ГЛАВА 15

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С СЕТЬЮ

15.1. Особенности параллельной работы синхронных генераторов

В настоящее время электроэнергетические системы состоят из параллельно работающих электрических станций, соединенных линиями электропередачи, что повышает надежность электроснаб­ жения потребителей по сравнению с автономным электроснаб жением. Кроме того, при этом уменьшается установленная мощ ность электрических станций при неизменной мощности нагрузки и увеличивается экономичность за счет возможности включения (отключения) отдельных генераторов и целых электростанций в случае изменения нагрузки в системе и т. д.

При параллельной работе с общей электрической сетью мощ ности отдельных синхронных генераторов по сравнению с общей мощностью энергосистемы незначительны. Поэтому при любых изменениях режима работы отдельного генератора, включенного в энергосистему, ее напряжение и частота f с остаются практич ески неизменными и поддерживаются всеми остальными генер аторами.

В дальнейшем при рассмотрении параллельной работы син хронного генератора с сетью будем исходить из условия, что = const , f с = const .

15.2. Способы включения синхронного генератора на

параллельную работу с сетью

Процесс включения синхронного генератора на параллельную ра боту с сетью называется синхронизацией. При этом различают точную синхронизацию и самосинхронизацию (или грубую синхрон изацию). При включении генератора в сеть не должны возникать большие толчки тока, так как они вызывают большие моменты, действующие как на ротор, так и на статор, и значительные электродинамические силы, которые могут привести к повреждению обмоток.

Принципиальная схема синхронизации трехфазных генераторовприведена на рис. 15.1, а соответствующая ей расчетная электрическая схема для одной фазы - на рис. 15.2.

Рис. 15.2. Электрическая схема для расчета тока I c (одной фазы)

При замыкании рубильника (Р) в схеме на рис. 15.1 ток синхронизации I с (см. рис. 15.2) определяется по формуле

font-size:11.5pt">(15.1)

где Ė Г ,Ė с https://pandia.ru/text/79/295/images/image006_85.gif" width="35" height="31 src="> - ЭДС (на­ пряжения) генератора и сети со­ ответственно; Z а - полное со­ противление обмотки якоря ге­ нератора.

Чтобы ток İ с был равен нулю (в контуре Е Г - Е с на рис. 15.2), необходимо выполнение следу­ ющих условий:

1. ЭДС генератора Ė Г и сети Ė с должны быть равны по зна­ чению и находиться в противо фазе.

2. Частота генератора f Г и ча­ стота сети fc должны быть рав­ ны, иначе после синхрониза­ции синхронный генератор бу­ дет работать в режиме асинх­ ронного двигателя (при f Г < f с ) или асинхронного генератора (при f Г > f с ).

3. Порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым, иначе после син хронизации ротор генератора будет вращаться с синхронной ско­ ростью против направления вращения магнитного поля, т. е. бу­ дет работать в режиме электромагнитного тормоза со скольжением s = 2 .

Перечисленные условия являются условиями точной синхро низации.

Выполнение условий синхронизации проверяется следующим образом (см. рис. 15.1). При отключенном рубильнике (Р) син­ хронный генератор (СГ) ра­ботает в режиме холостого хода, при этом между контак­ тами рубильника действует ЭДС ΔĖ = ĖГ -Ėс = Ė 10- Ėс . Регули­ рованием тока возбуждения генератора тока возбуждения генератора добиваются равенства ЭДС Е г и Е с , контролируя их значения с помощью вольтметров V г и V c .

Если бы частота вращения генератора была постоянной и рав­ной номинальной, то частота индуктируемой ЭДС равнялась бы частоте напряжения сети и векторы Ė 10 и Ė c вращались с оди­наковой угловой частотой, а ΔĖ была бы постоянной.

В действительности получить строго постоянную частоту вра­щения генератора не удается и частоты ЭДС сети и генератора несколько отличаются. Поэтому векторы Ė 10 и Ė c перемещаются относительно друг друга с угловой частотой ω=2π(f г – f c ).

Вследствие этого ΔЕ изменяется от нуля до значения, равного сумме Ė 10 + Ė c и соответственно этому изменяется напряжение в трех лампах, которые одновременно то загораются, то гаснут. Наи­более благоприятным для включениия генератора в сеть является момент, когда ΔЕ= 0, что соответствует выполнению первого ус­ловия точной синхронизации. Однако лампы накаливания гаснут при напряжениях, равных 30...60% от номинальных значений. Поэтому, для того чтобы более точно определить момент выпол­нения первого условия синхронизации, параллельно одной из них включают так называемый нулевой вольтметр V 0 . В момент выполнения первого условия показания этого вольтметра равны нулю и лампы не горят. Если в этот момент замкнуть рубильник Р, ток в подключенном к сети генераторе будет равен нулю. Включение ламп по схеме, приведенной на рис. 15.1, называется включением на потухание света.

Возможна другая схема соединения трех ламп: одна из них подключается к одноименным фазам генератора и сети, а две другие - к разноименным фазам. При такой схеме включения, называемой включением на вращение света, лампы будут попеременно загораться и гаснуть. Вместе эти три лампы образуют ламповый синхроноскоп.

В настоящее время вместо ламповых применяются более сложные синхроноскопы, позволяющие полностью автоматизировать процесс синхронизации.

Частоту генератора в процессе синхронизации регулируют из­менением скорости вращения его первичного (приводного) двигателя. Если частоты генератора и сети совпадают, то лампы син-хроноскопа не мигают, поскольку ΔĖ = const . Таким образом, с помощью лампового синхроноскопа проверяют выполнение второго условия точной синхронизации.

С помощью лампового синхроноскопа проверяют и третье условие точной синхронизации - одинаковость порядка чередования фаз сети и генератора. Если при схеме включения ламп, приведенной на рис. 15.1, будет наблюдаться вращение, а не потуха­ние света, то это будет означать, что сеть и генератор имеют разный порядок чередования фаз, который в этом случае необходимо из­менить, что достигается путем переключения двух фаз либо сети, либо генератора.

Для применения метода точной синхронизации требуется до­вольно много времени (до 10 мин). В ряде случаев при резком увеличении нагрузки в электрической системе этого времени в распоряжении персонала электрической станции может не ока­заться. Тогда для ускорения включения генератора в сеть приме­няют способ самосинхронизации, при котором требуется выпол­нить лишь последние два условия точной синхронизации:

одинаковый порядок чередования фаз генератора и сети;

примерно равные частоты генератора и сети (f г ≈ f с ).

Соблюдение условия чередования фаз обычно проверяется при монтаже генератора, а следовательно, выполняется на электри­ческой станции автоматически. Время разгона генератора, опре­деляемое постоянной инерции блока приводной двигатель - ге­нератор, достаточно мало. Поскольку равенство частот должно со­блюдаться приближенно, то возможны два варианта включения на параллельную работу сети и генератора: f г < f с и f г > f с . В первом случае после включения синхронный генератор начинает рабо­тать параллельно с сетью в режиме асинхронного двигателя, а во втором - в режиме асинхронного генератора.

Как уже указывалось, самосинхронизация применяется при внезапном увеличении нагрузки в системе для быстрой компен­сации дефицита активной мощности в электрической системе. Следовательно, при работе в режиме асинхронного двигателя этот дефицит будет возрастать, так как двигатель будет дополнительно потреблять активную мощность. Значит, желательно осуществлять включение синхронного генератора на параллельную работу при f г < f с.

При самосинхронизации генератор включают в сеть невозбуж­денным (Е г=0), поэтому включение сопровождается скачком тока, установившееся значение которого

I c = Е с / z a = U c /z a . (15.2)

Скачок тока якоря приводит к броску потока якоря и ЭДС, наводимой в обмотке возбуждения. Чтобы избежать возникнове­ния перенапряжений и возможного в связи с этим электрическо­го пробоя, обмотку возбуждения на период включения генерато­ра замыкают на балластное активное сопротивление r б = (4...6) r в , где r в - активное сопротивление обмотки возбуждения. Часто в качестве балластного используют дугогасительное сопротивление. После установления тока якоря обмотку возбуждения переключа­ют с активного сопротивления на источник постоянного тока и плавно увеличивают ток возбуждения. Таким образом генератор втягивается в синхронизм и работает параллельно с сетью. Далее путем увеличения мощности приводного двигателя увеличивают активную мощность генератора до требуемого значения.

15.3. Регулирование активной мощности . Угловые характеристики активной мощности

Активную мощность генератора, работающего параллельно с сетью, при принятых допущениях ( = const , f с = const ) можно регулировать посредством изменения вращающего момента на его валу. Изменение вращающего момента достигается воздействием на двигатель, приводящий генератор во вращение. Активная мощ­ ность, отдаваемая генератором в сеть,

В том случае, когда мощность потребителя становится больше номинальной мощности работающего генератора, параллельно ему включают другой генератор.

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с электрической сетью или другим, уже работающим синхронным генератором необходимо выполнить следующие условия:

напряжение подключаемой машины должно быть равно напряжению сети или работающей машины;

частота подключаемого генератора должна быть равна частоте сети;

напряжения всех фаз подключаемой машины должны быть противоположны (по фазе) напряжениям соответствующих фаз сети или работающей машины;

для подключения на параллельную работу трехфазного синхронного генератора необходимо также обеспечить одинаковое чередование фаз подключаемой машины и сети.

Подготовку к включению на параллельную работу синхронного генератора ведут следующим образом. Приводят во вращение первичный двигатель и регулируют его скорость вращения так, чтобы она была примерно равна номинальной. Затем возбуждают генератор и, следя за показаниями вольтметра, подключенного к зажимам статора, регулируют напряжение машины при помощи реостата в цепи возбуждения до тех пор, пока оно не станет равным напряжению сети. Воздействуя на регулятор первичного двигателя и наблюдая за показаниями частотомера, устанавливают более точно скорость машины так, чтобы частота генератора была равна частоте сети. Тем самым первое и второе условия для включения на параллельную работу будут выполнены.

Для выполнения третьего условия служат фазные лампы. Последние включаются по двум схемам: на потухание (рис. 282, а) и на вращение света (рис. 282, б). Лампы, включенные по схеме а, при одинаковом чередовании фаз сети и машины будут сначала быстро и одновременно мигать, затем мигание их становится все реже и реже, и когда лампы медленно погаснут, нужно включить рубильник генератора.

Для более точного определения момента включения рубильника часто применяют так называемый нулевой вольтметр, имеющий двустороннюю шкалу.

При одинаковом чередовании фаз сети и машины лампы, включенные по схеме б, будут мигать поочередно, и если их расположить по кругу, то получится впечатление вращающегося света. Генератор нужно включить в момент, когда лампы, включенные накрест (между фазами А и В), загорятся полным накалом, а третья лампа погаснет.

При неодинаковом порядке чередования фаз лампы, включенные по схеме а, дадут вращение света, а по схеме б будут одновременно загораться и потухать. Для изменения порядка чередования фаз машины два любых ее провода, подходящие к рубильнику, нужно поменять местами.

Включение фазных ламп высоковольтных генераторов осуществляется через измерительные трансформаторы напряжения. Чередование фаз машины можно также определить, пользуясь особым прибором - фазоуказателем, представляющим собой небольшой асинхронный двигатель. Направление вращения диска фазоуказателя показывает порядок чередования фаз.

На современных электростанциях момент включения синхронных генераторов на параллельную работу определяется с помощью специального прибора - синхроноскопа.

Процесс подготовки генератора для включения его на параллельную работу называется синхронизацией.

Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяющие наилучшим образом решать задачу производства и распределения электрической энергии. Таким образом, для синхронной машины, установленной на электрической станции или на каком-либо объекте, подключенном к энергосистеме, типичным является режим работы на сеть большой мощности, по сравнению с которой собственная мощность генератора является очень малой. В этом случае с большой степенью точности можно принять, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности т. е. что напряжение сети Uc и ее частота fc являются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора.
Включение генератора на параллельную работу с сетью. В рассматриваемом режиме необходимо обеспечить возможно меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети. В противном случае возможны срабатывание защиты поломка генератора или первичного двигателя.
Ток в момент подключения генератора к сети будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети uс и генератора uг:
Ucm sin (?ct — ?с) = Uгm sin (?г — ?г)
На практике выполнение данного условия сводится к выполнению трех равенств: значений напряжений сети и генератора Ucm = Uгm или Uc = Uг; частот?c = ?г или fс = fг; их начальных фаз?с = ?г (совпадение по фазе векторов?c и?г). Кроме того, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.
Совокупность операций, проводимых при подключении генератора к сети, называют синхронизацией. Практически при синхронизации генератора сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот fс? fг а затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжения Uc = Uг. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (?с = ?г) контролируется специальными приборами - ламповым и стрелочными синхроноскопами.
Ламповые синхроноскопы применяют для синхронизации генераторов малой мощности, поэтому обычно их используют в лабораторной практике. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети. На каждую лампу действует напряжение?u = uс - uг, которое при fс? fг изменяется с частотой?f = fc — fг, называемой частотой биений. В этом случае лампы мигают. При fс? fг разность?и изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают.
Обычно генератор подключают к сети в тот момент, когда разность напряжений?u на короткое время становится близкой нулю, т. е. в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов?c и?г. 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, т. е. обеспечение условия n2 = n1 , происходит автоматически.
Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при fс? fг стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности. частот fс — fг, в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При fс = fг стрелка устанавливается на нуль; в этот момент и следует подключать генератор к сети. На электрических станциях обычно используют автоматические приборы для синхронизации генераторов без участия обслуживающего персонала.
Довольно часто применяют метод самосинхронизации, при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (допускается скольжение до 2%), за счет вращающего момента первичного двигателя и асинхронного момента, обусловленного индуцированием тока в демпферной обмотке. После этого в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. При методе самосинхронизации в момент включения генератора возникает сравнительно большой бросок тока.

Случается так, что возникает необходимость подключения второго генератора на параллельную работу. К примеру в судовых электроэнергетических системах с целью увеличения живучести устанавливаются два или более генераторов. Суммарная мощность генераторов всегда несколько больше суммарной мощности всех потребителей. Установка нескольких генераторов повышает живучесть и экономичность установки, дает возможность проводить плановые осмотры и ремонты генераторов, выводя их поочередно из действия.

Судовые генераторы могут работать раздельно, без электрической связи между собой, или совместно, при параллельном соединении. Различают кратковременную и длительную параллельную работу генераторов. Кратковременная параллельная работа предназначена для плавного перевода нагрузки с одного генератора на другой с последующим отключением первого генератора или раздельной их работы. Совместная параллельная работа генераторов имеет ряд преимуществ:

1) перевод нагрузки с одного генератора на другой осуществляется плавно, без перерыва питания;

2) обеспечивается бесперебойность питания потребителей при выходе из строя одного из генераторов;

3) обеспечивается более высокое качество электроэнергии (меньше колебания напряжения);

4) возможность поочередного проведения технических осмотров и ремонтов генераторов.

К недостаткам параллельной работы генераторов следует отнести:

1) усложнение схемы включения и управления генераторами;

2) значительное увеличение тока при коротких замыканиях в электроэнергетической системе.

Рассмотрим параллельную работу генераторов постоянного тока параллельного и смешанного возбуждения, т.к. генераторы последовательного возбуждения в таком режиме обычно не применяются, а в параллельной работе генераторов параллельного и независимого возбуждения практически различий нет.

Рис.1 — Схема параллельной работы генераторов параллельного возбуждения

Включение на параллельную работу генераторов параллельного возбуждения.

Принципиальная схема параллельной работы генераторов изображена на рис.1. Допустим, что первый генератор Г 1 включен на шины и работает с некоторой нагрузкой, создавая на шинах напряжения U. Генератор Г 2 , работающий на холостом ходу, требуется включить в работу так, чтобы не изменился режим первого генератора Г 1 , а ток генератора Г 2 при включении равнялся нулю.

Отсюда следует, что ЭДС генераторов должны быть направлены встречно относительно друг друга. Следовательно, условия включения генераторов параллельного возбуждения на параллельную работу можно сформулировать так:

1. Полярность зажимов работающего и подключаемого генератора должна быть одинаковой.

2. ЭДС подключаемого генератора должна быть равна напряжению сети, к которой он подключается.

При выполнении этих условий ток генератора Г 2 будет равен нулю, а режим генератора Г 1 не изменится, так как

Если включить генератор Г 2 с неправильной полярностью, то в замкнутой цепи, образованной якорями обоих генераторов и шинами, их ЭДС будут складываться и так как сопротивление этой цепи очень мало, то возникает очень большой ток, что может привести к аварии генераторов.

Перевод и распределение нагрузки. После подключения генератора Г 2 к сети, можно принимать на него нагрузку. Для двух работающих параллельно генераторов уравнения равновесия напряжений цепи якоря можно представить в виде

откуда получаются соотношения для токов нагрузки

Из системы уравнений видно, что для принятия нагрузки на генераторы нужно увеличивать ЭДС, которые можно изменять либо изменением числа оборотов генератора, либо изменением тока возбуждения. Обычно частота вращения генераторов поддерживается постоянной с помощью автоматического регулятора скорости (АРС) и на практике ЭДС генераторов регулируют изменением тока возбуждения.

Для принятия нагрузки на генератор Г 2 нужно увеличить ток I в 2 путем уменьшения сопротивления r в 2 в цепи возбуждения. ЭДС Е а 2 становится больше напряжения U, в результате чего в якоре генератора Г 2 возникает ток I 2 . Если ток нагрузки не изменяется, то с появлением тока I 2 ток I 1 уменьшается. Если Е а 1 при этом не изменять, то Е а 1 -I 1 r a 1 становится больше и напряжение на шинах начинает расти. Поэтому для поддержания U=const одновременно с увеличением Е а 2 нужно уменьшать Е а 1 путем уменьшения тока возбуждения I в 1 в цепи возбуждения генератора Г 1 . Таким образом можно перевести часть или всю нагрузку с генератора Г 1 на генератор Г 2 . Следует отметить, что при переводе нагрузки изменяются токи генераторов, а следовательно, изменяются и их мощности. При этом нарушается баланс мощностей генераторов и их первичных двигателей, в результате чего изменяются частоты вращения генераторов. Для поддержания числа оборотов постоянными включаются в работу АРС, которые изменяют подачу топлива, пара и т.д. в первичный двигатель и восста­навливают прежнюю частоту вращения.

Рис. 2 — Внешние характеристики генераторов

Как правило, в качестве генераторов для параллельной работа выбираются машины равной мощности, внешние характеристики которых совпадают. Тогда можно нагружать генераторы равномерно при одинаковом токе возбуждения. Если внешние характеристики не совпадают, то генераторы при параллельной работе нагружаются разными токами. На рис.2 показаны внешние характеристики двух генераторов, имеющие разный наклон. Допустим, что оба генератора включены параллельно и работают на холостом ходу с напряжением U 0 . При включении на них номинальной нагрузки равной 2I н на шинах устанавливается номинальное напряжение U н.

Этому напряжению по внешним характеристикам соответствуют токи нагрузки генераторов I 1 и I 2 , причем I 1 +I 2 =2I н. Как видим, генератор, имеющий более «мягкую» характеристику (1), оказывается недогруженным, а с более «жесткой» характеристикой (2) перегружен. В этом случае для равномерной нагрузки обоих генераторов необходимо увеличивать ток возбуждения первого генератора и уменьшать его у второго генератора до уравнивания токов I 1 и I 2 .

Если генераторы имеют различные мощности и предназначены для параллельной работы, то для пропорционального распределения нагрузки соответственно их мощностям без регулирования тока возбуждения, необходимо, чтобы совпадали их относительные характеристики. В этом случае нагрузка будет распределяться пропорционально номинальным мощностям генераторов.

Особенности параллельной работы генераторов смешанного возбуждения. Принципиальная схема включения генераторов смешанного возбуждения при параллельной работе представлена на рис. 3.

Рис. 3 — Схема параллельной работы генераторов смешанного возбуждения

Ее отличительная особенность состоит в том, что точки (I) и (2), в которых последовательные обмотки возбуждения подключены к одноименным зажимам якоря, соединены между собой уравнительным проводом.

Уравнительный провод позволяет обеспечить устойчивую параллельную работу генераторов. Чтобы уяснить необходимость уравнительного провода, рассмотрим параллельную работу генераторов смешанного возбуждения без уравнительного провода. Допустим, что работают два генератора одинаковой мощности, с одинаковой частотой вращения, одинаковым внутренним сопротивлением r а 1 = r a 2 , нагрузки, ЭДС и магнитные потоки их также равны.

Если по какой-либо причине скорость одного, например, первого генератора, возрастает, то это вызовет увеличение его ЭДС E a 1 , а следовательно и увеличение тока нагрузки на этот генератор. Благодаря наличию последовательной обмотки, рост нагрузки влечет за собой увеличение результирующего магнитного потока этого генератора, что приводит к еще большему возрастанию ЭДС, а соответственно и тока и т.д. В результате нагрузка данного генератора будет возрастать, а у второго генератора уменьшаться, вплоть до его перехода в двигательный режим, что опасно для обоих генераторов.

В дальнейшем чрезмерное увеличение нагрузки на первом генераторе вызывает снижение его частоты вращения, а следовательно и ЭДС. Нагрузка начинает переходить на второй генератор, т.е. его обороты будут стремиться к увеличению. Таким образом возникает колебательный процесс перехода нагрузки с одного генератора на другой и параллельная работа получается неустойчивой.

При наличии уравнительного провода 1-2 (рис. 3), последовательные обмотки оказываются включенными параллельно. Следовательно, их токи всегда находятся в одном и том же отношении, определяемом сопротивлениями этих обмоток.

Если теперь почему-либо ЭДС E a1 генератора Г 1 станет больше ЭДС E a 2 генератора Г 2 , то в цепи между якорями возникает уравнительный ток, величина которого определяется выражением

Таким образом, при увеличении ЭДС, а следовательно и тока в последовательной обмотке одного генератора в том же отношении увеличится ток и в последовательной обмотке другого генератора. В соответствии с этим одновременно увеличатся ЭДС и нагрузочные токи обоих генераторов и колебательный процесс происходить не будет. Это равенство токов в последовательных обмотках будет сохраняться при любой нагрузке. Если параллельно работают генераторы разной мощности, то сопротивления их последовательных обмотках будут не равны, поэтому токи в этих обмотках будут распределяться обратно пропорционально их сопротивлениям. Однако в любом случае изменение тока в одном генераторе приведет к изменению тока в другом и колебательный процесс происходить не будет. В этих условиях параллельная работа генераторов смешанного возбуждения становится вполне устойчивой.

Прием и распределение нагрузки в генераторах смешанного возбуждения производится как в генераторах параллельного возбуждения путем изменения тока в параллельных обмотках возбуждения.

К атегория:

Передвижные электростанции

Параллельная работа синхронных генераторов

Параллельным называется такое присоединение генераторов, при котором их обмотки подключены к общим шинам одноименными зажимами.

Параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты, и поэтому генераторы с одинаковым числом пар полюсов должны вращаться со строго одинаковой скоростью. При параллельной работе нескольких генераторов с разным числом пар полюсов скорости их вращения должны быть обратно пропорциональны числам пар полюсов, а частота тока, вырабатываемого генераторами, - одинаковой.

Включение синхронных генераторов на параллельную работу чаще всего бывает вызвано необходимостью создания мощных источников питания для обеспечения надежного и бесперебойного снабжения потребителей электрической энергией. Вместе с тем параллельная работа нескольких генераторов на общую сеть позволяет полнее использовать их мощность, а также создает возможность вывода в ремонт любого из работающих генераторов.

Рис. 1. Кривые зависимости тока возбуждения от нагрузки синхронного генератора

Схема подключения синхронного генератора к электрической сети на параллельную работу с другими генераторами показана на рис. 2.

Рассмотрим кратко условия и процесс подключения синхронного генератора к сети на параллельную работу.

Включая генератор для параллельной работы с другими генераторами, необходимо принять меры, исключающие возможность возникновения больших толчков тока и ударных электромагнитных сил, способных вызвать повреждение генератора или нарушение работы электрической сети, в которую включается генератор.

Рис. 2. Схема подключения синхронного генератора к сети на параллельную работу: а - векторная диаграмма напряжений, б - схема включения ламп синхроноскопа «на погасание», в - схема включения ламп синхроноскопа «на вращение света», г - кривые напряжений сети и генератора при синхронизации

Для возможности параллельной работы необходимо равенство напряжений включаемого генератора UT и сети Uc или уже работающего генератора UT.р; напряжения UT и Uc должны быть в фазе. Равенство напряжений генератора и сети достигается регулированием скорости вращения включаемого генератора путем воздействия на регулятор скорости первичного двигателя или изменения величины тока возбуждения генератора.

Частота включаемого генератора должна быть равна частоте сети. Чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково.

Кроме того, необходимо, чтобы проверяемые вольтметровым переключателем ВП напряжения генератора и сети, взятые между любыми двумя проводами, были равны по величине и противоположны по фазе. Противоположность фаз напряжений генератора и сети между всеми тремя парами проводов возможна только при одинаковом порядке чередования фаз сети и генератора.

При точном соблюдении указанных условий векторы напряжений (рис. 2, а) генератора и сети совпадут, разности напряжений будут равны нулю и не будет толчков тойа при включении генератора в сеть.

Несоблюдение условий синхронизации может привести к возникновению между генератором и сетью крайне нежелательных и, при известных условиях, опасных для обмоток генератора уравнительных токов.

Для синхронизации генераторов применяют специальные приборы-синхроноскопы, наиболее простыми из которых являются ламповые. Лампы синхроноскопа могут быть подключены по схеме «на погасание» или на «вращение света».

Синхронизируя генератор с сетью по схемам, показанным на рис. 2, бив, включают параллельно одной из ламп нулевой вольтметр, конструкция которого характерна тем, что начальные деления его шкалы более удалены друг от друга («растянуты»), чем остальные, чтобы даже при малой разности напряжений отклонения стрелки прибора были значительными. Генератор подключают к сети тогда, когда стрелка вольтметра стоит на нуле шкалы прибора *. Если до начала синхронизации лампы схемы будут загораться и гаснуть, это укажет на неодинаковую последовательность чередования фаз генератора и сети. В таком случае, чтобы при синхронизации генераторов добиться правильной работы схемы, следует поменять местами любые два провода, идущие к рубильнику от сети или от генератора.

При рассмотрении способов и схем синхронизации целесообразно кратко ознакомиться с процессом наступления момента синхронизации. Для такого ознакомления удобнее всего воспользоваться приведенным на рис. 2, г. графиком напряжений сети и генератора. В процессе синхронизации из-за некоторого несовпадения частот эти напряжения периодически оказываются близкими то к положению совпадения фаз, то к положению противоположности фаз. Фазы совпадают, когда напряжения действуют согласно, и противоположны, когда напряжения действуют встречно. Это приводит к тому, что все лампы схемы, приведенной на рис. 2, б, периодически то ярко светятся, то гаснут, а одна из ламп схемы, показанной на рис. 2, в, гаснет в то время, как остальные две лампы этой схемы светятся ярко. Таким образом, с помощью ламп, включенных по схеме, приведенной на рис. 2, б или в, определяют с необходимой точностью момент совпадения частот генератора и сети по фазе, равенство частот и порядок чередования фаз.