17.Условия параллельной работы генераторов постоянного тока.
Таких условий 2:
1) Полярность зажимов подключаемого генератора должна соответствовать
полярности шин;
2) ЭДС подключаемого генератора должна равняться напряжению
на шинах.
ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ВОЗБУДИТЕЛЕМ. СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН
Большинство синхронных машин имеет электромагнитное возбуждение. Источниками постоянного тока для обмоток возбуждения являются специальные системы возбуждения, к которым предъявляется ряд важных требований:
1) надежное и устойчивое регулирование тока возбуждения в любых режимах работы машины;
2) достаточное быстродействие, для чего применяется форсировка возбуждения, т. е. быстрое увеличение напряжения возбуждения до предельного значения, называемого потолочным. Форсировка возбуждения применяется для поддержания устойчивой работы машины во время аварий и в процессе ликвидации их последствий. Потолочное напряжение возбуждения выбирают не менее 1,8-2 номинального напряжения возбуждения. Скорость нарастания напряжения при форсировке возбуждения должна быть не менее 1,5-2 номинальных напряжений на контактных кольцах ротора в секунду;
3) быстрое гашение магнитного поля, т. е. уменьшение тока возбуждения машины до нуля без значительного повышения напряжения на ее обхмотках. Необходимость в гашении поля возникает при отключении генератора или повреждении в нем.
Для возбуждения синхронных машин применяется несколько систем. Простейшей из них является электромашинная система возбуждения с возбудителем постоянного тока (рис. 15). В этой системе в качестве источника используют специальный генератор постоянного тока GE, называемый возбудителем; он приводится во вращение от вала синхронного генератора, а его мощность составляет 1- 3 % мощности синхронного генератора. Ток возбуждения синхронной машины Iв относительно велик и составляет несколько сотен и даже тысяч ампер. Поэтому его регулируют с помощью реостатов, установленных в цепи возбуждения возбудителя. Возбуждение возбудителя осуществляют по схеме самовозбуждения (рис. 15) или независимого возбуждения от специального генератора постоянного тока GEA, называемого подвозбудителем (рис. 16). Подвозбудитель работает с самовозбуждением, и сопротивление резистора Rш2 при работе генератора не изменяется.
19. Методы синхронизации генераторов переменного тока. Алгоритм и условия подключения.
Существует 3 метода синхронизации: точной, грубой и самосинхронизации. Каждый из методов может выполняться вручную, полуавтоматически или автоматически. На современных судах наиболее часто применяют метод точной синхронизации, реже - грубой синхронизации и крайне редко - самосинхронизации. Такое различие объясняется особенностями каждого, способа.
Метод точной синхронизации. Суть метода состоит в том, что подключаемый генератор включается на шины ГРЩ с соблюдением всех условий синхронизации. Выполнение первого условия на практике осуществляется автоматически, так как СГ снабжены системами самовозбуждения и автоматического регулирования напряженияСВАРН. Равенство частот достигается подгонкой частоты подключаемого СГ к частоте работающего. Для этого на панели управления ГРЩ располагают реверсивные переключателиSB1 иSB2, при помощи которых включают серводвигательMl илиМ2 регулятора частоты вращения подключаемого СГ в ту или иную сторону. Визуальный контроль за выполнением первых двух условий на практике выполняется одновременно, поочередным подключением к каждому генератору вольтметраPV и частотомераPF переключателемS2.
Совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений проверяется при помощи синхроноскопа ES и достигается при одинаковом положении роторов работающего и подключаемого генераторов по отношению к статорам. Для этого воздействуют короткими импульсами на серводвигатель регулятора частоты вращения подключаемого СГ, добиваясь момента, когда стрелка синхроноскопа расположится вертикально, напротив отметки на шкале прибора. В этот момент времени включают СГ на шины. Принципиальная схема точной ПРИ ПОМОЩИ автоматического синхронизации выключателяQF1 (QF2).
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 СГ нагружают активной нагрузкой, одновременно разгружая другой, для чего увеличивают подачу топлива (пара) у подключаемого ГА и одновременно уменьшают у другого. Распределяют активную нагрузку пропорционально номинальным активным мощностям генераторов и контролируют при помощи киловаттметров PW1 иPW2, обычно включаемых через трансформаторы токаТА1 иТА2 и напряженияTV4 иTV5.
Это означает, что AGM-батареи без участия генератора способны снабжать электропитанием более энергоемкие системы автомобиля.
AGM-батареи принимают заряд в два-три раза быстрее, т.е. после разряда быстрее заряжаются до 100%. Вследствие этого удается избежать длительно нахождения батареи в недозаряженном состоянии, что крайне губительно для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.Аккумуляторные батареи OPTIMA, обладая всеми преимуществами технологии AGM, отличаются еще и тем, что пластины в них не прямоугольные и плоские (как в батареях "классической" конструкции), а представляют собой длинные ленты, плотно скрученные в рулон (инновационная система SPIRALCEL®-TECHNOLOGY).
Вследствие использования такой конструкции батареи OPTIMA могут не только безопасно работать в любом положении и выдерживать вибрации, которые не может выдержать ни одна батарея "классической" конструкции, но и способны работать с поврежденным корпусом, например, с пробоинами. Констукция SPIRALCEL®-TECHNOLOGY дает возможность использовать такие батареи не только в качестве стартерных и не только в автомобилях, но и для питания электроприборов, а также в качестве бортовых источников тока на катерах и яхтах. Кроме перечисленных преимуществ батареи OPTIMA имеют еще более высокие пусковые характеристики (ток холодной прокрутки) и более продолжительный срок службы.
Стандартная современная 12-вольтовая автомобильная аккумуляторная батарея выполнена из шести последовательно соединенных между собой блоков разноименно заряженных пластин, каждый из которых и представляет собой простейший аккумулятор с выходным напряжением около 2 вольт. Положительно заряженная пластина (электрод) представляет собой свинцовую решетку с активной массой из двуокиси свинца (PbO2), а электрод со знаком минус - решетку с активной массой из губчатого свинца (Pb). Полублоки разноименно заряженных пластин вставляются друг в друга. Во избежание возникновения короткого замыкания между пластинами, их разделяют пористыми сепараторами из изоляционного материала. Собранные блоки помещаются в корпус и заливаются электролитом (раствором серной кислоты плотностью 1.27-1.29 г/см3). Полюса (баретки) крайних элементов соединяются с расположенными снаружи корпуса контактными выводами - борнами.
Если к аккумулятору подключить нагрузку, то свинцовые пластины с активной массой, электролит и нагрузка образуют замкнутую цепь. Внутри аккумулятора начинается химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет менять первоначальный состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца PbSO4), а плотность электролита начинает падать. В итоге, в цепи образуется направленное движение ионов, и течет электрический ток. Такой процесс представляет собой разряд аккумулятора. При подключении к аккумулятору внешнего источника тока начинается обратный процесс - заряд. При заряде активная масса пластин восстанавливает свой первоначальный состав, плотность электролита растет. Эти химические процессы можно описать следующими уравнениями:
- на положительной пластине: PbO2 + H2SO4 = PbSO4 + H2O + 2e;
- на отрицательной пластине: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2 - 2e.
Из всего вышесказанного следует, что количество запасаемой аккумулятором энергии (емкость) определяется объемом активной массы и электролита.
Пластины в нем представляли собой пакеты свинцовых решеток с запрессованной в них активной массой - пастой двуокиси свинца. Точно также и в современном свинцово-кислотном аккумуляторе активными веществами являются свинец и двуокись свинца, а электролитом - водный раствор серной кислоты.
В настоящее время помимо аккумуляторов "классической" конструкции (с жидким электролитом), существуют также гелевые батареи и батареи, созданные по технологии AGM.
Гелевые батареи - это модификация стандартных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, в которых вместо жидкого электролита используется так называемый "загущенный": в электролит добавляется загуститель, в результате чего он переходит из жидкого состояния в гелеобразное. "Гелеобразность" электролита предотвращает возможность его выливания и исключает газовыделение в процессе эксплуатации батареи. Основной же недостаток, присущий гелевым батареям - повышенное внутреннее сопротивление (следствие того, что электролит менее текучий). Это препятствует получению высоких токов, и именно поэтому гелевые батареи мало применяются в качестве стартерных автомобильных батарей, и используются, в основном, в качестве резервных источников питания.
Батареи конструкции AGM, к которым относятся, в частности, аккумуляторы VARTA Start-Stop Plus (ULTRA Dynamic), BOSCH S6 HighTech, BANNER RUNNING BULL, ATLAS ABX AGM , а также мотоциклетные аккумуляторные батареи VARTA FUNSTART AGM и BOSCH M6 AGM- это другой тип батарей, которые, с одной стороны, имеют положительные свойства гелевых батарей - способность работать в любом положении и отсутствие газовыделения при нормальном режиме эксплуатации - и одновременно с этим лишены присущих гелевым батареям недостатков.
Технология AGM (Absorbed Glass Mat) предполагает, что электролит в корпусе батареи находится не в свободном жидком или гелеобразном виде, а абсорбирован в высокопористой волокнистой стеклоткани-сепараторе, плотно прижатой к пластинам (при этом сам электролит – жидкий). В результате достигается высокая степень контакта электролита с активной массой пластин и, как следствие, снижается собственное сопротивление батареи.
AGM-батареи выдерживают в 3-4 раза больше циклов разряда-заряда, чем обычные свинцово-кислотные стартерные батареи.
AGM-батареи способны выдерживать более глубокие разряды: если обычные свинцово-кислотные стартерные батареи можно разряжать на 10-15% без возникновения необратимых повреждений, то AGM-батареи – на 25-30%. Это означает, что AGM-батареи без участия генератора способны снабжать электропитанием более энергоемкие системы автомобиля.
AGM-батареи принимают заряд в два-три раза быстрее, т.е. после разряда быстрее заряжаются до 100%. Вследствие этого удается избежать длительно нахождения батареи в недозаряженном состоянии, что крайне губительно для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
AGM-батареи имеют совершенно уникальные эксплуатационные свойства: AGM-батареи выдерживают в 3-4 раза больше циклов разряда-заряда, чем обычные свинцово-кислотные стартерные батареи.
AGM-батареи способны выдерживать более глубокие разряды: если обычные свинцово-кислотные стартерные батареи можно разряжать на 10-15% без возникновения необратимых повреждений, то AGM-батареи – на 25-30%.
Распределение реактивной нагрузки происходит автоматически путем воздействия систем самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения СВАРН обоих генераторов на токи возбуждения. При этом ток возбуждения подключенного СГ автоматически увеличивается, а другого уменьшается. Пропорциональность распределения
реактивной нагрузки проверяется при помощи килоамперметров РА1 иРА2, т. е. косвенно, так как эти приборы показывают полные, а не реактивные токи генераторов. Если у двух однотипных СГ одинаковы показания киловаттметров (т. е. одинаковы активные токи) и
неодинаковы показания килоамперметров, значит, неодинаковы реактивные токи.
Из всего изложенного следует, что включение СГ на параллельную работу представляет собой довольно трудную задачу. Основная трудность заключается в определении момента совпадения по фазе напряжений СГ, включаемых на параллельную работу. Для определения указанного момента при автоматической точной синхронизации используют синхронизаторы, а при точной синхронизации вручную применяют синхроноскопы.
Синхроноскопы. На практике применяют синхроноскопы двух типов: на лампах накаливания и на основе сельсинов
Простейший ламповый синхроноскоп имеет в своем составе синхронизирующую лампу HL, которую присоединяют к выводу генератора и шине сети так, как показано на рис. 6.4,а. Таким образом, указанная лампа оказывается включенной между одноименными выводамиС1обоих генераторов (рис. 6.4, б). При неодинаковых частотах СГ на зажимах лампыHL возникает напряжение биения (У6, представляющее собой сумму мгновенных значений напряжения сетиUc и ЭДСЕгподключаемого генератора ОгибающаяABCDE положительных полуволн напряжения биения, выполненная штриховой линией, характеризуется периодом биенияTs - l/fs и максимальным значением напряжения биения ./б т а х . На этой кривой точкамиВ иD обозначены узлы, в которых напряжение биения
(7б = 0. В моменты времени, соответствующие узлам, лампа IIL гаснет, а роторы СГ занимают одинаковое положение по отношению к статорным обмоткам, поэтому напряжение [/с и ЭДСЕг находятся в противофазе в контуре, образованном статорными обмотками, и взаимокомпенсируются.
3 условия синхронизации:
Порядок следования фаз у каждого из генераторов должен быть одинаковым.
Равное напряжение на обоих генераторах.
Одинаковая частота обоих генераторов.