Паралельна робота генераторів змінного струму, блог електромеханіка
Паралельна робота генераторів змінного струму вимагає дотримання більш складних умов, ніж паралельна робота генераторів постійного струму.
Для включення синхронного генератора паралельно з іншим необхідно:
1) рівність напруг працюючого і підключається генераторів;
2) рівність їх частот;
3) збіг порядку чергування фаз;
4) рівність кутів зсуву між е. д. з. кожного генератору і напругою на шинах.
Остання умова зводиться до геометрично однаковому накладенню роторів генераторів щодо обмоток своїх статоров.
Процес приведення генераторів в такий стан, при якому всі перераховані умови будуть виконані, називається синхронізацією генераторів.
Якщо генератори синхронізовані, то включення їх на паралельну роботу протікає спокійно, без появи в системі будь-яких додаткових поштовхів струму. Якщо хоча б одна з умов не витримана, то між генераторами з'являються значні зрівняльні струми. які не дозволяють здійснити паралельну роботу генераторів, а в деяких випадках можуть навіть викликати їх пошкодження.
Розглянемо паралельну роботу двох синхронних генераторів.
Якщо генератори однакові, електрорушійні сили і швидкості обертання їх рівні, то при відсутності зовнішнього навантаження (т. Е. При холостому ході) в ланцюзі обмоток статорів генераторів струму не буде, так як е д. З. взаємно врівноважуються.
Мал. 1. Зрівняльний струм
При включенні зовнішнього навантаження обидва генератора почнуть віддавати однакову, потужність. При індуктивному навантаженні напруга кожного зменшиться на одну і ту ж величину, причому між е. д. з. генератора і його напругою з'явиться деяке зрушення, по фазі визначається кутом δ. Потужність, що віддається генератором в зовнішній ланцюг, пропорційна цьому кутку.
Припустимо, що ми збільшили збудження, а отже, і е. д. з. першого генератора і зменшили збудження другого так, що загальна напруга генераторів залишилося колишнім.
Так як потужність, що розвивається первинними двигунами, залишилася незмінною, то як загальна потужність, так і потужності, що віддаються кожним з генераторів, також не змінилися. Не змінився і ток зовнішнього навантаження: I - загальний і I / 2 - для кожного генератора.
Разом з тим, так як е. д. з. обох генераторів вже не рівні, то між генераторами з'явиться зрівняльний струм Iу, що протікає тільки по ланцюгу генераторів. Розподіл струмів в цьому випадку показано на рис. 1.
Як бачимо, ток в першому генераторі буде дорівнює геометричній сумі струмів зовнішнього навантаження I / 2 і зрівняльного Iу, а в другому - геометричній їх різниці.
Індуктивні опору обмоток статорів генераторів значно більше їх активних опорів. У зв'язку з цим зрівняльний струм буде відставати від різниці е. д. з. генераторів майже на 90 °.
При цьому умови при складанні струмів в першому генераторі і відніманні їх у другому результуючий струм буде відставати від напруги в кожному генераторі на різний кут.
Іншими словами, кожен з генераторів буде працювати при своєму коефіцієнті потужності, відмінному від коефіцієнта потужності зовнішньої мережі. Якщо активна потужність, споживана зовнішнім навантаженням, близька до сумарної потужності обох генераторів, то у перезбудженого генератора діючий струм перевищить номінальний струм генератора, чого допускати не можна (перевантаження по струму).
Звідси випливає, що при паралельній роботі синхронних генераторів необхідно прагнути до того, щоб всі генератори працювали з одним і тим же коефіцієнтом потужності, рівним коефіцієнту потужності мережі.
Припустимо тепер, що не зраджуючи збудження впливом на регулятор первинного двигуна першого генератора, ми збільшили йому подачу палива. В цьому випадку первинний двигун розвине збільшений крутний момент, під впливом якого ротор першого генератора забіжить вперед щодо ротора другого генератора, обертаючись в подальшому з колишньої синхронної швидкістю. Внаслідок розбіжності по фазі електрорухомий сил генераторів в їх ланцюга виникне різниця е. д. з. під впливом якої з'явиться зрівняльний струм.
Але зрівняльний струм по своїй фазі буде майже збігатися з е. д. з. першого генератора, т. е. з'явиться для нього струмом навантаження, і буде майже протилежним е. д. з. другого генератора (зменшуватиме його навантаження). У цьому випадку кожен з генераторів буде нести навантаження, пропорційну обертального моменту, що розвивається його первинним двигуном.
При цьому полюса більш навантаженого генератора будуть в просторі перебувати попереду полюсів менш навантаженого. Остання обставина рівнозначно тому, що у більш навантаженого генератора кут зсуву фаз між е. д. з. і напругою δ1 більше, ніж у менш навантаженого δ2.
Слід зазначити, що паралельна робота синхронних генераторів проходить стійко тільки при певних значеннях кута δ. Найбільш стійка вона при вугіллі δ, рівному 0 °, що відповідає холостий роботі генераторів; при куті, рівному 90 °, генератор випадає із синхронізму і паралельна робота стає неможливою.
Незмінність кута δ залежить від сталості швидкості обертання первинного двигуна. При коливанні швидкості обертання внаслідок зміни навантаження або з яких-небудь інших причин кут δ може змінитися до неприпустимою величини. Тому надійність і стійкість паралельної роботи синхронних генераторів в значній мірі залежить від якості роботи регуляторів обертів первинних двигунів.
Необхідна для перерозподілу навантажень генераторів дистанційне керування подачею палива первинним двигунів забезпечується застосуванням регуляторів з серводвигуном або з електромагнітним приводом клапанів подачі палива. При включенні напруги серводвигун або соленоїд відкриває клапан подачі палива або пара. Ступінь відкриття клапана, а отже, і кількість палива, що подається регулюється тривалістю включення серводвігателя або числом включених соленоїдів.
Мал. 2. Зрівняльний з'єднання між обмотками збудження генераторів
Це ж пристрій служить і для зміни швидкості обертання генераторів при їх синхронізації.
Мал. 3. Зрівняльний з'єднання в ланцюгах схеми регулювання напруги
У синхронних генераторів з самозбудженням і саморегулюванням напруги величина струму збудження, залежить від струму в ланцюзі статора. У свою чергу при паралельній роботі синхронних генераторів зміна струму збудження генератора впливає на величину його реактивного струму. Звідси випливає, що при паралельній роботі синхронних генераторів з самозбудженням і саморегулюванням напруги необхідно вживати спеціальних заходів для забезпечення правильного розподілу реактивного струму між ними.
В якості такого заходу у генераторів однакової потужності передбачають зрівняльний з'єднання між їх обмотками збудження (на стороні постійного струму), як це зображено на рис. 2.
При замиканні автоматів генераторів подається струм на котушки контакторів К1 і К2, що включають обмотки збудження до зрівняльним шинам.
В результаті паралельного з'єднання обмоток збудження будь-яка зміна збудження одного генератора відбивається і на величині збудження другого. Тому розподіл реактивного струму між ними зберігається правильним.
При паралельній роботі генераторів різної потужності, зрівняльний з'єднання виконується в ланцюгах схеми регулювання напруги на стороні змінного струму (рис. 3).