoltare.

Se întâmplă că devine necesară conectarea unui al doilea generator pentru funcționare în paralel. De exemplu, în sistemele de alimentare electrică a navelor, două sau mai multe generatoare sunt instalate pentru a crește capacitatea de supraviețuire. Puterea totală a generatoarelor este întotdeauna puțin mai mare decât puterea totală a tuturor consumatorilor. Instalarea mai multor generatoare crește capacitatea de supraviețuire și eficiența instalației, face posibilă efectuarea de inspecții de rutină și reparații ale generatoarelor, scoțându-le din funcțiune unul câte unul.

Generatoarele de nave pot funcționa separat, fără conexiune electrică între ele, sau împreună, cu o conexiune paralelă. Există o funcționare paralelă pe termen scurt și lung a generatoarelor. Funcționarea paralelă pe termen scurt este concepută pentru a transfera fără probleme sarcina de la un generator la altul cu oprirea ulterioară a primului generator sau funcționarea separată a acestora. Funcționarea în comun în paralel a generatoarelor are o serie de avantaje:

1) transferul sarcinii de la un generator la altul se realizează fără probleme, fără întrerupere a puterii;

2) alimentarea neîntreruptă a consumatorilor este asigurată atunci când unul dintre generatoare se defectează;

3) se asigură o calitate superioară a energiei electrice (mai puține fluctuații de tensiune);

4) posibilitatea efectuării alternativ de inspecții tehnice și reparații ale generatoarelor.

Dezavantajele funcționării în paralel a generatoarelor includ:

1) complicarea circuitului de pornire și control a generatoarelor;

2) o creștere semnificativă a curentului în timpul scurtcircuitelor în sistemul de alimentare electrică.

Să luăm în considerare funcționarea în paralel a generatoarelor de curent continuu de excitație paralelă și mixtă, deoarece Generatoarele de excitație în serie nu sunt de obicei utilizate în acest mod și practic nu există diferențe în funcționarea în paralel a generatoarelor de excitație paralele și independente.

Fig. 1 - Diagrama de funcționare în paralel a generatoarelor de excitație paralelă

Pornirea generatoarelor de excitație în paralel pentru funcționare în paralel.

O diagramă schematică a funcționării în paralel a generatoarelor este prezentată în Fig. 1. Să presupunem că primul generator G 1 este conectat la magistrale și funcționează cu o anumită sarcină, creând tensiunea U pe magistrale.Generatorul G 2 care funcționează la ralanti trebuie pus în funcțiune astfel încât modul primului generator G 1 să facă nu se modifică, iar curentul generatorului G 2 a fost egal cu zero atunci când a fost pornit.

Rezultă că emf-urile generatoarelor trebuie să fie îndreptate unul față de celălalt. În consecință, condițiile pentru pornirea generatoarelor de excitație în paralel pentru funcționare în paralel pot fi formulate după cum urmează:

1. Polaritatea bornelor generatorului de funcționare și conectat trebuie să fie aceeași.

2. EMF-ul generatorului conectat trebuie să fie egal cu tensiunea rețelei la care este conectat.

Dacă sunt îndeplinite aceste condiții, curentul generatorului G 2 va fi zero, iar modul generatorului G 1 nu se va schimba, deoarece

Dacă porniți generatorul G2 cu polaritatea greșită, atunci în circuitul închis format din armăturile ambelor generatoare și magistralele, EMF-urile lor se vor aduna și, deoarece rezistența acestui circuit este foarte mică, va apărea un curent foarte mare. , ceea ce poate duce la o defecțiune a generatoarelor.

Transfer și distribuție a încărcăturii. După conectarea generatorului G 2 la rețea, puteți accepta o sarcină pe acesta. Pentru două generatoare care funcționează în paralel, ecuațiile de echilibru ale tensiunii circuitului de armătură pot fi reprezentate ca

de unde obținem relațiile pentru curenții de sarcină

Din sistemul de ecuații este clar că pentru a accepta sarcina generatoarelor este necesară creșterea EMF, care poate fi modificată fie prin modificarea numărului de rotații ale generatorului, fie prin modificarea curentului de excitație. De obicei, viteza de rotație a generatoarelor este menținută constantă folosind un regulator automat de viteză (ASC), iar în practică, EMF-ul generatoarelor este controlat prin modificarea curentului de excitație.

Pentru a accepta sarcina generatorului G 2, este necesară creșterea curentului I în 2 prin reducerea rezistenței r în 2 în circuitul de excitație. FEM E a 2 devine mai mare decât tensiunea U, în urma căreia apare un curent I 2 în armătura generatorului G 2. Dacă curentul de sarcină nu se modifică, atunci odată cu apariția curentului I 2, curentul I 1 scade. Dacă E a 1 nu este modificat, atunci E a 1 -I 1 r a 1 devine mai mare și tensiunea magistralei începe să crească. Prin urmare, pentru a menține U=const, concomitent cu o creștere a E a 2, este necesar să se reducă E a 1 prin reducerea curentului de excitație I în 1 în circuitul de excitație al generatorului G 1. În acest fel, este posibil să transferați o parte sau întreaga sarcină de la generatorul G 1 la generatorul G 2. Trebuie remarcat faptul că atunci când sarcina este transferată, curenții generatoarelor se modifică și, prin urmare, puterea acestora se modifică. În acest caz, echilibrul de putere al generatoarelor și al motoarelor lor primare este perturbat, drept urmare vitezele de rotație ale generatoarelor se modifică. Pentru a menține constantă viteza, se activează ARS, care modifică alimentarea cu combustibil, abur etc. în motorul principal și restabiliți viteza de rotație anterioară.

Orez. 2 — Caracteristicile externe ale generatoarelor

De regulă, mașinile de putere egală și aceleași caracteristici externe sunt selectate ca generatoare pentru funcționare în paralel. Apoi, este posibil să încărcați generatoarele uniform la același curent de excitație. Dacă caracteristicile externe nu se potrivesc, atunci generatoarele sunt încărcate cu curenți diferiți în timpul funcționării în paralel. Figura 2 prezintă caracteristicile externe a două generatoare cu pante diferite. Să presupunem că ambele generatoare sunt conectate în paralel și funcționează la relanti cu tensiunea U 0 . Când o sarcină nominală de 2I n este pornită, tensiunea nominală U n este setată pe magistrale.

După caracteristicile externe, această tensiune corespunde curenților de sarcină ai generatoarelor I 1 și I 2, iar I 1 + I 2 = 2I n. După cum puteți vedea, un generator cu o caracteristică „mai moale” (1) este subîncărcat, iar un generator cu o caracteristică „mai greu” (2) este supraîncărcat. În acest caz, pentru a asigura o sarcină uniformă la ambele generatoare, este necesară creșterea curentului de excitație al primului generator și reducerea acestuia la al doilea generator până când curenții I 1 și I 2 sunt egalați.

Dacă generatoarele au puteri diferite și sunt proiectate pentru funcționare în paralel, atunci pentru a distribui sarcina proporțional în funcție de puterile lor, fără a regla curentul de excitație, este necesar ca caracteristicile lor relative să coincidă. În acest caz, sarcina va fi distribuită proporțional cu puterea nominală a generatoarelor.

Caracteristici de funcționare în paralel a generatoarelor de excitație mixtă. O diagramă schematică a pornirii generatoarelor de excitație mixtă în timpul funcționării în paralel este prezentată în Fig. 3.

Orez. 3 — Schema de funcționare în paralel a generatoarelor de excitație mixtă

Caracteristica sa distinctivă este că punctele (I) și (2), la care înfășurările succesive de câmp sunt conectate la bornele armăturii cu același nume, sunt conectate între ele printr-un fir de egalizare.

Firul de egalizare permite funcționarea stabilă în paralel a generatoarelor. Pentru a înțelege necesitatea unui fir de egalizare, luați în considerare funcționarea în paralel a generatoarelor de excitație mixte fără un fir de egalizare. Să presupunem că funcționează două generatoare de aceeași putere, cu aceeași frecvență de rotație, aceeași rezistență internă r a 1 = r a 2, sarcinile, fem și fluxurile magnetice sunt de asemenea egale.

Dacă dintr-un motiv oarecare viteza unuia, de exemplu, primul generator, crește, atunci aceasta va determina o creștere a EMF E a 1 și, prin urmare, o creștere a curentului de sarcină pe acest generator. Datorită prezenței unei înfășurări în serie, o creștere a sarcinii implică o creștere a fluxului magnetic rezultat al acestui generator, ceea ce duce la o creștere și mai mare a EMF și, în consecință, a curentului etc. Ca urmare, sarcina acestui generator va crește, iar cea a celui de-al doilea generator va scădea, până când acesta trece în modul motor, ceea ce este periculos pentru ambele generatoare.

Ulterior, o creștere excesivă a sarcinii pe primul generator determină o scădere a vitezei de rotație a acestuia și, prin urmare, a EMF. Sarcina începe să se transfere la al doilea generator, adică. viteza sa va tinde să crească. Astfel, are loc un proces oscilator de transfer al sarcinii de la un generator la altul și funcționarea în paralel devine instabilă.

Dacă există un fir de egalizare 1-2 (Fig. 3), înfășurările în serie sunt conectate în paralel. În consecință, curenții lor sunt întotdeauna în același raport, determinat de rezistențele acestor înfășurări.

Dacă acum, dintr-un anumit motiv, EMF E a1 al generatorului G 1 devine mai mare decât EMF E a 2 al generatorului G 2, atunci apare un curent de egalizare în circuitul dintre armături, a cărui valoare este determinată de expresia

Astfel, cu o creștere a EMF și, prin urmare, a curentului în înfășurarea în serie a unui generator, curentul în înfășurarea în serie a altui generator va crește în același raport. În conformitate cu aceasta, EMF și curenții de sarcină ai ambelor generatoare vor crește simultan și procesul oscilator nu va avea loc. Această egalitate a curenților în înfășurările în serie va fi menținută sub orice sarcină. Dacă generatoarele de putere diferită funcționează în paralel, atunci rezistențele înfășurărilor lor succesive nu vor fi egale, astfel încât curenții din aceste înfășurări vor fi distribuite invers proporțional cu rezistențele lor. Cu toate acestea, în orice caz, o modificare a curentului într-un generator va duce la o schimbare a curentului în celălalt și procesul oscilator nu va avea loc. În aceste condiții, funcționarea în paralel a generatoarelor de excitație mixtă devine destul de stabilă.

Recepția și distribuția sarcinii în generatoarele cu excitație mixtă se realizează ca și în generatoarele cu excitație paralelă prin modificarea curentului în înfășurările de excitație paralelă.

De obicei, centralele electrice instalează mai multe generatoare sincrone pentru funcționare în paralel pe o rețea electrică comună. Acest lucru asigură o creștere a puterii totale a centralei electrice (cu puterea limitată a fiecăruia dintre generatoarele instalate pe aceasta), crește fiabilitatea alimentării cu energie a consumatorilor și permite o mai bună organizare a întreținerii unităților. Centralele electrice, la rândul lor, sunt combinate pentru funcționare în paralel în sisteme puternice de alimentare care le permit să rezolve cel mai bine problema generării și distribuirii energiei electrice. Astfel, pentru o mașină sincronă instalată la o centrală electrică sau la orice instalație conectată la sistemul de alimentare, modul tipic este funcționarea pe o rețea de mare putere, în comparație cu care puterea proprie a generatorului este foarte mică. În acest caz, cu un grad ridicat de precizie, putem presupune că generatorul funcționează în paralel cu o rețea de putere infinit de mare, adică că tensiunea de rețea U c și frecvența sa f c sunt constante, independente de sarcina unui generator dat.

Pornirea generatorului pentru funcționare în paralel cu rețeaua

În modul luat în considerare, este necesar să se asigure cea mai mică supratensiune de curent posibilă în momentul în care generatorul este conectat la rețea. În caz contrar, protecția poate declanșa și deteriora generatorul sau motorul principal. Curentul în momentul în care generatorul este conectat la rețea va fi zero dacă este posibil să se asigure egalitatea valorilor instantanee ale tensiunilor rețelei u s și generator Și G:

U cm păcat c t - b Cu ) = U G m păcat G - b G ).

În practică, îndeplinirea condiției (6.27) se reduce la îndeplinirea a trei egalități: valorile rețelei și tensiunile generatorului U cm = U um sau U c = U G; frecvente sch c = sch g sau f c = f G; fazele lor inițiale b c = b g (potrivirea de fază a vectorilor U c și U G). În plus, pentru generatoarele trifazate, trebuie convenită ordinea de rotație a fazelor.

Setul de operațiuni efectuate atunci când generatorul este conectat la rețea se numește sincronizare. În practică, la sincronizarea unui generator, se setează mai întâi turația nominală a rotorului, ceea ce asigură egalitatea aproximativă a frecvenței f Cu ? f g și apoi, prin reglarea curentului de excitație, se obțin o tensiune egală U c = U d. Coincidența de fază a vectorilor de tensiune ai rețelei și ai generatorului (b c = b d) este controlată de dispozitive speciale -- Sincroscoape cu lampă și indicator.

Sincroscoapele cu tuburi sunt folosite pentru sincronizarea generatoarelor de putere redusă, deci sunt utilizate de obicei în practica de laborator. Acest dispozitiv este format din trei lămpi conectate între fazele generatorului și rețea (Fig. 6.32, a). Fiecare lampă este supusă tensiunii D u = u Cu -- u g, care la f Cu? f g se modifică cu frecvența D f = f c- f g, numit frecvența bătăilor(Fig. 6.32, b). În acest caz, lămpile clipesc. La f Cu? f g diferență D Și se schimbă încet, drept urmare lămpile se aprind treptat și se sting.

Diagrama de conectare a unui generator sincron la rețea folosind un sincronoscop cu lampă (a) și curbe de schimbare a tensiunii și Cu si si G înainte de a porni generatorul (b)

De obicei, generatorul este conectat la rețea în momentul în care diferența de tensiune D u pentru o scurtă perioadă de timp devine aproape de zero, adică în mijlocul perioadei de stingere a lămpii. În acest caz, condiția coincidenței în fază a vectorilor este îndeplinită U c și U d. Pentru a determina mai precis acest moment, se folosește adesea un voltmetru zero, care are o scară extinsă în regiunea zero. După conectarea generatorului la rețea, sincronizarea ulterioară a frecvenței sale de rotație, adică asigurarea stării n 2 = n 1, apare automat.

Generatoarele de mare putere sunt sincronizate folosind sincroscoape pointer care funcționează pe principiul unui câmp magnetic rotativ. În aceste dispozitive, când f Cu? f d săgeata se rotește cu o frecvență proporțională cu diferența. frecvente f Cu - f d, într-o direcție sau în alta, în funcție de care dintre aceste frecvențe este mai mare. La f c = f g săgeata este setată la zero; în acest moment generatorul ar trebui să fie conectat la rețea. Centralele electrice folosesc de obicei dispozitive automate pentru a sincroniza generatoarele fără participarea personalului de întreținere.

Destul de des, se folosește metoda de auto-sincronizare, în care generatorul este conectat la rețea în absența excitației (înfășurarea de excitație este închisă la rezistența activă). În acest caz, rotorul este accelerat până la o viteză de rotație apropiată de sincronă (alunecarea de până la 2% este permisă), datorită cuplului motorului primar și a cuplului asincron cauzat de inducerea curentului în înfășurarea amortizorului. După aceasta, curentul continuu este furnizat înfășurării de excitație, ceea ce duce la tragerea rotorului în sincronism. Cu metoda de auto-sincronizare, în momentul în care generatorul este pornit, are loc o supratensiune relativ mare de curent, care nu trebuie să depășească 3,5 eu un nom.

Diagrame vectoriale simplificate ale unui generator cu poli non-solient atunci când funcționează în paralel cu o rețea