ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 287
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Е0 от тока возбуждения Iв при номинальной скорости вращения n2=n1.
Характеристику холостого хода принято строить в относительных единицах:
, (3.25)
где
, 
За характеристику холостого хода принимают среднюю линию, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями характеристики.
3.7 Параллельная работа синхронных генераторов
Современные мощные энергосистемы состоят из большого числа электрических станций, работающих параллельно друг с другом. Благодаря этому повышаются надежность и экономичность производства и распределения электрической энергии. Появляется возможность маневрирования работой отдельных станций с учетом наиболее рациональных условий преобразования различных видов энергии, уменьшается мощность аварийного и ремонтного резервов.
Так как на каждой из станций установлены десятки генераторов, то в энергосистеме на параллельную работу будет включено несколько сотен машин. При любых изменениях режима работы отдельного генератора, включенного в систему, напряжение в ней и частота остаются постоянными. Они поддерживаются всеми остальными генераторами системы. В дальнейшем при рассмотрении параллельной работы синхронного генератора будем исходить из условия, что Uс = const и f = соnst.
Существуют два способа включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации (грубой синхронизации).
При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью по способу точной синхронизации стремятся к тому, чтобы при включении не возникало больших бросков тока. Большие толчки тока вызывают большие моменты, действующие как на ротор, так и на статор, и силы, которые могут привести к разрушению обмотки статора.
Для того чтобы исключить броски тока при включении генератора, необходимо выполнить следующие условия:
1) равенство ЭДС генератора Ео и напряжения сети Uс;
2) равенство частот генератора fг и сети fс;
3) ЭДС генератора Ео и напряжение сети Uс должны находиться в противофазе;
4) чередование фаз ЭДС генератора и напряжения сети должно быть одинаковым (для трехфазных генераторов).
При включении генератора на параллельную работу выполнение первого условия проверяется по вольтметрам, включенным в сеть и на выводы генератора. Равенства Uг = Uс добиваются путем регулирования тока возбуждения генератора.
Остальные условия проверяются с помощью специальных приборов, называемых синхроноскопами. Простейшим синхроноскопом является ламповый.
Наиболее благоприятным моментом для включения генератора в сеть будет момент времени, когда лампы погаснут. На практике при включении генератора на параллельную работу с сетью регулируют скорость приводного двигателя и добиваются, чтобы промежутки времени между следующими друг за другом погасаниями ламп были достаточно большими, чтобы успеть включить генератор на параллельную работу.
Для трехфазных генераторов применяются две схемы включения ламп: на потухание и на вращение света.
Рисунок 3.9 - Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью. Лампы синхроноскопа включены по схеме на потухание света (а) и на вращение света (б)
Рассмотрим первую схему (рисунок 3.9а), когда лампы включены между точками А'—А", В'—В" и С'—С", каждая пара относится к одной фазе. В момент включения выключателя напряжения между этими точками должны быть равны нулю и все три лампы должны погаснуть. При этом напряжение Uc и ЭДС Ео для каждой фазы действуют навстречу друг другу, т. е. они находятся в противофазе.
Во второй схеме (рисунок 3.9б) одна из ламп подключается к точкам одной фазы А'—А", а две другие лампы — между точками разных фаз В'—С" и С'—В". В этой схеме до включения выключателя лампы будут попеременно загораться и гаснуть. Это будет происходить из-за взаимного перемещения векторов напряжения Uc и ЭДС Еo, вызванного несовпадением их частот. Включение выключателя должно быть произведено, когда одна лампа (между А'—А") погаснет, а две другие, лампы будут гореть с одинаковым накалом. Перед включением выключателя следует добиться, чтобы вращение света происходило с небольшой скоростью, что достигается регулированием скорости приводного двигателя.
Лампы гаснут при напряжениях, равных 30—60% их номинального напряжения, поэтому, для того чтобы более точно выбрать момент включения выключателя параллельно лампе между точками А'—А" включают так называемый нулевой вольтметр. Стрелка этого вольтметра при медленных колебаниях, соответствующих потуханию и загоранию ламп, покажет нуль, когда напряжение между точками А'—А" равно нулю.
С помощью лампового синхроноскопа можно определить соответствие порядка чередования фаз сети и генератора. Если при включении ламп между точками А'—А", В'—В" и С'—С" будет наблюдаться вращение света, а при второй схеме будет наблюдаться одновременное загорание и погасание ламп, то это будет означать, что сеть и генератор имеют разный порядок чередования фаз. Изменить порядок чередования фаз сети или генератора можно путем переключения двух фаз между собой.
В настоящее время на электрических станциях применяются более сложные синхроноскопы, позволяющие автоматизировать процесс включения генератора на параллельную работу.
Включение синхронного генератора на параллельную работу методом точной синхронизации занимает довольно много времени (до 10 мин). Для ускорения включения применяют способ самосинхронизации. Включение этим способом проводится следующим образом. Приводным двигателем скорость невозбужденного ротора генератора доводится почти до номинальной (синхронной). Затем обмотка статора включается в сеть при быстром вслед за этим включении тока в обмотке возбуждения. После переходного процесса генератор втягивается в синхронизм и оказывается включенным на параллельную работу. Недостаток метода самосинхронизации — значительные токи в процессе синхронизации. Он используется при необходимости быстро включать машину в систему.
Перед первым включением генератора на параллельную работу способом самосинхронизации следует предварительно проверить ранее указанным методом совпадение чередования фаз сети и генератора.
Пока генератор не включен в сеть, его скорость не остается постоянной, после включения в сеть скорость становится строго постоянной, т. е. машина держится в синхронизме.
Включив синхронный генератор на параллельную работу с сетью следует его нагрузить
Активную мощность генератора, работающего параллельно с сетью, можно регулировать изменением момента на его валу путем воздействия на двигатель (турбину), приводящий (приводящую) во вращение генератор (за счет изменения подачи воды или пара в турбину, путем изменения тока возбуждения у двигателя постоянного тока и др.).
Реактивную мощность синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, регулируют, изменяя ток в обмотке возбуждения.
Если увеличить ток возбуждения (перевозбудить машину), то ЭДС Е0возрастет и U 0. Вследствие этого в цепи статора возникает ток, который будет отставать от U и Е0 на угол φ=90°. При этом генератор вырабатывает только реактивную мощность, которую отдает в сеть. Ток статора и реактивная мощность будут увеличиваться с возрастанием тока возбуждения.
Если от точки равновесия, когда Е0 = Uс, начать уменьшать ток возбуждения и ЭДС Е0 (недовозбуждать машину), то здесь также появится ток, но противоположного, чем прежде, направления. Поэтому ток статора, отставая от U на угол 90°, будет опережать ЭДС Е0 на тот же угол. Реактивная мощность изменит свое направление, и будет поглощаться из сети. Ток в статоре будет тем больше, чем меньше будет ток возбуждения.
Таким образом, изменение возбуждения генератора вызывает лишь появление реактивного тока. При перевозбуждении генератор будет работать с отстающим током по отношению к Е0, а при недовозбуждении — с опережающим.
Векторная диаграмма неявнополюсной синхронной машины при параллельной работе с сетью бесконечной мощности при синусоидальном поле в зазоре показана на рисунке 8.2. Особенностью векторной диаграммы синхронной машины при параллельной работе с сетью является постоянство напряжения, так как напряжение сети не изменяется ни при каких изменениях в режиме работы машины.
Рисунок 3.10 - Векторная диаграмма синхронной машины при параллельной работе с сетью
Из векторной диаграммы для ненасыщенной машины:
(3.26)
(3.27)
Подставляя значение cosψ в выражение (8.1), получим:
(3.28)
Соответственно электромагнитный момент:
(3.29)
Электромагнитная мощность и электромагнитный момент зависят от U, Е
0 , хс и угла θ. Из векторной диаграммы видно, что угол θ — это угол между Е0 и U, а также между Ff и результирующей МДС Fp или угол между осью полюса и максимумом результирующего потока.
Временному сдвигу на векторной диаграмме соответствует пространственный сдвиг между осью результирующего поля машины и осью полюсов. Угол θ определяет активную мощность машины и называется углом нагрузки.
По формуле (3.28) может быть построена угловая характеристика Рм=f(θ) (рисунок 3.11).
Рисунок 3.11 - Угловая характеристика неявнополюсной синхронной машины
Из угловой характеристики следует, что максимум электромагнитной мощности имеет место при θ=90°:
(3.30)
и соответственно максимальный электромагнитный момент
(3.31)
Максимальная электромагнитная мощность Рэм max определяет предел статической устойчивости машины, т.е. ее способность оставаться в синхронизме. Увеличение нагрузки за предел статической устойчивости приводит к выпадению машины из синхронизма.
На угловой характеристике от угла θ, равного нулю, до θ=90° расположена устойчивая часть характеристики, а в пределах угла от θ=90° до θ=180° — неустойчивая часть характеристики.
Работа синхронной машины устойчива, если положительному (отрицательному) приращению Δθ соответствует положительное (отрицательное) приращение РЭМ, т.е.
(3.32)
Полнее это характеризует удельная синхронизирующая мощность, — первая производная РЭМ по углу θ (Вт/рад):
(3.33)
Зависимость синхронизирующей мощности от угла θ показана на рисунке 3.11 штриховой линией. Синхронизирующая мощность удерживает машину в синхронизме. Она обеспечивает упругую связь машины с сетью.
Синхронизирующая мощность максимальна, когда РЭМ=0. Когда машина находится на пределе статической устойчивости, т.е. электромагнитная мощность равна своему максимальному значению,
Характеристику холостого хода принято строить в относительных единицах:
, (3.25)где
, За характеристику холостого хода принимают среднюю линию, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями характеристики.
3.7 Параллельная работа синхронных генераторов
Современные мощные энергосистемы состоят из большого числа электрических станций, работающих параллельно друг с другом. Благодаря этому повышаются надежность и экономичность производства и распределения электрической энергии. Появляется возможность маневрирования работой отдельных станций с учетом наиболее рациональных условий преобразования различных видов энергии, уменьшается мощность аварийного и ремонтного резервов.
Так как на каждой из станций установлены десятки генераторов, то в энергосистеме на параллельную работу будет включено несколько сотен машин. При любых изменениях режима работы отдельного генератора, включенного в систему, напряжение в ней и частота остаются постоянными. Они поддерживаются всеми остальными генераторами системы. В дальнейшем при рассмотрении параллельной работы синхронного генератора будем исходить из условия, что Uс = const и f = соnst.
Существуют два способа включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации (грубой синхронизации).
При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью по способу точной синхронизации стремятся к тому, чтобы при включении не возникало больших бросков тока. Большие толчки тока вызывают большие моменты, действующие как на ротор, так и на статор, и силы, которые могут привести к разрушению обмотки статора.
Для того чтобы исключить броски тока при включении генератора, необходимо выполнить следующие условия:
1) равенство ЭДС генератора Ео и напряжения сети Uс;
2) равенство частот генератора fг и сети fс;
3) ЭДС генератора Ео и напряжение сети Uс должны находиться в противофазе;
4) чередование фаз ЭДС генератора и напряжения сети должно быть одинаковым (для трехфазных генераторов).
При включении генератора на параллельную работу выполнение первого условия проверяется по вольтметрам, включенным в сеть и на выводы генератора. Равенства Uг = Uс добиваются путем регулирования тока возбуждения генератора.
Остальные условия проверяются с помощью специальных приборов, называемых синхроноскопами. Простейшим синхроноскопом является ламповый.
Наиболее благоприятным моментом для включения генератора в сеть будет момент времени, когда лампы погаснут. На практике при включении генератора на параллельную работу с сетью регулируют скорость приводного двигателя и добиваются, чтобы промежутки времени между следующими друг за другом погасаниями ламп были достаточно большими, чтобы успеть включить генератор на параллельную работу.
Для трехфазных генераторов применяются две схемы включения ламп: на потухание и на вращение света.
Рисунок 3.9 - Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью. Лампы синхроноскопа включены по схеме на потухание света (а) и на вращение света (б)
Рассмотрим первую схему (рисунок 3.9а), когда лампы включены между точками А'—А", В'—В" и С'—С", каждая пара относится к одной фазе. В момент включения выключателя напряжения между этими точками должны быть равны нулю и все три лампы должны погаснуть. При этом напряжение Uc и ЭДС Ео для каждой фазы действуют навстречу друг другу, т. е. они находятся в противофазе.
Во второй схеме (рисунок 3.9б) одна из ламп подключается к точкам одной фазы А'—А", а две другие лампы — между точками разных фаз В'—С" и С'—В". В этой схеме до включения выключателя лампы будут попеременно загораться и гаснуть. Это будет происходить из-за взаимного перемещения векторов напряжения Uc и ЭДС Еo, вызванного несовпадением их частот. Включение выключателя должно быть произведено, когда одна лампа (между А'—А") погаснет, а две другие, лампы будут гореть с одинаковым накалом. Перед включением выключателя следует добиться, чтобы вращение света происходило с небольшой скоростью, что достигается регулированием скорости приводного двигателя.
Лампы гаснут при напряжениях, равных 30—60% их номинального напряжения, поэтому, для того чтобы более точно выбрать момент включения выключателя параллельно лампе между точками А'—А" включают так называемый нулевой вольтметр. Стрелка этого вольтметра при медленных колебаниях, соответствующих потуханию и загоранию ламп, покажет нуль, когда напряжение между точками А'—А" равно нулю.
С помощью лампового синхроноскопа можно определить соответствие порядка чередования фаз сети и генератора. Если при включении ламп между точками А'—А", В'—В" и С'—С" будет наблюдаться вращение света, а при второй схеме будет наблюдаться одновременное загорание и погасание ламп, то это будет означать, что сеть и генератор имеют разный порядок чередования фаз. Изменить порядок чередования фаз сети или генератора можно путем переключения двух фаз между собой.
В настоящее время на электрических станциях применяются более сложные синхроноскопы, позволяющие автоматизировать процесс включения генератора на параллельную работу.
Включение синхронного генератора на параллельную работу методом точной синхронизации занимает довольно много времени (до 10 мин). Для ускорения включения применяют способ самосинхронизации. Включение этим способом проводится следующим образом. Приводным двигателем скорость невозбужденного ротора генератора доводится почти до номинальной (синхронной). Затем обмотка статора включается в сеть при быстром вслед за этим включении тока в обмотке возбуждения. После переходного процесса генератор втягивается в синхронизм и оказывается включенным на параллельную работу. Недостаток метода самосинхронизации — значительные токи в процессе синхронизации. Он используется при необходимости быстро включать машину в систему.
Перед первым включением генератора на параллельную работу способом самосинхронизации следует предварительно проверить ранее указанным методом совпадение чередования фаз сети и генератора.
Пока генератор не включен в сеть, его скорость не остается постоянной, после включения в сеть скорость становится строго постоянной, т. е. машина держится в синхронизме.
Включив синхронный генератор на параллельную работу с сетью следует его нагрузить
Активную мощность генератора, работающего параллельно с сетью, можно регулировать изменением момента на его валу путем воздействия на двигатель (турбину), приводящий (приводящую) во вращение генератор (за счет изменения подачи воды или пара в турбину, путем изменения тока возбуждения у двигателя постоянного тока и др.).
Реактивную мощность синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, регулируют, изменяя ток в обмотке возбуждения.
Если увеличить ток возбуждения (перевозбудить машину), то ЭДС Е0возрастет и U 0. Вследствие этого в цепи статора возникает ток, который будет отставать от U и Е0 на угол φ=90°. При этом генератор вырабатывает только реактивную мощность, которую отдает в сеть. Ток статора и реактивная мощность будут увеличиваться с возрастанием тока возбуждения.
Если от точки равновесия, когда Е0 = Uс, начать уменьшать ток возбуждения и ЭДС Е0 (недовозбуждать машину), то здесь также появится ток, но противоположного, чем прежде, направления. Поэтому ток статора, отставая от U на угол 90°, будет опережать ЭДС Е0 на тот же угол. Реактивная мощность изменит свое направление, и будет поглощаться из сети. Ток в статоре будет тем больше, чем меньше будет ток возбуждения.
Таким образом, изменение возбуждения генератора вызывает лишь появление реактивного тока. При перевозбуждении генератор будет работать с отстающим током по отношению к Е0, а при недовозбуждении — с опережающим.
Векторная диаграмма неявнополюсной синхронной машины при параллельной работе с сетью бесконечной мощности при синусоидальном поле в зазоре показана на рисунке 8.2. Особенностью векторной диаграммы синхронной машины при параллельной работе с сетью является постоянство напряжения, так как напряжение сети не изменяется ни при каких изменениях в режиме работы машины.
Рисунок 3.10 - Векторная диаграмма синхронной машины при параллельной работе с сетью
Из векторной диаграммы для ненасыщенной машины:
(3.26) (3.27)Подставляя значение cosψ в выражение (8.1), получим:
(3.28)Соответственно электромагнитный момент:
(3.29)Электромагнитная мощность и электромагнитный момент зависят от U, Е
0 , хс и угла θ. Из векторной диаграммы видно, что угол θ — это угол между Е0 и U, а также между Ff и результирующей МДС Fp или угол между осью полюса и максимумом результирующего потока.
Временному сдвигу на векторной диаграмме соответствует пространственный сдвиг между осью результирующего поля машины и осью полюсов. Угол θ определяет активную мощность машины и называется углом нагрузки.
По формуле (3.28) может быть построена угловая характеристика Рм=f(θ) (рисунок 3.11).
Рисунок 3.11 - Угловая характеристика неявнополюсной синхронной машины
Из угловой характеристики следует, что максимум электромагнитной мощности имеет место при θ=90°:
(3.30)и соответственно максимальный электромагнитный момент
(3.31)Максимальная электромагнитная мощность Рэм max определяет предел статической устойчивости машины, т.е. ее способность оставаться в синхронизме. Увеличение нагрузки за предел статической устойчивости приводит к выпадению машины из синхронизма.
На угловой характеристике от угла θ, равного нулю, до θ=90° расположена устойчивая часть характеристики, а в пределах угла от θ=90° до θ=180° — неустойчивая часть характеристики.
Работа синхронной машины устойчива, если положительному (отрицательному) приращению Δθ соответствует положительное (отрицательное) приращение РЭМ, т.е.
(3.32)Полнее это характеризует удельная синхронизирующая мощность, — первая производная РЭМ по углу θ (Вт/рад):
(3.33)Зависимость синхронизирующей мощности от угла θ показана на рисунке 3.11 штриховой линией. Синхронизирующая мощность удерживает машину в синхронизме. Она обеспечивает упругую связь машины с сетью.
Синхронизирующая мощность максимальна, когда РЭМ=0. Когда машина находится на пределе статической устойчивости, т.е. электромагнитная мощность равна своему максимальному значению,