Большинство технологических процессов протекает с выделением или поглощением тепла. Поэтому измерение и регулирование является важнейшей задачей служб автоматизации.

На заводах и судах применяют в основном следующие приборы: потенциометры с термопарами (), уравновешенные мосты с термометрами сопротивления и .

Электронные термометры получили широкое распространение в качестве измерителей температуры. Ознакомиться с контактными и бесконтактными цифровыми термометрами можно на сайте http://mera-tek.ru/termometry/termometry-elektronnye . Этими приборами в основном и обеспечивается измерение температуры на технологических установках благодаря высокой точности измерения и большой скорости регистрации.

В электронных потенциометрах, как показывающих, так и регистрирующих, применяются автоматическая стабилизация тока в цепи потенциометра и непрерывная компенсация термопары.

Соединение токопроводящих жил — часть технологического процесса соединения кабеля. Многопроволочные токопроводящие жилы с площадью сечения от 0,35 до 1,5 мм 2 соединяют пайкой после скрутки отдельных проволок (рис. 1). Если восстанавливают изоляционными трубками 3, то перед скруткой проволок их необходимо надеть на жилу и сдвинуть к срезу оболочки 4.

Рис. 1. Соединение жил скруткой: 1 — жила токопроводящая; 2 — изоляция жилы; 3 — трубка изоляционная; 4 — оболочка кабеля; 5 — луженые проволоки; 6 — паяная поверхность

Однопроволочные жилы соединяют внахлест, скрепляя перед пайкой двумя бандажами из двух-трех витков медной луженой проволоки диаметром 0,3 мм (рис. 2). Также можно использовать специальные клеммы wago 222 415 , которые сегодня стали очень популярны за счет простоты использования и надежности эксплуатации.

При монтаже электрических исполнительных механизмов корпус их необходимо заземлять проводом сечением не менее 4 мм 2 через винт заземления. Место присоединения заземляющего проводника тщательно зачищают, а после присоединения наносят на него слой консистентной смазки ЦИАТИМ-201 для предохранения от коррозии. По окончании монтажа с помощью проверяют значение

Как уже отмечалось, для включения генераторов постоянного тока на параллельную работу необходимо, чтобы напряжения на зажимах их были одинаковыми и чтобы полярность включаемого генератора соответствовала полярности сети. При этом напряже­ние подключаемого генератора устанавливают несколько выше напряжения работающих генераторов, чтобы сразу же после за­мыкания контактов выключателя генератор принял на себя часть нагрузки работающих машин. Затем по мере прогрева привод­ного двигателя подключаемого генератора напряжение на его зажимах увеличивают и одновременно уменьшают напряжение работающих машин так, чтобы напряжение на шинах осталось без изменения.

Процесс перераспределения нагрузки протекает следующим образом. Например, при увеличении тока возбуждения подклю­чаемого генератора возрастает его напряжение, от чего увеличи­вается нагрузка и снижается частота вращения приводного дви­гателя. При этом начинает действовать регулятор частоты, уве­личивая подачу топлива или пара (в зависимости от типа привод­ного двигателя), и восстанавливает частоту вращения агрегата при соответственно увеличенной его мощности.

При необходимости отключения одного из генераторов умень­шают его возбуждение и одновременно увеличивают возбуждение других машин так, чтобы напряжение на шинах оставалось по­стоянным. Эту операцию производят до тех пор, пока ток генера­тора не станет равным нулю.

Следует иметь в виду, что при чрезмерном уменьшении напря­жения отключаемого генератора его ток может изменить направ­ление и машина перейдет в двигательный режим, что может привести к аварии. Во избежание этого предусматривается уста­новка реле обратного тока, отключающего генератор при измене­нии направления тока.

Условия параллельного включения СГ, по существу, те же, что и генераторов постоянного тока, но напряжения СГ изменя­ются по величине и по знаку. Поэтому у СГ имеется в виду совпа­дение мгновенных значений их напряжений, т. е. u1=u2, что оп­ределяет следующие условия включения СГ на параллельную ра­боту.

Формы кривых напряжений u1 и u2 должны быть одинако­выми;

Действующие значения напряжений должны быть равны между собой;

Напряжения должны совпадать по фазе;

Частоты должны быть одинаковыми;

Порядок чередования фаз (для 3-фазных машин) должен быть одинаковым.

Выполнение первого условия обеспечивается конструкцией со­временных генераторов, последнего-при монтаже, а остальных- в зависимости от того, как производятся операции, связанные с включением генераторов на параллельную работу. Выполнение их контролируется вольтметрами, синхроноскопами и частотомерами.

При несоблюдении условий включения СГ на параллельную работу, например при неравенстве действующих значений напря­жений, могут возникнуть большие уравнительные токи. При не­выполнении третьего и четвертого условий возникают напряже­ния биения.

Представим напряжения U1 и U2 в виде двух векторов, один из которых неподвижен, а другой вращается относительно пер­вого со скоростью, равной разности угловых скоростей 2pf1-2pf2.

Пусть в некоторый момент времени векторы U1 и U2 распо­ложены так, как показано на рис. 120. Их геометрическая сумма определяет напряжение DU, под влиянием которого по цепи пой­дет ток биений Iб, отстающий от напряжения DU по фазе на 90°. В отличие от уравнительного тока ток биения близок по фазе к напряжению U2 и находится в противофазе с напряжением U1. Таким образом, в рассматриваемый момент ток является актив­ным и не только нагружает генераторы, но и влияет на работу при­водных двигателей.

Напряжение биений возникает при несин­хронной работе генераторов и зависит от величины рассогласо­вания частот и от угла сдвига фаз между напряжениями. Макси­мального значения, равного 2Um, напряжение биения достигает при угле сдвига фаз, равном 180°.

Итак, невыполнение условий безаварийного включения генера­торов на параллельную работу приводит к возникновению пере­ходных процессов, которые сопровождаются толчками уравнитель­ного тока между генераторами, и механического момента на валах приводных двигателей. Эти явления обычно сопровождаются зна­чительными отклонениями напряжения судовой сети.

Все это может привести к тому, что не только включаемый ге­нератор не войдет в синхронизм, но могут выпасть из синхро­низма и другие параллельно работающие генераторы. Вот поче­му включение генератора на параллельную работу с другими, уже работающими, представляет собой весьма ответственную задачу, которая должна выполняться при строгом соблюдении всех усло­вий, гарантирующих параллельную работу ГА судовой электро­станции.

Процесс включения генераторов переменного тока на парал­лельную работу при выполнении указанных выше условий назы­вается синхронизацией.

Синхронизация предусматривает выполнение следующих основ­ных требований:

Уравнительный ток в первый момент включения должен быть возможно меньшим;

После включения генераторы должны оставаться в синхро­низме;

Процесс синхронизации не должен вызывать отклонения пара­метров судовой сети выше допустимых.

Синхронные генераторы могут включаться на параллельную работу способами точной синхронизации, грубой синхронизации и самосинхронизации, причем эти способы включения осуществля­ются как вручную-оператором, так и автоматически.

Точная синхронизация . При точной синхронизации напряжение подключаемого СГ должно несколько превышать напряжение на шинах, а частота вращения СГ должна быть близкой номиналь­ной. Для этого обычно на ГРЩ располагают кнопочные посты управления серводвигателями SB1 и SB2 (рис. 121), воздейст­вующие на регуляторы частоты вращения приводных двигателей ПД. Включая серводвигатель Ml или М2 в ту или иную сторону, повышают или понижают частоту вращения подключаемого СГ до нужного значения. Затем, пользуясь синхроноскопом SS, улав­ливают момент близкого совпадения по фазе напряжения на ши­нах и напряжения подключаемого СГ и выключателем Q включают генератор на параллельную работу.

Наибольшее применение получили синхроноскопы 2-х типов: на лампах накаливания и сельсинах. В простейшем случае синхроноскоп может быть выполнен на одной лампе, включенный между одноименными фазами сети и включаемого генератора.

На практике чаще всего используется 3-х ламповая схема синхроноскопа, причем возможно 2 варианта ее выполнения. На погасание ламп и на « вращение огня». В первом случае лампы включены между одноименными фазами А-А, В-В, С-С. В этом случае на каждой лампе напряжение биения может изменяться с частотой равной разности f3=f1-f2, см. рис. 122. Причем момент погасания лампы свидетельствует о совпадении векторов напряжения U1 и U2, то есть все лампы будут гореть пульсирующим огнем.

Во втором случае используются схемы вращения огня, одна из ламп включена между одноименными фазами, например А-А, а две другие – между разноименными, см. рис. 123.

В результате схема дает эффект вращения огня, со скоростью – пропорциональной разности частот, при этом направление вращающегося огня зависит от того, отстает или опережает вектор напряжения включаемого генератора от вектора напряжения сети.

Здесь момент включения генераторного выключателя выбирается по двум факторам: возможно низкая скорость вращения огня, и момент погасания ламп включенными между одноименными фазами.

Второй тип синхроноскопа выполненный на сельсинах, представляет стрелочный прибор в котором вращается со скоростью равной частоте сети, и по ее положению определяется момент включения.

После подключения СГ постепенно, известным способом уве­личивают его нагрузку, для чего воздействуют посредством кно­почных постов на регуляторы приводных двигателей: у подклю­чаемого генератора в сторону увеличения частоты вращения, у работающего-в сторону снижения ее в таких пределах, чтобы частота сети оставалась неизменной.

При одинаковых генераторах и малом значении Хс (эквивалентное индуктивное сопротивление соединительной цепи) наибольшее значение уравнительного тока

При этом уравнительный ток равен ударному току ко­роткого замыкания одного ге­нератора.

Таким образом, включению СГ на параллельную работу способом точной синхрониза­ции должны предшествовать замеры и сравнения следую­щих величин работающего и подключаемого генераторов: напряжения, частоты, угла сдвига d между векторами напря­жения.

Подключение генератора к системе производится при выполне­нии следующих условий:

u1»u2, f1»f2, d=0.

На зажимах одноименных фаз двух несинхронно работающих генераторов возникает напряжение биения, огибающая которого показана на рис. 125. Эта кривая характеризуется периодом бие­ния tб и максимальным значением напряжения Uбmах.

Подключение генератора на параллельную работу следовало бы производить в точке, где uб=0, так как при этом выполня­ются указанные выше условия. Однако, принимая во внимание определенную продолжительность срабатывания выключателя, оператор должен воздействовать на его цепь управления не в мо­мент времени, соответствующий uб=o, а с некоторым опереже­нием tоп, равным времени срабатывания аппарата tср. Сказан­ное выше обусловливает высокие требования в отношении точно­сти выполнения операций по синхронизации генераторов.

Грубая синхронизация. Отличается от точной синхронизации тем, что генератор подключается на шины не прямо, а через ре­активное сопротивление Хр, включенное в каждую фазу, которое после втягивания СГ в синхронизм отключается контакторами К1 и К2 (рис. 124). Введение сопротивления между генераторами ограничивает уравнительные токи даже при значительных сдви­гах напряжения генераторов по фазе и потому не требует особой точности при выборе момента включения коммутационного ап­парата.

Наибольшее значение уравнительного тока

где U-напряжение синхронизируемого генератора.

Реактор для синхронизации генераторов мощностью 50 - 1500 кВт имеет индуктивное сопротивление 1,3-1,8 (о е) при разности частот 2 Гц, массу обмотки 90 кг.

Правильный расчет и выбор реактора, а также установление допустимых пределов разности частот синхронизируемых генерато­ров обеспечивают втягивание в синхронизм генераторов в тече­ние 1,5-3 с Максимальные всплески токов и провалы напряже­ния при этом не превышают допустимых значений Так как про­цесс грубой синхронизации проходит довольно быстро, реакторы рассчитываются на кратковременную работу.

Отсутствие необходимости в точном выборе момента включе­ния генератора является существенным достоинством способа гру­бой синхронизации, а к его недостаткам следует отнести наличие специальных реакторов и коммутационных аппаратов

Самосинхронизация . При самосинхронизации частоту вращения подключаемою генератора доводят до значения, близкого к но­минальному, и без возбуждения подсоединяют к шинам работа­ющего генератора, затем подают возбуждение, и генератор втягивается в синхронизм

Так как ЭДС подключаемого генератора равна нулю, то максимальное значение уравнительною тока в момент замыкания контактов будет вдвое меньше возможного максимального тока при синхронизации возбужденных генераторов Однако уравнительный ток все же значителен и может вызвать большие кратко­временные провалы напряжения в сети. Скачок тока при подключении генератора зависит от соотношения мощностей работающего и подключаемого генераторов. При включении СГ у параллельно работающего генератора, имеющего такую же мощность, напряже­ние может снизиться до 50 % номинального, а у генераторов, мощность которых представляет 25-30% мощности ЭС, -до 15-20 %. Генераторы различной мощности при самосинхрониза­ции надежно втягиваются в синхронизм При этом начальный ток статора составляет (2-4,5) Iном, провалы напряжения-до 20- 40 %, время синхронизации-до 1-1,5 с при скольжении ±2-3%.

Способ самосинхронизации не может быть применен, когда оба генератора работают с нагрузкой и включение их на парал­лельную работу производится с целью перевода всей нагрузки на один генератор или для создания в системе вращающегося резер­ва мощности.

Самосинхронизация генераторов осуществляется крайне про­сто, так как при этом способе включения СГ не нужно улавли­вать моменты совпадения фаз ЭДС подключаемого и работаю­щего генераторов. Тем не менее из-за возможных больших прова­лов напряжения этот способ синхронизации на судовых электро­станциях применения не находит и может использоваться лишь в отдельных электрических установках, например в гребных элект­рических установках.

Автоматическая синхронизация . Включение СГ на параллельную работу способом точной синхронизации требует от обслуживаю­щего персонала соответствующих знаний и навыков. При непра­вильном включении генератора судно может полностью или ча­стично остаться без электроэнергии. При этом могут лишиться питания и механизмы, от которых зависит живучесть судна.

В настоящее время применяются устройства автоматической точной синхронизации генераторов, которые позволяют произво­дить включение СГ на параллельную работу практически без скачков тока и провалов напряжения в судовой сети.

При этом необходимо соблюдение следующих уже известных нам условий:

Скольжение не превосходит допустимой величины;

Угол сдвига фаз между сравниваемыми напряжениями в мо­мент замыкания контактов выключателя близок к нулю;

Разность амплитуд сравниваемых напряжений не превышает допустимой величины.

При полуавтоматической точной синхронизации подгонка ча­стоты подключаемого генератора осуществляется вручную дистан­ционно с пульта управления специальным ключом, а включение автомата-от сигнала синхронизатора.

При ручной точной синхронизации операции по подгонке ча­стоты и включение автомата производятся дистанционно вручную с контролем по синхроноскопу и частотомерам, установленным на пульте управления.

Для осуществления автоматической, полуавтоматической и ручной синхронизации на пульте управления кроме автоматиче­ского синхронизатора и синхроноскопа установлены ключи син­хронизации. Эти ключи представляют собой универсальные па­кетные переключатели на два рабочих положения: «Автома­тическая синхронизация» и «Ручная синхронизация», и нулевое положение, когда все цепи разомкнуты.

Параллельная работа генераторов ДЭС обеспечивает повышение надежности электроснабжения потребителей и экономичности эксплуатации ДЭС, а также уменьшает отклонения частоты и напряжения при колебаниях нагрузки. Поэтому для большинства генераторов ДЭС предусмотрен режим параллельной работы как с внешней электросистемой, так и с другими ДЭС.
Параллельная работа генераторов требует выполнения специальных условий, необходимых для безаварийного включения генераторов ДЭС на параллельную работу, и устойчивой, надежной работы нескольких ДЭС в условиях эксплуатации.

Синхронизация генераторов при включении на параллельную работу.

Имеются два способа синхронизации генераторов: точная синхронизация и самосинхронизация.
При включении генератора способом точной синхронизации ток синхронизации в момент включения генератора на параллельную работу с сетью (или другим генератором) должен быть минимальным. Для выполнения этого условия необходимо фазоуказателем провести фазировку генератора с сетью, обеспечить равенство действующих значений напряжения генератора и сети (по вольтметру), добиться равенства частот генератора и сети (по частотомеру) и произвести включение генератора в момент совпадения векторов фазных напряжений генератора и сети (с помощью синхронизирующих ламп).

Рис. 1. Принципиальная схема дизель-генератора АСДА-100 с полупроводниковыми блоками автоматики.

Для автоматического включения генератора способом точной синхронизации в агрегатах АСДА-100 (см. рис. 1) использован блок синхронизатора. После пуска и вывода электроагрегата на подсинхронную частоту вращения блок контроля напряжения и частоты вращения выдает сигнал на возбуждение синхронного генератора.
Схема блока синхронизатора производит автоматическую подгонку напряжения и контроль разности напряжений, подгонку частоты и контроль разности частот генератора, включаемого на параллельную работу, и сети, а после выполнения заданных условий синхронизации дает сигнал на включение генератора на параллельную работу с сетью.
При включении способом самосинхронизации невозбужденный генератор (выключатель гашения поля АГП включен) раскручивается дизелем до номинальной частоты вращения (с отклонением ±2%) и включается в сеть автоматическим выключателем генератора. Затем подается возбуждение (АГП отключен) и генератор втягивается в синхронизм.
В этом случае до подключения генератора в сеть на его обмотках имеется лишь небольшое остаточное напряжение. Поэтому бросок тока, возникающий в статоре в момент синхронизации, будет незначителен. После подачи возбуждения на генератор по мере нарастания магнитного потока ротора появляется синхронный момент, под воздействием которого генератор входит в синхронизм.
Этот способ прост, быстр, исключает возможность ошибочного включения генератора и обеспечивает автоматизацию процесса синхронизации. Поэтому он нашел широкое применение на ДЭС. Существует множество ручных, полуавтоматических и автоматических схем и устройств самосинхронизации. На рис. 2 приведена широко распространенная полуавтоматическая схема с реле разности частот ИРЧ.

Рис. 2. Принципиальная схема дизель-генератора АСДА-100 с устройством КУ-67М. б - схема автоматики ДЭС.

На ДЭС серии АС применена схема автоматической самосинхронизации с использованием реле времени синхронизации РВС.
Мощность генераторов ДЭС, включаемых на параллельную работу способом самосинхронизации, не играет существенной роли. На ДЭС разрешается подключать на параллельную работу этим способом даже генератор, мощность которого превышает мощность всех уже работающих параллельно генераторов других ДЭС. Кратковременное снижение напряжения при включении быстро восстанавливается и не нарушает работу потребителей. Включать генератор рекомендуется при частоте вращения несколько большей синхронной (1%), чтобы генератор сразу же принял активную нагрузку. Подача возбуждения должна осуществляться без задержки вслед за подключением генератора к шинам, так как в противном случае генератор может не втянуться в синхронизм.
Рекомендуется включать генератор при скольжении 1-2 Гц, так как при этом сокращается время втягивания генератора в синхронизм. Шунтовой реостат в цепи возбуждения возбудителя (сопротивление уставки напряжения) необходимо устанавливать в положение, обеспечивающее надежное самовозбуждение и подъем напряжения на генераторе до нормального при его холостом ходе.
Для включения способом самосинхронизации вручную или полуавтоматически нужно, чтобы генератор перед включением работал без возбуждения (АГП отключен). Реостат в цепи возбуждения или сопротивление уставки напряжения должны обеспечивать подъем напряжения на генераторе при холостом ходе до номинального.
Агрегат разворачивают, плавно подводя к синхронной частоте вращения (ускорение 0,5-1,0 Гц/с).
Генератор подключают к шинам при погашенном поле генератора (показания вольтметров статора и возбудителя равны нулю) и разности частот по частотомеру 1-2 Гц.
Затем генератор возбуждают (включают АГП) и поднимают напряжение на нем (автоматически и вручную). После этого генератор втягивается в синхронизм и набирает нагрузку.

Выпадение генератора из синхронизма при параллельной работе.

Резкое изменение и нарушение режимов работы электрической сети и генераторов, а также нарушение условий синхронизации могут вызвать выпадение из синхронизма отдельных генераторов ДЭС. О выпадении из синхронизма генераторов можно судить по показаниям приборов: амперметры в цепи статора показывают значительные толчки тока (стрелки резко колеблются до упора), вольтметры - сильно колеблющееся пониженное напряжение, показания ваттметра меняются от начала шкалы до ее конца.
Определить выпадение из синхронизма можно и по пульсирующему в такт с качанием приборов гулу генератора. При выпадении генератора из синхронизма необходимо попытаться восстановить его синхронную работу, максимально увеличивая возбуждение и уменьшая активную нагрузку, а при невозможности восстановления синхронной работы следует отключить генератор от сети.

Распределение активной мощности ДЭС, работающей параллельно с другими ДЭС или промышленной сетью.

После включения генератора на параллельную работу с сетью осуществляют прием нагрузки на включенный генератор с помощью увеличения подачи топлива у первичного двигателя включаемого генератора.
Для устойчивой и надежной параллельной работы генераторов необходимо, чтобы активная мощность, отдаваемая работающими генераторами, распределялась между ними пропорционально их номинальным мощностям, так как в противном случае один из параллельно работающих генераторов окажется недогруженным, а другие перегруженными, что вызовет выход последних из строя или выпадение из синхронизма.
Пропорциональное распределение активной мощности между генераторами производится только в том случае, если приводные двигатели имеют одинаковый наклон характеристик, выражающих зависимость частоты вращения дизеля п от активной мощности Р на валу, т. е. одинаковый статизм.
При неодинаковом статизме привода и одинаковой частоте вращения параллельно работающих генераторов распределение активной мощности между ними не будет пропорционально их номинальным мощностям, как показано на рис. 3. Чтобы этого не происходило, статизм двигателя заранее регулируют настройкой регулятора подачи топлива.

Рис. 3. Распределение активной мощности между параллельно работающими генераторами 1 к 2 при неравенстве статизма их двигателей. n - частота вращения генератора; Р - активная мощность генератора.

Обычно дизельные двигатели имеют статизм 3%, что позволяет обеспечить неравномерность распределения активной мощности между параллельно работающими генераторами не более 10% мощности меньшего генератора.
Для перераспределения активной мощности между параллельно работающими ДЭС необходимо изменить подачу топлива в дизель, например увеличить подачу топлива в дизель генератора, на который переводят активную мощность, и уменьшить подачу топлива в дизель генератора, с которого снимают активную мощность.

Распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами и сетью.

При эксплуатации возможны следующие случаи параллельной работы генератора: с другими генераторами, имеющими принципиально отличную систему возбуждения (например машинную или статическую); с другими такими же генераторами или генераторами, имеющими аналогичную по принципу действия и схеме систему возбуждения; с промышленной сетью.
В первом случае для пропорционального распределения реактивной мощности между генераторами необходимо, чтобы напряжение каждого из генераторов при автономной работе несколько уменьшалось с увеличением реактивной нагрузки, а статизм по реактивной мощности генераторов был одинаков.
Статизмом по реактивной мощности называют относительное изменение напряжения генератора при увеличении его реактивной мощности. При неодинаковом статизме по реактивной мощности и одинаковом напряжении параллельно работающих генераторов распределение реактивной мощности между ними будет происходить непропорционально их номинальным мощностям (рис. 4).

Рис. 4. Распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами 1 к 2, имеющими неодинаковый статизм по реактивной мощности. U - напряжение генератора; Q - реактивная мощность генератора.
Для удовлетворительной параллельной работы генераторы должны иметь статизм по реактивной мощности 3-4%. Системы возбуждения многих генераторов не обеспечивают необходимого статизма по реактивной мощности и поэтому имеют специальное устройство параллельной работы, работа которого рассмотрена ниже.
Во втором случае пропорциональное распределение реактивных мощностей между параллельно работающими генераторами может быть достигнуто двумя путями: обеспечением одинакового их статизма по реактивной мощности, т. е. аналогично случаю параллельной работы разнотипных генераторов, или с помощью уравнительной связи обмоток возбуждения, что обеспечит самобаланс системы по реактивной мощности.
При параллельной работе со статизмом по реактивной мощности в результате увеличения реактивной нагрузки от 0 до 100% номинальной уменьшение напряжения на зажимах параллельно работающих генераторов достигает 4% начального значения, что не всегда приемлемо.
При параллельной работе с уравнительными соединениями без статизма по реактивной мощности точность поддержания напряжения на зажимах параллельно работающих генераторов будет такой же, как и при их автономной работе.
Для обеспечения удовлетворительной параллельной работы генераторы тоже должны иметь устройства параллельной работы.
Если генератор, работающий параллельно с промышленной сетью, необходимо нагрузить реактивной мощностью, то нужно увеличить его ток возбуждения. Изменение тока возбуждения генератора, работающего параллельно с сетью, достигается изменением сопротивления уставки напряжения. Устойчивая параллельная работа генератора с сетью возможна лишь при наличии статизма по реактивной мощности.
Статическая система возбуждения обеспечивает увеличение тока возбуждения генератора с ростом его нагрузки. При параллельной работе напряжения генератора и сети равны, поэтому при отсутствии статизма по реактивной мощности с увеличением последней будет увеличиваться ток возбуждения генератора. Увеличение тока возбуждения генератора, работающего параллельно с сетью, приведет в свою очередь к дальнейшему росту его активной мощности. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока генератор не выйдет из строя вследствие недопустимой перегрузки.
При наличии статизма большей реактивной мощности соответствует меньшее напряжение генератора, но напряжение определено сетью и снизить его нельзя, поэтому увеличение реактивной мощности генератора при неизменном напряжении сети невозможно.

Устройство параллельной работы УПР (рис. 5) обеспечивает возможность параллельной работы со статизмом и без него с помощью уравнительных соединений, а при автономной работе генератора не оказывает влияния на его работу.
Устройство параллельной работы состоит из измерительного трансформатора тока ТТ, трансформатора параллельной работы ТПР, резисторов параллельной работы R16 и RI7, переключателя ПВ.

Рис. 5. Схема УПР. I - от генератора; II - к нагрузке; III - уравнительные соединения; IV - к измерительному трансформатору корректора; положения переключателя ПВ: 1 - без статизма; 2 - со статизмом.

Трансформатор ТПР имеет две обмотки: первичную Wi, которая включена последовательно в цепь измерительного трансформатора корректора напряжения, и вторичную ш2 с отводом от середины. Обе половины вторичной обмотки трансформатора ТПР и резисторы параллельной работы R16 и R17 составляют мост, источником питания которого служит вторичная обмотка трансформатора ТТ. Сопротивления резисторов R16 и R17 одинаковы и напряжения на них также одинаковы, а сумма напряжений, подведенная ко вторичной обмотке трансформатора, равна нулю, так как токи в резисторах направлены навстречу. Естественно, что при этом напряжение первичной обмотки трансформатора ТПР также равно нулю, и, следовательно, устройство УПР при автономной работе генератора (77В отключен) не оказывает никакого влияния на его работу. Для получения статизма по реактивной мощности включают переключатель ПВ, который закорачивает часть резистора R17 и баланс напряжений нарушается. При этом на обмотках трансформатора ТПР появляется напряжение, пропорциональное току трансформатора ТТ (т. е. току генератора) и совпадающее с ним по фазе. Так как первичная обмотка трансформатора ТПР включена последовательно с входными зажимами корректора напряжения, последний будет теперь поддерживать постоянную сумму напряжений генератора и трансформатора параллельной работы ТПР. При изменении тока нагрузки генератора и, следовательно, напряжения на трансформаторе ТПР будет меняться напряжение генератора. Фазовые отношения в схеме подключения трансформатора ТТ и входа корректора таковы, что напряжение генератора меняется практически только при изменении реактивной составляющей тока, причем так, что с ее увеличением снижается напряжение генератора, что исключает возможность перегрузки генератора при параллельной работе и обеспечивает равномерное распределение реактивных мощностей.
При параллельной работе генераторов без статизма с уравнительными соединениями (рис. 6) переключатели ПВ1 и ПВ2 устройств параллельной работы обоих генераторов отключены, а резисторы R17 соединяются параллельно через контакты БК автоматических выключателей генераторов АГ. При одинаковых нагрузках генераторов одинаковыми станут напряжения на резисторах R17 и R16, а уравнительные соединения не будут влиять на их работу.


Рис. 6. Схема параллельной работы двух генераторов с уравнительными соединениями (без статизма).
1 - от генератора 1; II - от генератора 2; III - к нагрузке; IV - к трансформаторам измерительных корректоров.

При неравномерном распределении нагрузок генераторов должны быть различными напряжения на резисторах R17, но благодаря уравнительным соединениям между УПР появляются уравнительные токи, воздействующие на корректоры генераторов так, что у перегруженного по реактивной мощности генератора ток возбуждения уменьшается, а у недогруженных генераторов увеличивается. Эта система как бы самобалансируется по реактивной мощности. С изменением общей нагрузки напряжения не меняются (нет статизма), т. е. обеспечивается более высокая точность поддержания напряжения, чем при работе без уравнительных соединений.
Имеются и другие типы автоматических устройств распределения реактивных мощностей. На рис. 7 изображена схема устройства параллельной работы, осуществляющего автоматические распределения реактивных мощностей с помощью регуляторов напряжения УРН. Устройство состоит из трансформатора тока ТТ, трехсекционного резистора R1, переключателя ПКЗ.

Рис. 7. Принципиальная схема БРН генератора с угольным регулятором УРН.
Г - генератор; ОВГ - обмотка возбуждения генератора; ОВВ - обмотка возбуждения возбудителя; В - побудитель.

Первая секция резистора R1 включена в цепь трансформатора Тр2 и регулирует пределы уставки напряжения при настройке схемы. Сопротивления второй и третьей секций резистора R1 равны. При параллельной работе генераторов переключателем ПКЗ шунтируется третья секция резистора R1, при автономной работе шунтируется вторая секция R1 и включается третья секция R1, т. е. сопротивление резистора R1 во всех режимах не меняется, благодаря чему достигается неизменность уровня регулирования напряжения при этих режимах.
При параллельной работе генераторов трансформатор ТТ вызывает нa второй секции U1 некоторой падение напряжений, которое меняется пропорционально изменению тока в первичной обмотке цепи ТТ. Геометрическая сумма двух напряжений (вторичных обмоток Тр2 и ТТ) подается на селеновый выпрямитель ВС1, а затем на обмотку УРН. Изменение тока нагрузки генератора, т. е. тока, проходящего в первичной обмотке трансформатора ТТ, вызывает изменение возбуждения генератора.
Трансформатор ТТ включен в фазу С генератора, которая не связана с трансформатором Тр2 (включен на фазы А и В), поэтому векторы напряжения вторичных обмоток этих трансформаторов будут сдвинуты относительно друг друга так, что наибольшее влияние на ток возбуждения генератора будет оказывать реактивная составляющая тока нагрузки, поэтому увеличение реактивного тока генератора при параллельной работе вызывает некоторое уменьшение возбуждения генератора, а возрастающая потребность в реактивной мощности покрывается за счет второго генератора, работающего параллельно с первым. Так достигается достаточно равномерное распределение реактивных мощностей между двумя параллельно работающими генераторами.

Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электросеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого генератора), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов.

Таким образом, для синхронной машины, установленной на электростанции или другом объекте, подключенном к энергосистеме, обычным является режим работы на сеть большей мощности, по сравнению с собственной мощностью. Поэтому принимают, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности, т.е. и ее частотаявляется неизменными, не зависящими от нагрузки данного генератора.

Включение генератора на параллельную работу с сетью

В рассматриваемом режиме необходимо обеспечить меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети (иначе может сработать защита, произойти поломка генератора или первичного двигателя).

Ток в момент подключения генератора к сети равен нулю, если будут равны мгновенные значения напряжений сети и генератора

На практике выполнение этого условия решается выполнением трех равенств:

Для 3-фазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.

Совокупность операций при подключении генератора к сети называют синхронизацией . Для этого сначала устанавливают
(номинальная частота вращения ротора), что приводит к равенству частот
, а затем регулируяуравниваюти. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (
) контролируется специальными приборами – синхроноскопами (ламповыми или стрелочными) (ламповые - в лабораторной практике для генератора малой мощности).

Три лампы включают между фазами генератора и сети. На каждую лампу действует
, которое при частоте
изменяется с частотой
, называемоечастотой биений . При
разность
изменяется медленно, поэтому лампы постепенно загораются и погасают. Генератор подключают, когда
стремиться к нулю, т.е. в середине между погасанием ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов напряжений сети и генератораи. Для более точного определения этого момента часто применяют нулевой вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты его вращения происходит автоматически.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при
стрелка вращается с частотой
в одну или другую сторону. При равенстве частот стрелка устанавливается на нуль, в этот момент и подключают генератор к сети.

На электростанции приборы синхронизации автоматические.

Часто используют метод самосинхронизации , при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (2% скольжения допускается). Затем в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. Но при этом методе в момент включения генератора возникает большой бросок тока, он не должен превышать 3,5
.

Регулирование активной мощности.

После включения генератора в сеть его напряжение становится равным напряжению сети U C . Относительно внешней нагрузки напряжения U и U C совпадают по фазе, а по контуру «генератор-сеть» находятся в противофазе, т.е.
.

При выполнении трех условий необходимых для синхронизации генератора, его ток после подключения машины к сети равен нулю.

Рассмотрим, как можно регулировать при работе генератора параллельно с сетью на примере неявнополюсного генератора.

Ток, проходящий по обмотке якоря неявнополюсного генератора можно определить из уравнения.

- из темы векторная диаграмма неявнополюсной машины

т.к.
, то силу токаможно изменить двумя способами –изменяя ЭДС по величине или по фазе .

Если к валу генератора приложить внешний момент, больший момента, необходимого для компенсации магнитных потерь мощности в стали и механических потерь, то ротор приобретает ускорение. Вследствие чего, вектор смещается относительно вектораU на некоторый угол θ в направлении вращения векторов. При этом возникает некоторая небалансная ЭДС
, приводящая к появлению тока.

Возникающую небалансную ЭДС покажем по векторной диаграмме.

Вектор тока отстает от вектора
на 90 0 , т.к. его величина и направление определяются индуктивным сопротивлением
.

При работе в рассмотренном режиме генератор отдает в сеть активную мощность
и на вал его действует электромагнитный тормозной момент, который уравновешивает вращающий момент первичного двигателя, поэтому частота вращения остается неизменной. Чем больше внешний момент, приложенный к валу генератора, тем больше угол θ нагрузки, а следовательно, ток и мощность, отдаваемые генератором в сеть.

Если к валу ротора генератора приложить внешний тормозной момент, то вектор будет отставать от вектораU на угол θ.

При этом возникает небалансная ЭДС
и ток, вектор которого отстает от вектора ∆ E на 90 0 . Т.к. угол φ>90 0 , активная составляющая тока находится в противофазе с
. Следовательно, в рассмотренном режиме активная мощность
забирается из сети, и машина работаетдвигателем , создавая электромагнитный вращающийся момент, частота вращения ротора при этом снова остается неизменной.

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

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГEHEPATОPA С СЕТЬЮ

Цель работы – изучение методов включения синхронного генератора в сеть, нагружение его активной и реактивной мощностью, снятие U-образной характеристики.

Оборудование и приборы:

Трехфазный синхронный генератор СГР-4,5 , трехфазный асинхронный двигатель ВАО-52-4, комплект измерительных приборов К-50 , индукционный регулятор с выпрямителем, амперметр магнитоэлектрической системы на 10, ламповый синхроскоп ЛС, нулевой вольтметр электромагнитной системы с пределом измерения 250 В.

1. Включить синхронную машину на параллельную работу с сетью:

а) методом точной синхронизации (за помощью синхроноскопа);

б) методом грубой синхронизации.

2. Снять и построить U -образную характеристику генератора при Р 1 = 0.

3. По данным опыта рассчитать и построить зависимость cosj = f(і в) . Перевести синхронную машину в режим двигателя и осуществить регулирование активной и реактивной мощности при постоянном токе статора І 1 = const .

4. Снять характеристики І 1р = f(P 1), і в = f(P 1), cosj = f(P 1) .

Порядок выполнения работы

Условия включения синхронного генератора на параллельную работу.

При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью необходимо соблюдать следующие условия:

1) напряжение (ЭДС ) генератора должно быть равно по величине и быть противоположным по фазе напряжению сети U г = -U c ;

2) частота напряжения генератора должна равняться частоте напряжения сети f г = f с ;

3) порядок следования фаз у генератора и сети должен быть одинаковым.

Совокупность операций по выполнению этих условий, сделанных в режиме холостого хода синхронного генератора, называется синхронизацией.

Включение генератора на параллельную работу с сетью

2.1 По методу точной синхронизации. Точная синхронизация генератора с сетью наступает, когда при одинаковом порядке следования фаз частота и напряжение генератора равны частоте и напряжению сети, а векторы U г и U с встречны один другому, т.е. составляют между собой 180 электрических градусов.

Довговременно поддерживать такой режим в автономно работающем генераторе невозможно. Поэтому на практике домагаються лишь возможно более точного совпадения величин напряжений и приблизительного совпадения частот, при котором осуществляется плавное изменение угла между векторами напряжения генератора и напряжения сети. Уловив момент, когда U г и U с находятся в противофазе, делают включение генератора на сеть.

Для определения момента времени включения генератора на параллельную работу с сетью применяются разные автоматические устройства синхронизации. Наиболее простым является ламповый синхроноскоп.

Синхроноскоп, схема которого приведена на рис. 3.1, состоит из трех ламп, рассчитанных на кратковременную работу при удвоенном фазном напряжении сети; с его помощью можно включить СГ в сеть в момент времени, близкий к режиму точной синхронизации.

Для этого необходимо собрать схему по рис.3.1 (на одновременное погасание ). Основными узлами и элементами схемы являются: сеть, синхронный генератор G , приводной двигатель M , ламповый синхроноскоп ЛС и комплект измерительных приборов К-50 .

Рисунок 3.1 – Схема исследования паралельной работы синхронного генератора с сетью

Порядок выполнения работы

После сборки схемы (рис. 3.1) включают автомат АП3 и выполняют пуск асинхронного двигателя, который соединен с валом индуктора синхронного генератора. Частота вращения ротора асинхронного двигателя почти равна номинальной частоте вращения индуктора (в условиях лаборатории это примерно 1500 об/мин). Потом включают автомат АП2 и доводят ток возбуждения синхронного генератора до величины, при которой напряжение по показаниям вольтметра комплекта К-50 станет равным фазному значению напряжения сети. В результате при включенном автомате АП2 лампы синхроноскопа выявляются включенными между линейными проводами сети и генератора. Если порядок следования фаз сети и генератора одинаков, тогда лампы загораются одновременно и гаснут одновременно.

Если чередование фаз сети и генератора разное, то лампы загораются и погасают по очереди. В этом случае необходимо остановить генератор и поменять местами два каких-нибудь линейных провода, которые идут от зажимов генератора к комплекту К-50 (следовательно, к сети). Затем снова запускают генератор и проверяют соответствие очередности фаз генератора и сети.

Загорание и погасание ламп синхроноскопа осуществляется за счет изменения разбежности потенциалов между одноименными зажимами АП2 и генератора, обусловленного разбежностью частоты сети и генератора при несинхронной частоте вращения генератора. Включение генератора на параллельную работу с сетью с помощью автомата АП1 выполняется в момент погасания ламп. При этом частота погасания и загорания ламп должна быть такой, чтобы лампы загорались и потухали одновременно через 1-2 секунды, что достигается изменением частоты вращения приводного двигателя.

Недостатком этого метода является то, что лампы потухают при разнице напряжений на зажимах ламп 30% U н и при включении генератора в сеть возникает ударный ток. Для исключения ударного тока и установления момента полного погасания ламп, при котором требуется включить АП1 , можно установить по показанию вольтметра V , включенного параллельно одной из ламп. В момент времени, когда напряжение на лампе будет отсутствовать (вольтметр покажет ноль) синхронный генератор включают в сеть.

Критерием удачного включения генератора в сеть служит отсутствие броска тока, что наблюдается по амперметру К-50 . При неточном включении бросок тока может достигать большой величины.

После включения генератора он втягивается в синхронизм и работает синхронно с сетью.

Лампы синхроноскопа можно включить на "бегущий огонь" (вращающийся свет). Для этого присоединение ламп Л2 и Л3 к сети (генератору) изменяют так, как показано на рис. 3.1 штриховыми линиями. Лампы будут загораться и потухать в определенной последовательности. При размещении их по вершинах треугольника создается впечатление вращающегося света. Направление вращения света зависит от того, какая частота больше, – генератора или сети. Включение генератора в сеть выполняется в тот момент времени, когда лампа Л1 целиком гаснет, а две другие горят. Если при включении синхроноскопа на "бегущий свет" лампы одновременно гаснут и затем одновременно загораются – это значит, что порядок прохождения фаз генератора и сети не совпадает.

2.2. Метод самосинхронизации. Широко применяется метод самосинхронизации, названный также методом грубой синхронизации. Это стало возможным благодаря тому, что сети у нас достаточно большой мощности и включение одного генератора не влияет на работу других генераторов, которые параллельно работают на эту сеть с U = U 1н = const и f = f 1н = const .

Метод состоит в следующем. Синхронный генератор после проверки правильности чередования фаз генератора и сети приводят во вращение приблизительно с синхронной частотой вращения; обмотка возбуждения при этом замкнута накоротко. При достижении подсинхронной частоты вращения включают обмотку якоря в сеть с одновременной подачей тока возбуждения в обмотку возбуждения, поступательно увеличивая до значения, при котором генератор втягивается в синхронизм и работает параллельно с сетью в режиме холостого хода.

U-образные характеристики синхронного генератора

U -образные характеристики определяют зависимость тока статора от тока возбуждения і в при постоянной активной мощности генератора (рис. 3.2). В условиях лаборатории характеристику снимают при величине активной мощности генератора, равной нулю, т.е. в режиме холостого хода Р 1 = 0 . Для этого непосредственно после включения генератора на параллельную работу изменением тока возбуждения приводного двигателя и тока возбуждения СГ достигают режима, при котором показания амперметра в цепи генератора будут близкими к 0 , что соответствует режиму холостого хода генератора.

Затем, изменив і в генератора до величины, при которой ток І 1 в статоре станет равным номинальному или немного больше его, записывают первую точку U -образной характеристики. Постепенно увеличивая і в генератора, снимают 3-4 точки левой области кривой І 1 = f(і в) . Обязательно зафиксировать точку U -образной характеристики при минимальном токе статора генератора. Затем, увеличивая і в генератора, снимают точки правой части кривой І 1 = f(і в) .

Рисунок 3.2 – U-образная характеристика синхронного генератора

Опыт проводить при изменении тока возбуждения от 1 до 10 А.

Правая часть кривой соответствует перевозбужденной машине и отдаче в сеть емкостного тока и реактивной мощности, а левые части – недовозбужденной машине и отдаче в сеть индуктивного тока и потреблению реактивной мощности.

Показания приборов записывают в табл.3.1.

Таблица 3.1 U -образная характеристика синхронного генератора

при U 1 = ... = const, n = n н = const

Контрольные вопросы

1. Какими методами можно включить СГ на параллельную работу с сетью? В чем состоит расхождение методов?

2. Как включить СГ в сеть по методу точной синхронизации?

3. Как включить СГ в сеть по методу самосинхронизации?

4. Какое назначение синхроноскопа?

5. Как проверяется совпадение чередования фаз генератора и сети?

6. Поясните последовательность операций при снятии U -образных характеристик на исследуемой машине при Р 1 = 0.

7. Как по U -образной характеристике рассчитать и построить зависимость cosj от тока возбуждения?

8. Какая фаза тока І 1 , соответствующего минимуму U -образной характеристики синхронного генератора?

9. Почему с увеличением активной мощности Р минимумы кривых смещаются вправо?

10. Какая фаза тока недовозбужденного и перевозбудженного генератора относительно напряжения сети?

11. Поясните – при перевозбуждении или при недовозбуждении СГ отдает реактивную мощность в сеть?

12. Что обозначает угол нагрузки q и от чего зависит его величина?

В отчете представить:

1. Цель работы, оборудование и приборы, содержание работы.

2. Электрическую схему опыта для проведения исследования.

3. Условия, которые требуется выполнить при включении генератора в сеть.

4. Таблицу измеряемых величин для построения U-образной характеристики.

5. График U-образной характеристики.

6. Письменные ответы на контрольные вопросы 1,2,3,4,5,6,7,8.

ЛабораторнаЯ рАбота 4

Похожая информация.