Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

мотки. Поток рассеяния действует сильнее на проводники, лежащие ближе ко дну низа (рис. 28-12). Чтобы поставить все проводники в пазу в одинаковые условия, производят так называемую транспо­ зицию проводников, т. е. меняют занимаемые ими в пазу места так, что нижний проводник постепенно переходит по длине машины в по­ ложение верхнего проводника, и наоборот.

Добавочные потери в лобовой части обмотки статора в значитель­ ной степени зависят от типа обмотки. Принятая в настоящее время конструкция лобовых частей обеспечивает минимум добавочных потерь в них.

Потоки рассеяния вокруг лобовых частей пронизывают близле­ жащие металлические части и создают в них значительные потери от вихревых токов. Средствами уменьшения этого вида потерь яв­ ляются: рациональное устройство металлических конструкций и выполнение нажимных плит и бандажей из немагнитной стали. Так, например, в генераторе завода «Электросила» мощностью 30UÜ кет с диаметральной обмоткой статора (у —т) и бандажами из магнитного материала добавочные потерн составляли 85 кет. После перехода на обмотку с укороченным шагом и выполнения бандажей из немагнитной стали добавочные потери снизились до 32 к е т т. е. в 2,6 раза.

Согласно ГОСТ 11828—(Hi добавочные потери в синхронных ма­ шинах мощностью до 100 кв-а включительно учитываются прибли­ женно в размере 0,5% номинальной мощности при работе машины

Г. К. и. д. синхронных генераторов. Он определяется по фор­ муле (6-10). При этом активная мощность, отдаваемая трехфазным

Здесь С'ф и и л — фазное и линейное напряжения; / ф и / л — фаз­ ный и линейный токи: ф — угол сдвига между С/ф и і ф.

При определении к. п. д. следует относить к потерям синхронной машины потери в возбудителе и подвозбудителе (т. е. в возбудителе возбудителя), если они находятся на одном валу с синхронной ма­ шиной.

Г лава т р и д ц а т ь седьм ая ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

37-1. Предварительные замечания

На современных электрических станциях, как правило, устанав­ ливается несколько генераторов, включаемых параллельно. Объяс­ няется это тем, что график нагрузки станции колеблется как в разлнч-

іше вромепа года, так и в течение суток; при малой нагрузке ряд генераторов .может быть выключен, а оставшиеся будут при атом работать с большим использованием, что улучшает к. и. д. как самих генераторов, так и в особенности приводных двигателей. Кроме того, при аварии с одним генератором выбывает из строя лишь часть мощности, а не вся мощность станции.

К крупных промышленных центрах на параллельную работу включается ряд станций, что позволяет иметь меньшую резервную мощность и более выгодно использовать установленную мощность. Особенно выгодна параллельная работа паровых и гидроэлектриче­ ских станций.

Параллельная работа синхронных генераторов требует выполне­ ния ряда специальных условий, необходимых: для безаварийного включения генераторов на параллельную работу и для устойчивой и надежной работы их при эксплуатации энергосистемы.

Существуют два способа включения синхронных генераторов в сеть: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации.

До конца сороковых годов главное значение имел первый способ, но в настоящее время начал широко применяться второй, имеющий ряд ценных преимуществ по сравнению с первым способом.

37-2. Условия параллельного включения синхронных генераторов по способу точной синхронизации

А. Условия параллельного включения синхронных генераторов.

Пусть даны два однофазных генератора, один из которых, напри­ мер I , работает, а генератор II нужно приключить параллельно

к генератору / (рис. 37-1). Условия параллельного включения синх­ ронных генераторов принципиально те же, что и генераторов постоян­ ного тока (см. § 7-7), т. е. необходимо, чтобы, во-первых, э. д. с. включаемого генератора была равна напряжению сети, в которую он включается, а во-вторых, чтобы полярность включаемого генератора соответствовала полярности сети. Но в случае синхронных генера­ торов э. д. с. — нерешенная как по величине, так и по знаку, поэтому

418

Так как уравнительный ток — реактивный, то он не нагружает приводные двигатели и с этой точки зрения не представляет опас­ ности. Кроме того, сопротивления х\ и хц синхронных машин отно­ сительно велики, вследствие чего ток / у не выходит за пределы но­ минального тока, даже при относите льно большой разности э. д. с. ДЕ. Только в момент включения генератора в сеть возможен резкий бро­ сок тока, который может создать на валу генератора опасные меха­ нические усилия. Тем не менее в определенных условиях (см. § 37-4) такое включение генератора в сеть допускается.

лись так, как показано на рис. 37-5. Их геометрическая сумма даст результирующую о. д. с. ЛЕ, под влиянием которой потечет неко­

торый ток биений /б, отстающий от АЕ по фазе почти на я/2. Основная разница между уравнительным током / у и током /д

состоит в том, что, как это .можно видеть из диаграммы, ток Уд почти совпадает по фазе с о. д. с. Ец и находится в противофазе с напряже­ нием UI. Таким образом, ток Уд в рассматриваемый момент.времени является активным током, который не только нагружает генера­ торы, но и отражается на работе приводных двигателей. В худшем случае может получиться, что не только рассматриваемый генератор не войдет в синхронизм, но могут выпасть из синхронизма и другие параллельно работающие генераторы.

Очевидно, что для более легкого включения на сеть необходимо добиться возможно меньшей разницы в частотах. Самое включение нужно производить в тот момент времени, когда сумма мгновенных значений щ -j- ец як 0. После включения на параллельную работу в сети и в приключаемом генераторе установятся одинаковые ча­ стоты благодаря так называемой «синхронизирующей силе» (см. § 37-8).

420

Определение того момента, когда можно произвести включение в сеть, можно произвести при помощи синхронизирующих фазных ламп, которые нужно присоединить к зажимам генератора и шинам сети так, как показано на рис. 37-6, а, или так, как показано на рис. 37-6, б. Первый способ включения фазных ламп называется включением на потухание (на темноту), второй — на свет. Когда иI = —ец, то напряжение на зажимах фазных ламп в первой схеме равно нулю, и они потухают, а во второй схеме на лампах получается двойное фазное напряжение сети и лампы ярко горят. Поэтому момент включения генератора в сеть соответствует моменту потуха­ ния ламп, присоединенных по первой схеме, и моменту яркого света — по второй.

Итак, для включения в сеть однофазных синхронных генерато­

1)действующее значение э. д. с. приключаемого генератора и его частота должны быть практически равны действующему значе­ нию напряжения сети и ее частоте;

2)включение должно быть произведено в тот момент времени, когда сумма ui -)- ец — 0.

Всякое нарушение этих условий нежелательно, так как оно может

повести к ненормальным явлениям и даже авариям.

Б. Условия параллельного включения трехфазных синхронных генераторов. Выводы, полученные для однофазных генераторов, можно перенести и на трехфазные генераторы. Однако к первона­ чальным двум условиям параллельного включения, которые дейст­ вительны для однофазных и трехфазных генераторов, прибавляется еще третье условие, а именно: порядок следования фаз приключае­ мого генератора и генератора, уже работающего, должен быть один и тот же, например-Аі—/Д — б’і первого и Ад — В и — Сц второго.

Так как ио выводным концам генератора нельзя судить о порядке следования фаз, то его надо проверить перед включением генератора на шины. Для проверки правильности включения применяют фазные лампы, включаемые во все три фазы генератора. При этом различают две схемы включения этих ламп: схему на потухание (рис. 37-7, а)

т

и схему на вращение света (рис. 37-7, б). В первой схеме каждая из ламп присоединяется к двум концам одного и того же ножа рубиль­ ника, во второй — две из ламп включаются накрест.

В случае одинакового чередования фаз обоих генераторов — работающего и приключаемого к сети — э. д. с. этих генераторов могут быть изображены двумя звездами с одинаковым чередованием векторов (рис. 37-8, а и б). Для простоты можно совместить их нуле­ вые точки и считать, что одна из звезд, например звезда А х — В і — С\, неподвижна, а другая вращается относительно первой с разностью их угловых скоростей. Если лампы включены по схеме на рис. 37-7, а, то, как это следует из диаграммы на рис. 37-8, а, все лампы будут одновременно загораться и одновременно потухать. Включать ру-

а — включение ламп на потухание, б — включение ламп на вра­ щение света

бильник следует в тот момент, когда лампы потухнут, так как в этом случае напряжение между лампами будет равно нулю. Этот способ включения называют включением на потухание.

Если лампы включены по схеме на рис. 37-7, б, то, как это следует из диаграммы на рис. 37-8, б, лампы горят с различной яркостью, причем последовательность зажигания ламп (А — В — С или А — С — В) зависит от относительной скорости вращения векторов э. д. с. и, следовательно, от относительной скорости вращения ге­ нераторов. Расположив лампы по кругу, можно иметь в обоих слу­ чаях вращение света, но в одном случае это вращение происходит

водну сторону, а в другом — в другую. Включать рубильник следует

втот момент, когда лампа А\Ац потухнет. Этот способ включения называется включением на вращение света.

Если чередование фаз разное, например в одном генераторе А — В — С, а в другом А — С — В, то там, где должно быть поту­ хание (рис. 37-7, а), будет вращение света, и наоборот. Это указы­ вает на несовпадение чередования фаз генераторов. Для устранения этого несоответствия достаточно поменять местами любые два провод­ ника, идущие от генератора или от сети к рубильнику.

422

При наличии трехфазных синхропні.тх мантии высокого напряже­ ния лампы включаются черев измерительные трансформаторы на­ пряжения. Необходимо лиши убедиться во избежание неправильного включения, что трансформаторы принадлежат к одной и той же группе.

Параллельное включение генераторов — ответственная опера­ ция, особенно пріт больших мощностях, поэтому в настоящее время широко распространены способы автоматического включения гене­ ратора на общие шины.

37-3. Включение синхронных генераторов по методу самосинхронизации

Описанные выше способы включения в сеть синхронных генера­ торов относительно сложны, требуют большой точности и главное — затраты времени. Поэтому в последнее время в энергосистемах применяется включение синхронных генераторов в сеть по методу самосинхронизации. Сущность метода состоит в следующем: генера­ тор приводится во вращение приводным двигателям со скоростью, которая может отличаться от синхронной на ± (2—3)%, и вклю­ чается в сеть без возбуждения, причем обмотка ротора, во избежа­ ние перенапряжения в момент включения, замыкается накоротко пли через небольшое сопротивление; после этого, обычно сейчас же после включения генератора в сеть, подается возбуждение, и гене­ ратор впадает в синхронизм.

Таким образом, при включении генератора по методу самосинхро­

несколько отличающейся от синхронной скорости, с которой вра­ щается магнитное поле статора. В этих условиях в статоре наблю­ дается бросок тока, в несколько раз превышающий номинальный ток, а на валу генератора возникают механические усилия, но по­ следние невелики и, как показывает опыт, не представляют опасности для машины.

Испытания, произведенные в ряде энергосистем по включению генераторов мощностью до 55 000 кв-а методом самосинхронизации, показали, что включение по этому методу протекает успешно как

вслучае неявнополюсных, так и явнополюсных генераторов и может применяться и для синхронных компенсаторов. Время, за которое ток статора снижается до своего номинального значения, колеблется

впределах 1—7 сек.

Применение метода самосинхронизации значительно упрощает процесс включения, которое при этом требует мало времени и может быть легко автоматизировано; оно имеет особенно большое значение при ликвидации аварий, когда, с одной стороны, генератор нужно быстро включить в сеть, и когда, с другой стороны, при значитель­ ных колебаниях напряжения и частоты работа описанных выше синхронизационных устройств затрудняется, а иногда становится невозможной.

423

37-4. Электромагнитная мощность и основные режимы роботы синхронной машины

На рис. 37-9 показана энергетическая диаграмма синхронного генератора. Приводной двигатель, вращающий синхронный генера­ тор, подводит к нему мощность Рх. Часть этой мощности тратится на покрытие механических потерь Рмх, потерь в стали статора Рс и по­ терь на возбуждение Рв, если возбудитель на одном валу с генера­ тором. Оставшаяся часть мощности Рт, называемая электромагнит­ ной, передается на статор электромагнитным путем в результате взаимодействия между основным по-

Но уже в машинах средней мощности РЭ1 <С І % номинальной мощ­ ности. На этом основании потерями Р31 можно пренебречь и счи­ тать, что Рэы Ä? Р2, тогда по формуле (36-1), в которой опущены индексы «ф»,

Р3м — mUIxcos ф.

Чтобы преобразовать правую часть этого равенства, можно воспользоваться преобразованной диаграммой э. д. с. (рис. 37-10).

Здесь ф = ф — 8, где ф — угол сдвига между э. д. с. Еа и током Іх,

а Ѳ — угол сдвига между э. д. с. Еа и напряжением U.

Формула для Рэы после подстановки значения ф примет вид:

Рэм = mill 1 cos (ф — Ѳ) = mUIxcos ф cos Ѳ+ mUIxsin ф sin 8. (37-3)

Из диаграммы э. д. с. следует, что величина

U cos Ѳ= OB = Еа — Idxd = Еа— Ixj dsin ф,

откуда

l xsin ф = Exi — U cos 8

424

звено системы, а долюсы статора или просто статор как ведомое звено ее. Поэтому при работе синхронной машины генератором ось поля ротора всегда опережает ось результирующего ноля статора на угол ѳ. Но поле ротора создает э. д. с. Еп, а результирующее поле статора — напряжение на зажимах генератора U. Каждая из этих э. д. с. отстает от создающего его потока на л/2. Поэтому взаимное расположение осей основного поля ротора и результирую­ щего поля статора определяет и взаимное расположение векторов

э. д. с. Еа и U. Соответствен­ но этому на векторной диаг­ рамме генератора(рис. 37-10)

вектор э. д. с. Еа всегда опе­ режает вектор напряжения

U на угол ѳ•

Так как частота сети, сов­ местно с которой работает генератор, постоянна, то ре­ зультирующий поток статора

жен, и относить к нему все изменения в положении ротора и соот­ ветственно основного потока Фп.

С помощью модели синхронного генератора можно создать до­ статочно четкое представление о параллельной работе синхронного генератора на шины бесконечной мощности, при / в = const и Мш = ѵаг.

При работе генератора вхолостую оси обеих систем полюсов сов­ падают, т. е. угол Ѳ = 0 (рис. 37-12, а), магнитные линии в зазоре идут нормально к поверхностям полюсов и мощность Рды = 0. На синусоиде электромагнитной мощности (рис. 37-11) этому режиму отвечает точка О. »

426