Причины, вызывающие искрение на коллекторе. 6 страница

Рисунок 84 - Опыт холостого хода синхронного генератора

Векторная диаграм­ма, построенная для ге­нератора при опыте трехфазного к.з., пред­ставлена на рисунке 85, в. Из диаграммы видно, что ЭДС Ё_к, индуцируемая в обмот­ке статора, полностью уравновешивается ЭДС продольной реакции якоря É_к = É_1d + É_δ1

При этом МДС об­ мотки возбуждения имеет как бы две сос­тавляющие: одна ком­пенсирует падение на­пряжения jl₁X₁а дру­гая компенсирует раз­магничивающее влия­ние реакции якоря jl_dX_ad.

Рисунок 85 - Опыт короткого замыкания синхрон­ного генератора

Характеристики к.з. и х. х. дают возмож­ность определить зна­чения токов возбужде­ния, соответствующие указанным составляю­щим МДС возбужде­ния. С этой целью ха­рактеристики х. х. и к.з. строят в одних осях (рисунок 86), при этом на оси ординат отмечают относительные значения напряжения х. х. Е* = E_o/U_1HOMи тока к.з. Iк* = I_1к/I_1ном. На оси ординат от­кладывают отрезок ОВ,выражающий в масштабе напряжения значение ЭДС рассеяния Ё_σ1 = - _jI₁X₁.Затем точку Всносят на характеристику х. х. (точка В')и опускают перпендикуляр В'Dна ось абсцисс. Полученная таким образом точка Dразделила ток возбуждения I_воном на две части: I_BX — ток возбуждения, необ­ходимый для компенсации падения напряжения jl₁X₁ и l_Bd — ток возбуждения, компенсирующий продольно-размагничивающую реакцию якоря.

Один из важных параметров синхронной машины — отноше­ние короткого замыкания (ОКЗ), которое представляет собой отношение тока возбуждения Лоном, соответствующего номиналь­ному напряжению при х. х., к току возбуждения, соответ­ствующему номинальному току статора при опыте к.з. (рисунок 85,б):

ОКЗ=I_оном/I_{в к н. ном} (60)

Для турбогенераторов ОКЗ= = 0,4÷0,7; для гидрогенерато­ров ОКЗ= 1,0÷1,4.

Рисунок 86 - Определения составляющих тока к.з.

ОКЗ имеет большое практи­ческое значение при оценке свойств синхронной машины: машины с малым ОКЗ менее устойчивы при параллельной работе, имеют зна­чительные колебания напряже­ния при изменениях нагрузки, но такие машины имеют меньшие габариты и, следовательно, дешевле, чем машины с большим ОКЗ.

Внешняя характеристика. Представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки: U₁ = ƒ (I₁) при I_B = const; constφ₁; n₁= n_ном = const. На рисунке 87, а представлены внешние характеристики, соответст­вующие различным по характеру нагрузкам синхронного гене­ратора.

При активной нагрузке (constφ₁= 1) уменьшение тока нагрузки I₁ сопровождается ростом напряжения U₁, что объяс­няется уменьшением падения напряжения в обмотке статора и ослаблением размагничивающего действия реакции якоря по по­перечной оси. При индуктивной нагрузке (cosφ<1; инд.) увеличение U₁ при сбросе нагрузки более интенсивно, так как с уменьшением тока Л ослабляется размагничивающее действие продольной составляющей реакции якоря. Однако в случае емкостной нагрузки генератора (cosφ<1;емк.) уменьшение I₁ сопровождается уменьшением напряжения U₁, что объясняется ослаблением подмагничивающего действия про­дольной составляющей реакции якоря.

Изменение напряжения синхронного генератора, вызванное сбросом номинальной нагрузки при I_B = const; и n₁ = const, называется номинальным изменением (повышением) напряже­ния (%):

E_о - U_1ном

∆U_ном = (61)

U_1ном

При емкостной нагрузке генератора сброс нагрузки вызывает уменьшение напряжения, а поэтому, ∆U_ном отрицательно.

В процессе эксплуатации синхронного генератора напряже­ние U₁ при колебаниях нагрузки поддерживается неизменным посредством быстродействующих автоматических регуляторов. Однако во избежание повреждения изоляций обмотки ∆U_ном не должно превышать 50 %.

Рисунок 87 - Внешние (а) и регулировочные (б) характерис­тики синхронного генератора

Регулировочная характеристика. Она показывает, как следует изменять ток возбуждения генератора при изменениях нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменно равным номинальному: I_B = ƒ(I₁) при U₁ = U_2ном = const; n_ном = const и cosφ₁ = const. На рисунке 87,б представлены регулировочные характеристики синхронного генератора. При активной нагрузке (cosφ₁ = 1) увеличение тока нагрузки I₁ сопровождается уменьшением напряжения U₁, поэтому для под­держания этого напряжения неизменным по мере увеличения тока нагрузки I₁ следует повышать ток возбуждения. Индуктивный характер нагрузки (cosφ<1; инд) вызывает более резкое понижение напряжения U₁ (рисунок 87, а), поэтому ток возбуждения I_B, необходимый для поддержания U₁ = U_1ном, сле­дует повышать в большей степени. При емкостном же характере нагрузки (cosφ<1; емк.) увеличение нагрузки со­провождается ростом напряжения U₁, поэтому для поддержания U₁ = U_1ном ток возбуждения следует уменьшать.

Включение генератора на параллельную работу

На электрических станциях обычно устанавли­вают несколько синхронных генераторов, включае­мых параллельно для совместной работы (рисунок 88). Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает преимущества, объясняе­мые теми же соображениями, которые были изло­жены применительно к параллельной работе транс­форматоров.

При включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать сле­дующие условия: ЭДС генератора Е_о в момент под­ключения его к сети должна быть равна и противо­положна по фазе напряжению сети (Е_о = - Ú_с); частота ЭДС генератора ƒ_г должна быть равна час­тоте переменного напряжения в сети ƒ_с; порядок следования фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Приведение генератора в состояние, удовлетво­ряющее всем указанным условиям, называют синхро­низацией. Несоблюдение любого из условий синхро­низации приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.

Включить генератор в сеть с параллельно рабо­тающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизации.

Способ точной синхронизации. Сущность этого способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовлет­воряющее всем вышеперечисленным условиям. Мо­мент соблюдения этих условий, т. е. момент синхро­низации, определяют прибором, называемым синхро­носкопом. По конструкции синхроноскопы разде­ляют на стрелочные и ламповые. Рассмотрим про­цесс синхронизации генераторов с применением лам­пового синхроноскопа, который состоит из трех ламп 1, 2, 3, расположенных в вершинах равностороннего треугольника.

Рисунок 88 - Включение синхронных генераторов на параллельную работу

При включении ламп по схеме «на погасание» (рисунок 89, а) момент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Предположим, что звезда ЭДС генератора É_а É_в É_с вращается с угловой частотой превышающей угловую час­тоту вращения ω_с звезды напряжений сети Ú_А;Ú_В ;Ú_c. В этом случае напряжение на лампах определяется геометрической сум­мой É_а +Ú_А ; É_B +Ú_B ; É_C +Ú_C ; (рисунок 89,б). В момент совпадения век­торов звезды ЭДС с век­торами звезды напряже­ний эта сумма достигает наибольшего значения, при этом лампы горят с наибольшим накалом (на­пряжение на лампах равно удвоенному напряжению сети). В последующие мо­менты времени звезда ЭДС обгоняет звезду нап­ряжений и напряжение на лампах уменьшается.

В момент синхро­низации векторы ЭДС и напряжений занимают положение, при котором, É_а +Ú_А=0 ; É_B +Ú_B =0; É_C +Ú_C=0, т.е U_л = 0, и все три лампы одновременно гаснут (рисунок 89, в). При большой разности угловых частот , и лампы вспыхивают часто. Изме­няя частоту вращения первичного двигателя, добиваются равенства ω_г= ω_c, о чем будет свидетельствовать пога­сание ламп на длитель­ное время. В этот мо­мент и следует замк­нуть рубильник, после чего генератор окажет­ся подключенным к сети.

Рисунок 89 - Ламповый синхроноскоп

Способ самосинхро­низации. Ротор невоз­бужденного генератора приводят во вращение первичным двигателем до частоты вращения, отличающейся от синх­ронной не более чем на 2—5 %, затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключе­ния генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное сопро­тивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием на­пряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуж­дения к источнику постоянного тока и синхронный генератор под действием электромагнитного момента, действующего на его ро­тор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значи­тельные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воз­действий на надежность генератора учитывается при проектиро­вании синхронных генераторов. Способом самосинхронизации включают на параллельную работу синхронные генераторы мощ­ностью до 500 МВт.