Ответы на билеты СЭЭС 2013

41

генератором и представляет собой синхронный генератор, обмотка возбуждения которого неподвижна и находится на статоре, а трехфазная обмотка на роторе.

Часть энергии переменного тока генератора G1 отбирается, регулируется, выпрямляется и подается на обмотку LG2. Возбудитель (генератор G2) возбуждается и в его трехфазных обмотках наводится переменная ЭДС, которая при помощи выпрямителя UZ выпрямляется и подается на обмотку возбуждения основного генератора LG1.

Выпрямитель UZ находится на роторе и вращается вместе с ним. В генераторе отсутствуют контактные кольца и щетки.

Процесс регулирования напряжения в системе «Thyripart» осуществляется по комбинированному принципу (по отклонению и по возмущению одновременно). Регулирование по возмущению выполнено при помощи трансформатора компаундирования. Регулирование по отклонению выполнено при помощи тиристорного регулятора (регулятора напряжения), который выполняет роль корректора напряжения. Через тиристорный регулятор осуществляется отрицательная обратная связь по напряжению путем отбора мощности с обмотки возбуждения основного генератора. При отключении тиристорного регулятора ток возбуждения генератора G1 увеличивается, что приводит к повышению напряжения на генераторе.

Принципиальная схема системы возбуждения приведена на рисунке 20.2. В учебных целях схема изображена в соответствии со стандартами, принятыми в стране изготовителе.

Рисунок 20.2 – Принципиальная схема системы возбуждения синхронного генератора типа

«Thyripart»

В состав схемы входят следующие элементы:

Система обеспечивает надежное самовозбуждение генератора от остаточного напряжения благодаря применению конденсаторов С1, который совместно с индуктивностью L1, образует последовательный колебательный контур, в котором при частоте, близкой к номинальной, образуется резонанс напряжений. В результате напряжение на конденсаторе С1 возрастает и становится больше напряжения генератора. Конденсатор С1 и обмотка 1Н трансформатора Т6

42

включены параллельно, поэтому это же напряжение подается на первичную обмотку Т6. Импульс ЭДС наводится на вторичной обмотке Т: и происходит самовозбуждение генератора.

Вопрос 21

СЗАРН безщіткового генератора типу " Тhіrіраrt ". Робота контуру регулювання по обуренню та відхиленню.

Процесс регулирования напряжения в системе «Thyripart» осуществляется по комбинированному принципу (по отклонению и по возмущению одновременно). Регулирование по возмущению выполнено при помощи трансформатора компаундирования. Регулирование по отклонению выполнено при помощи тиристорного регулятора (регулятора напряжения), который выполняет роль корректора напряжения. Через тиристорный регулятор осуществляется отрицательная обратная связь по напряжению путем отбора мощности с обмотки возбуждения основного генератора. При отключении тиристорного регулятора ток возбуждения генератора G1 увеличивается, что приводит к повышению напряжения на генераторе.

Принципиальная схема системы возбуждения приведена на рисунке 21.1. В учебных целях схема изображена в соответствии со стандартами, принятыми в стране изготовителе.

Рисунок 21.1 – Принципиальная схема системы возбуждения синхронного генератора типа

«Thyripart»

В состав схемы входят следующие элементы:

43

Контур системы возбуждения, работающий по возмущению, состоит из двух каналов – напряжения и тока. Канал напряжения выполнен на базе трансформатора Т6, на первичную обмотку которого (1N) поступает напряжение генератора, а со вторичной обмотки (2N) снимается переменная ЭДС, которая выпрямляется выпрямителем V1 и подается на обмотку возбуждения возбудителя G2. В его трехфазных обмотках наводится переменная ЭДС, которая выпрямляется вращающимся выпрямителем V2 и подается на обмотку возбуждения генератора G1. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора Т6 включен реактор L1, выполняющий роль компаундирующего элемента. Система обеспечивает надежное самовозбуждение генератора от остаточного напряжения благодаря применению конденсаторов С1.

Токовый канал выполнен на базе трансформаторов тока Т1, Т2, Т3, вторичные обмотки которых подключены к одной из секций вторичных обмоток трансформатора Т6. В данной схеме имеет место электрическое суммирование сигналов каналов тока и напряжения, которые подключены последовательно и происходит суммирование напряжений, пропорциональных напряжению и току нагрузки генератора. Суммирование выполняется на вторичной обмотке трансформатора Т6.

Регулирование по отклонению осуществляется через регулятор напряжения А1. Регулирование напряжения осуществляется за счет изменения отбора мощности при помощи тиристора, который подключается параллельно обмотке возбуждения возбудителя G2 и находится внутри регулятора. При увеличении угла открытия тиристора отбор мощности уменьшается, а при уменьшении угла открытия, отбор мощности увеличивается. Уменьшение угла открытия тиристора приведет к тому, что увеличится период времени, когда обмотка возбуждения будет зашунтирована (закорочена) и среднее выпрямленное напряжение на ней уменьшится. Ток возбуждения возбудителя уменьшится, это приведет к уменьшению напряжения на трехфазной обмотке возбудителя и к уменьшению тока возбуждения основного генератора и соответственно к уменьшению напряжения на генераторе G1.

На вход регулятора напряжения (клеммы 17, 18, 19) подается истинное значение напряжения генератора, измеренное при помощи трансформаторов напряжения Т7, Т8. В регуляторе это напряжение преобразуется в управляющие импульсы, которые отпирают тиристор отбора мощности, расположенный в самом регуляторе. При помощи тиристора клеммы 1 и 5 регулятора А1 закорачиваются.

Согласующие трансформаторы Т4 и Т5 подают на вход регулятора напряжения сигнал, пропорциональный току нагрузки генератора, и обеспечивают автоматическое распределение реактивной нагрузки генераторов по статическому закону регулирования. Напряжения вторичных обмоток трансформаторов Т4 и Т5 суммируются с напряжениями вторичных обмоток трансформаторов Т7 иТ8 на входе регулятора напряжения А1.

Варистор U представляет полупроводниковый резистор, сопротивление которого нелинейно зависит от приложенного напряжения. При увеличении приложенного напряжения сопротивление уменьшается. Варистор служит для гашения поля генератора при КЗ, отключении генератора.

Вопрос 22

Методи синхронізації синхронних генераторів.

Методы синхронизации

Существуют три метода синхронизации:

точной;

грубой;

самосинхронизации.

Любой из методов может быть выполнен вручную, автоматически, полуавтоматически.

Метод точной синхронизации

Подключаемый генератор включается на шины ГРЩ с соблюдением всех условий синхронизации.

44

1)Выполнение первого условия |Uc|=|Eг| обеспечивается автоматически системой СВАРН генератора. Визуальный контроль осуществляется по показаниям вольтметра.

2)Выполнение второго условия fс=fг достигается подгонкой частоты подключаемого СГ к частоте работающего путем изменения подачи топлива в приводной двигатель. Визуальный контроль осуществляется по показаниям частотомера.

3)Совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений проверяется при помощи синхроноскопа и достигается при одинаковом положении роторов работающего и подключаемого генераторов (в момент включения генераторного автомата стрелка синхроноскопа должна занять положение «12»).

4)Выполнение четвертого условия – одинаковый порядок чередования фаз, обеспечивается при монтаже.

Рисунок 22.1. Принципиальная схема точной синхронизации При точном соблюдении условий синхронизации включение СГ на шины будет

безударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода. После этого подключенный генератор нагружают активной нагрузкой, одновременно

разгружая другой, для чего увеличивают подачу топлива (пара) у подключаемого, уменьшая у работающего. Контроль ведут при помощи ваттметров.

Распределение реактивной нагрузки происходит автоматически путем воздействия систем СВАРН обоих генераторов на токи возбуждения. Контроль осуществляется по показаниям амперметров.

Метод грубой синхронизации

При этом методе генератор подключается на шины ГРЩ через реактор. Необходимо выполнение следующих условий синхронизации.

1)|Uc|=|Eг| (возможно приблизительное выполнение условия).

2)fс=fг (возможно приблизительное выполнение условия).

3)Одинаковый порядок чередования фаз.

Момент включения произвольный. Включение сопровождается токами биения и ударами по валу двигателя, которые ограничиваются реактором.

К достоинствам метода можно отнести простоту, надежность и непродолжительность. При правильном расчете и выборе реактора провал напряжения при включении генератора не превышает 20%.

46

Если все условия синхронизации выполнены, то включение генераторов на шины ГРЩ будет безударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.

Приборы, необходимые для контроля выполнения условий синхронизации и нагрузки генераторов

При синхронизации синхронных генераторов равенство напряжений контролируют при помощи двух вольтметров, один из которых подключен к фазам сети, а другой – к фазам включаемого генератора. Аналогичным образом по двум частотомерам контролируют равенство частот подключаемого генератора и сети.

Для определения совпадения фаз устанавливают специальные приборы – синхроноскопы. На судах используют ламповые и стрелочные синхроноскопы. В настоящее время стрелочные синхроноскопы заменили электронными (см. рис. 2).

Ламповые синхроноскопы представляют собой набор ламп накаливания. Применяют два способа включения ламп: на погасание и на вращение огня. Схемы приведены на рис. 1. Следует отметить, что с помощью ламп можно установить и порядок чередования фаз включаемого генератора и сети. Если чередование фаз неправильное, то при включении ламп на погасание произойдет вращение огня, а при включении на вращение – погасание. Для устранения этого несоответствия достаточно поменять местами любые две фазы, идущие к автомату от генератора или от сети.

Правильный порядок чередования фаз обеспечивается при монтаже и подлежит проверке только при подключении питания с берега фазоуказателем.

Для контроля нагрузки генераторов служат следующие приборы:

киловаттметр, который измеряет действующее значение активной мощности генератора;

килоамперметр, который измеряет действующее значение полного тока;

киловарметр, который измеряет действующее значение реактивной мощности генератора (в настоящее время на ГРЩ не устанавливается).

Рисунок 23.1 – Ламповые синхроноскопы: а) на погасание; б) на вращение огня

Рисунок23. 2 – Внешний вид электронного синхроноскопа

47

Вычислить значение реактивной потребляемой мощности можно следующим образом: 1) вычислить коэффициент мощности по формуле

cos P 1000

3 U I

где Р – активная потребляемая мощность, кВт (показания киловаттметра); U – линейное напряжение, В (показания вольтметра);

I – потребляемый ток, А (показания амперметра);

2)определить угол по формуле

arccos ;

3)определить тангенс tg ;

4)вычислить реактивную потребляемую мощность, кВАр по формуле

Q P tg .

Последствия нарушения условий синхронизации

С целью упрощения объяснения будем считать, что:

–СЭС состоит из двух однофазных генераторов G1 и G2;

–генератор G1 находится в режиме нагрузки с напряжением Uc;

–генератор G2 не включен на параллельную работу и находится в режиме холостого хода и имеет ЭДС Ег;

Нарушение первого условия синхронизации |Uс | |Ег|

Рисунок 23.1 – Схема замещения СЭЭС (а) и векторные диаграммы при |Uс|>|Ег| (б), при

|Uс|<|Ег| (в)

При включении генератора G2 на параллельную работу в момент включения автомата QF образуется замкнутый контур (см. рис. 22.1), в котором действуют два источника ЭДС, причем

векторы U c и Eг направлены встречно.

Если |Uс|>|Ег|, то в контуре возникает результирующая ЭДС Е Uc Eг , совпадающая по

напряжением и емкостным для генератора с меньшей ЭДС. Этот ток размагничивает генератор G1 и подмагничивает генератор G2. В итоге действие уравнительного тока приведет к выравниванию напряжений обоих генераторов.

При |Uс|<|Ег| уравнительный ток будет подмагничивать генератор G1 и размагничивать генератор G2.

Таким образом., если |Uс| |Ег|, то при включении автомата QF возникает уравнительный ток, который носит реактивный характер, подмагничивая генератор с меньшей ЭДС и

48

размагничивая генератор с большей ЭДС. В результате напряжения на обоих генераторах выравниваются, однако, реактивный уравнительный ток дополнительно нагружает обмотки статора. Т.к. уравнительный ток является индуктивным, то включение будет безударным, без механических толчков на валу генератора.

Нарушение второго условия синхронизации fс fг

Если в момент включения на параллельную работу другие два условия выполняются, то само включение будет безударным, однако, вслед за этим возникнет переходный процесс, характер которого определяется частотой скольжения fs=fc-fг.

Так как роторы генераторов вращаются с разными скоростями, то угол сдвига векторов фазных напряжений будет меняться от 0 до 180 и в контуре будет действовать результирующая ЭДС биения Е Uc Eг , которая будет изменяться от 0 до 2U (где U – амплитудное значение фазного напряжения). Под действием этой ЭДС возникнет ток биения, который по отношению к U c и Eг будет иметь активную составляющую. Вал приводного двигателя будет испытывать

механические толчки, которые могут привести к тому, что не только подключаемый генератор не войдет в синхронизм, но и подключенные могут выпасть из синхронизма.

Таким образом, если fс fг, то при соблюдении всех остальных условий включение будет безударным, но затем возникнет переходный процесс, сопровождающийся токами биений и механическими ударами по валу двигателя.

Если разность частот невелика, то после нескольких качаний генератор втянется в синхронизм.

Если разность частот составляет несколько герц, то в результате больших токов биений будут возникать большие динамические усилия (удары) и генератор не втянется в синхронизм, а работающие генераторы могут выпасть из синхронизма.

Нарушение третьего условия φ 0

Если в момент включения автомата φ=180º, то результирующая ЭДС достигнет двойного фазного значения и в контуре (см. рис 23.1) возникнет уравнительный ток, который носит реактивный характер и равен ударному току КЗ одного генератора.

Если Eг опережает U c , то возникнет результирующая ЭДС Е Uc Eг , вектор которой построен по правилу параллелограмма (см. рис 23.2). Ток биения Iб , образованный под действием этой ЭДС, отстает от нее на 90 и имеет активную составляющую, направленную согласно с Eг и встречно с U c . В результате включение генератора G2 сопровождается толчком тормозного

характера и генератор после включения переходит в генераторный режим с частичным приемом активной нагрузки.

Рисунок 23.2 – Синхронизация при несовпадении фазных напряжений. а – схема замещения, б – векторная диаграмма.

Если Eг отстает от U c , то включение сопровождается толчком ускоряющего характера, в

результате подключаемый генератор переходит из режима холостого хода в двигательный режим, еще больше нагружая работающий генератор.

Таким образом при φ=180º возникает уравнительный ток реактивного характера, равный ударному току КЗ одного генератора.

49

Если Ег опережает Uc, то включение сопровождается током биения и толчком . После включения подключаемый генератор переходит в генераторный режим с частичным приемом нагрузки.

Если Ег отстает от Uc, то включение сопровождается током биения и толчком, в результате которого генератор может перейти в двигательный режим.

Нарушение четвертого условия

Неодинаковый порядок чередования фаз сопровождается образованием в обмотках статоров генераторов токов КЗ.

Природа токов уравнительного и биения одинакова – оба возникают под действием ЭДС. Разница заключается в том, что уравнительный ток возникает при |Uс | |Ег |и имеет реактивный характер, а ток биения появляется при несинхронном включении (φ 0) и имеет значительную активную составляющую, которая вызывает толчки (удары) по валу генератора.

Вопрос 24

Паралельна робота генераторів постійного струму. Умови вмикання та наслідки порушення цих умов. Розподілення навантаження

Условия включения на параллельную работу. Таких условий два:

1)полярность зажимов подключаемого генератора должна соответствовать полярности шин;

2)ЭДС подключаемого генератора должна равняться напряжению на шинах.

а)

Рисунок 24.1. Принципиальная схема параллельной работы генераторов постоянного тока смешанного возбуждения (в), схемы замещения цепей обмоток якорей при соответствии (б) и несоответствии (в) полярности шин и генератора

Пусть на шины включен генератор G1, а генератор G2 вводится в работу. Если оба условия выполнены, то после включения генератора G2 на шины в цепи, образованной последовательно

режиме холостого хода.

При нарушении 1-го условия положительный вывод генератора G2 соединяется с отрицательной шиной, а отрицательный зажим - с положительной (рис. 24.1, в). При этом в цепи обмоток якорей генераторов ЭДС Ег и напряжение Uc действуют согласно, вследствие чего в указанной цепи возникнет результирующая ЭДС

E Uc Eг 2Uc . Под действием этой ЭДС через обмотки якорей, имеющие небольшое сопротивление, потечет ток КЗ.

50

Соответствие полярности зажимов генератора и полярности шин обеспечивается при монтаже генератора во время постройки судна и в дальнейшем не проверяется.

Последствия нарушения 2-го условия зависят от соотношения ЭДС генератора и напряжения на шинах. При Ег > Uc ток якоря подключенного генератора Ia 2 Eг Uc Ra 2 0 .

Это означает, что включенный генератор перейдет из режима холостого хода в генераторный и примет на себя часть нагрузки работающего генератора. Включение на шины сопровождается толчком на валу генератора тормозного характера.

При Ег < Uc ток якоря генератора Ia 2 Eг Uc Ra 2

генератор станет работать в двигательном режиме и создаст дополнительную нагрузку на работающий генератор. Электромагнитный момент генератора совпадает по направлению с моментом ПД, который вследствие этого может пойти "вразнос". Выполнение 2-го условия проверяется при помощи вольтметра, поочередно подключаемого к шинам и выводам генератора.

Включение генератора на шины проводится в следующем порядке:

генератор G2 приводится во вращение с номинальной частотой;

при помощи регулировочного реостата R 2 устанавливают на зажимах генератора ЭДС Ег < Uc;

подключают генератор на шины при помощи автоматического выключателя QF2. После включения на шины генератор G2 нагружают, распределяя нагрузку между

генераторами пропорционально номинальной мощности каждого из них.

Перевод и распределение нагрузки. Воздействуя на регуляторы возбуждения генераторов Rрг1 и Rрг2 в цепях параллельных обмоток возбуждения L2, осуществляют распределение нагрузки. При этом увеличивают ток возбуждения у генератора G2 и уменьшают у генератора G1. Такое одновременное и противоположное по характеру изменение токов возбуждения не только обеспечивает распределение нагрузки, но позволяет сохранить постоянство напряжения на шинах.

Для обеспечения устойчивой параллельной работы генераторов смешанного возбуждения последовательные обмотки L1 соединяют параллельно при помощи уравнительной шины УШ. Если ЭДС одного из генераторов возрастет (например, вследствие увеличения частоты вращения ПД), то увеличится ток нагрузки этого генератора. Часть этого тока пойдет по последовательной обмотке другого генератора. Магнитный поток этого генератора возрастет, его ЭДС также увеличится, и поэтому увеличится его ток нагрузки. В результате нагрузка автоматически распределится между генераторами пропорционально номинальной мощности каждого из них.

При обрыве уравнительного провода случайное увеличение ЭДС любого генератора приведет к увеличению его тока нагрузки. Этот ток, протекая по последовательной обмотке, еще больше увеличит ЭДС этого генератора, что, в свою очередь, приведет к дальнейшему увеличению тока нагрузки. Второй генератор при этом будет разгружаться. Из приведенного примера следует, что устойчивая параллельная работа генераторов смешанного возбуждения без уравнительного провода невозможна.

Вопрос 25

Розподіл реактивного навантаження при паралельній роботі синхронних генераторів. Статичні і астатичні реактивні компенсатори.

При одиночной работе генератора СВАРН регулирует ток возбуждения с целью стабилизации напряжения.

При параллельной работе синхронных генераторов изменение реактивной нагрузки достигается регулированием тока возбуждения. Правила Регистра допускают неравномерность распределения реактивных нагрузок в пределах ±10% номинальной реактивной мощности большего генератора или 25% от номинальной реактивной мощности меньшего генератора, в зависимости от того, какое из указанных значений меньше.