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 напряжения СВАРН (рис. 3.13 ).
Рис. 3.13. Принципиальная схема точной синхронизации
Равенство частот достигается подгонкой частоты подключаемого СГ к частоте ра-
ботающего. Для этого на панели управления ГРЩ располагают реверсивные переключа-
тели SB 1 и SB 2 , при помощи которых включают серводвигатель М1 или М2 регулятора частоты вращения подключаемого СГ в ту или иную сторону.
Визуальный контроль за выполнением первых двух условий ( равенство напряже
ний и частот ) на практике выполняется одновременно, поочередным подключением к каждому генератору вольтметра Р V и частотомера Р F переключателем S 2.
Совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений проверяется при помощи cтрелочного синхроноскопа Е S и достигается при одинаковом положении рото-
ров работающего и подключаемого генераторов по отношению к статорам. Для этого воз-
действуют короткими импульсами на серводвигатель регулятора частоты вращения под-
ключаемого СГ, добиваясь момента, когда стрелка синхроноскопа расположится верти-
кально, напротив отметки на шкале прибора ( «на 12 часов» ). В этот момент времени включают СГ на шины при помощи автоматического выключателя QF 1 ( QF 2 ).
При точном соблюдении условий синхронизации включение СГ на шины будет без
ударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.
После этого подключенный СГ нагружают активной нагрузкой, одновременно раз-
гружая другой, для чего увеличивают подачу топлива (пара) у подключаемого ГА и одновременно уменьшают у другого.
Распределяют активную нагрузку пропорционально номинальным активным мощ
ностям генераторов и контролируют при помощи киловаттметров Р W 1 и Р W 2, обычно включаемых через трансформаторы тока ТА1 и ТА2 и напряжения Т V 4 и TV 5.
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 автома
тически увеличивается, а другого уменьшается.
Пропорциональность распределения реактивной нагрузки проверяется при помощи килоамперметров Р A 1 и Р A 2, т. е. косвенно, так как эти приборы показывают полные, а не реактивные токи генераторов. Если у двух однотипных СГ одинаковы показания киловатт
метров Р W 1 и Р W 2 (т. е. одинаковы активные токи) и неодинаковы показания килоампер-
метров Р A 1 и Р A 2, значит, неодинаковы реактивные токи.
Из всего изложенного следует, что включение СГ на параллельную работу пред-
ставляет 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.
Ламповые синхроноскопы
В ламповых 3-фазных синхроноскопах лампы накаливания включают по одной из двух схем: "на погасание" или "на вращение огня" ( рис. 3.14 ).
В схеме "на погасание" каждая лампа Н L 1, Н L 2 и Н L З включается между одноимен
ными фазами сети и генератора (рис. 3.14, а ).
Рис. 3.14. Схемы ламповых синхроноскопов на «погасание» ( а ) и «вращение огня»
Генераторный АВ включают в момент погасания ламп.
В схеме "на вращение огня" лампа Н L включается между одноименными фазами, а лампы Н L 2 и Н L 3 - "накрест", т. е. между разноименными фазами генератора и сети (рис. 3.15, б).
Лампы загораются поочередно, причем частота "вращения огня" пропорциональна разности частот генератора и сети, а направление вращения определяется . знаком этой разности. По направлению "вращения огня" можно определить, как надо изменять частоту вращения подключаемого генератора, чего нельзя сделать при использовании схемы "на погасание".
Автоматический выключатель включают при погасании лампы Н L 1.
На судах, где применяется схема «на вращение огня», лампы синхронизации распо
лагают в вершинах равностороннего треугольника, причем лампа НL1 расположена в верхней вершине треугольника.
Схема «на вращение огня» предпочтительнее, т.к. она, кроме определения необхо-
димого момента включения генератора на шины ( погасла лампа Н L 1 ), дополнительно по
зволяет определить соотношение скоростей вращения ПД обоих генераторов ( т.е. у како
го именно генератора скорость больше или меньше ).
Рассмотрим характерные случаи, которые могут возникунуть в процессе сихрониза
ции. Таких случаев – четыре.
1. В схеме на «погасание» все три лампы постоянно горят с одинаковым накалом.
Это означает, что роторы обоих генераторов вращаются с одинаковой скоростью, но занимают по отношению друг к другу неодинаковые положения. Такой режим работы генераторов называется «Синхронно-несинфазный».
Включать нашины подключаемый генератор нельзя.
В этом случае поступают так: увеличивают или уменьшают подачу топлива под
ключаемому дизель-генератору, добиваясь восстановления мигания ламп с минимальной частотой. В момент времени, когда все три лампы погаснут, включают АВ подключаемого генератора.
2. В схеме на «вращение огня» лампа, находящаяся в вершине треугольника ламп в верхней части генераторной секции, горит постоянным накалом.
Это свидетельствует о наступлении синхронно-несинфазного режима ( см. выше ).
В этом случае поступают так, как в предыдущем случае, т.е. : увеличивают или уменьшают подачу топлива подключаемому дизель-генератору, добиваясь восстановле-
ния «вращения огня». В момент времени, когда верхняя лампа погаснет, включают АВ
подключаемого генератора.
3. При штатной схеме «на вращение огня» одновременное погасание ламп означа
ет, что у подключаемого генератора нарушен порядок чередования фаз. Поэтому вместо схемы «на вращение огня» получилась схема «на погасание».
В этом случае надо перебросить на подключаемом генераторе два любых линейных провода, после чего убедиться, что штатная схема «на вращение огня» восстановилась.
4. Аналогично, если при штатной схеме на «погасание» получается «вращение ог
ня», причина та же – нарушен порядок чередования фаз подключаемого генератора. В этом случае поступают так, как указано выше - надо перебросить на подключаемом генера
торе два любых линейных провода, после чего убедиться, что штатная схема «погасание» восстановилась.
Стрелочные синхроноскопы
Стрелочный синхроноскоп электромагнитной системы типа Э1605 изображен на
рис. 3.15.
Рис. 3.15. Синхроноскоп электромагнитной системы:
а – схема механизма; б – принципиальная схема
Неподвижная часть измерительного механизма синхроноскопа типа Э1605 электро
магнитной системы ( рис. 3.15, а) состоит из трех катушек. Катушки 3, 5 имеют форму ра
мок, расположенных под углом 120° одна относительно другой. Третья катушка 4 цилинд
рической формы расположена внутри катушек 3, 5.
Подвижная часть прибора изготовлена в виде оси 1, к которой прикреплены сердеч
ники-лепестки 2, 6 из тонких пластин электротехнической стали. Ось и сердечники-лепест
ки образуют 2-образную конструкцию. Катушки 3 и 5 включены на 3 фазы синхронизируе
мого генератора (рис. 3.15, б) и создают вращающийся магнитный поток, частота враще-
ния которого пропорциональна электрической частоте генератора.
Катушка 4, на которую подается линейное напряжение сети (второго генератора), создает пульсирующий магнитный поток. В приборе возникает суммарное эллиптическое магнитное поле, которое намагничивает подвижную часть прибора. При неравенстве час-
тот сети и генератора ось эллиптического магнитного поля и подвижная часть прибора вращаются с угловой скоростью, пропорциональной разности частот. Направление вращения зависит от знака скольжения.
При равенстве частот ось суммарного магнитного потока и ось прибора неподвиж-
ны.
Совпадению по фазе векторов напряжений генератора и сети соответствует только одно положение подвижной части прибора, отмеченное вертикальной чертой посередине шкалы прибора.
По одну сторону от черты имеется надпись "Быстрее", по другую - "Медленнее". Если стрелка прибора вращается в сторону надписи "Быстрее", надо уменьшить частоту вращения подключаемого генератора и наоборот. В момент совмещения стрелки с верти-
кальной чертой включают АВ генератора.
Если стрелка прибора неподвижна и не находится на вертикальной отметке, это сви
детельствует о наступлении синхронно-несинфазного режима работы генератора (режим
"зависания").
Суть этого режима состоит в том, что роторы обоих генераторов вращаются с оди-
наковой скоростью ( синхронно ), но занимают по отношениям к статорным обмоткам ге-
нераторов разные положения ( векторы ЭДС обоих генераторов не находятся в фазе ).
В этом случае необходимо увеличить или уменьшить подачу топлива ( пара ) ПД подключаемого генератора, после чего добиться момента, когда стрелка синхроноскопа займет вертикальное положение, и включить АВ этого генератора.
Метод грубой синхронизации
Метод заключается в том, что генератор подключают на шины ГРЩ не прямо, как при точной синхронизации, а через токоограничивающее реактивное сопротивление X 
, включенное в каждую фазу (рис. 3.16, а). Это сопротивление называется реактором.
Грубую синхронизацию выполняют в следующем порядке:
1. уравнивают частоты и напряжения СГ, что проверяют при помощи частотомера Р F и вольтметра Р V ;
2. в произвольный момент времени замыкают контакт КМ2 (КМ1), тем самым включая генератор G 2 ( G 1) на шины ГРЩ через реактор x ;
3. через несколько секунд, в течение которых генератор втягивается в синхронизм, включают АВ QF 2 ( QF 1) и размыкают контакт КМ2 (КМ 1).
Рис. 3.16. Схемы грубой синхронизации ( а ) и замещения для одной фазы ( б )
Поскольку включение генератора на шины выполняют в произвольный момент времени, роторы СГ, а значит, векторы напряжения сети Ū 
и ЭДС Ē 
подключаемого генератора в момент включения могут занимать любое взаимное положение.
Поэтому включение СГ сопровождается бросками тока и механическими ударами на валу, которые ограничиваются реактором до безопасных значений. Сам же метод иногда называют методом несинхронного включения СГ.
Сопротивление реактора рассчитывают исходя из наиболее тяжелого случая вклю
чения, когда положение роторов СГ отличается на 180°. При этом векторы Ū и ЭДС Ē в контуре, образованном статорными обмотками генераторов, совпадают по фазе, т. е.
Ū + Ē ≈ 2 Ū .
Тогда наибольшее значение тока в момент включения определится по схеме заме-
щения ( рис. 3.16, б ):
I 
= 2 U / (x + x 
+ x )≤ ( 2,5…3,5 ) I 
,
где I 
- номинальный ток генератора.
На многих судах грубая синхронизация СГ выполняется полуавтоматически: урав-
нивание напряжений генераторов обеспечивают автоматические регуляторы напряжения, примерное уравнивание частот выполняет оператор ( электромеханик или вахтенный меха
ник ), а выбор момента включения генератора на шины при Ū + Ē = 0 обеспечивает аппаратура схемы синхронизации.
К достоинствам метода можно отнести простоту, надежность и непродолжитель-
ность.
Метод допускает погрешность при уравнивании напряжений генераторов до ±10 % номинального и частот до ± (3-4) % номинальной.
При правильном расчете и выборе реактора втягивание включенного генератора в синхронизм происходит в течение 1,5-3,0 с, а провал напряжения не превышает 20 % но-
минального.
Процесс синхронизации длится недолго, поэтому реактор рассчитывают на непро-
должительную работу. Сопротивление реакторов зависит от мощности синхронизируемых СГ и обычно составляет несколько Ом, а масса - десятки килограммов.
Генераторы синхронизируются с сетью поочередно, поэтому для их включения на шины ГРЩ используют один и тот же реактор.
Метод самосинхронизации
При самосинхронизации (рис. 3.17 ) подключаемый СГ разгоняют до частоты вра-
щения, отличающейся от синхронной на 2-5 %. Обмотка возбуждения генератора ОВГ от
ключена от источника возбуждения (разомкнут контакт КМ2) и замкнута на разрядный резистор R 
(замкнут контакт КМ1).
В произвольный момент времени невозбужденный генератор при помощи автома-
тического выключателя QF 2 подключают на шины и одновременно или с незначительной задержкой подают возбуждение (замыкается контакт КМ2 и размыкается КМ1).
Далее генератор втягивается в синхронизм под действием синхронизирующей мощ
ности Р 
.
В момент включения на шины ЭДС невозбужденного генератора Е = 0, поэтому максимальное значение тока включения будет вдвое меньше максимального тока при синхронизации возбужденного генератора и составит ( 2,0-4,5) I .
Рис. 3.17. Схема самосинхронизации
Провалы напряжения достигают 50 % номинального, а втягивание в синхронизм заканчивается через несколько секунд после включения СГ на шины.
Разрядный резистор R предназначен для исключения перенапряжений в обмотке возбуждения ОВГ в момент включения СГ на шины.
Метод самосинхронизации прост и непродолжителен по времени. Недостатками ме
тода являются провалы напряжения и удары на валу генераторов. Поэтому самосинхрони-
зация может применяться в СЭЭС, включенная мощность которых значительно превыша-
ет мощность единичного СГ (например, в гребных электрических установках).
Синхронизаторы
Основные сведения
Электротехническое устройство, предназначенное для автоматического включе-
ния синхронного генератора на параллельную работу ( на шины ), называется синхрониза-
тором.
Синхронизаторы обеспечивают практически безударное включение СГ на шины методом точной синхронизации.
Существующие АС допускают включение СГ при неточном выполнении условий синхронизации, что позволяет ускорить процесс синхронизации и одновременно упро-
стить схему самого АС.
Синхронизация считается возможной, если отклонения от условий синхронизации имеют такие значения:
1. разность напряжений генератора и сети ΔU < (0,10…0,12) Uном ( при напряжении на шинах 400 В напряжение подключаемого генератора может составлять 360…352 В );
2. разность частот Δf < (0,005…0,015) fном ( при частоте 50 Гц на шинах частота тока подключаемого генератора может составлять 49,75…49,25 Гц );
3. угол сдвига фаз одноименных векторов фазных напряжений генератора и сети
φ < 10°.
В СЭЭС напряжение генераторов поддерживается постоянным при помощи АРН. Поэтому на долю аппаратуры, осуществляющей синхронизацию, остаются процессы под-
гонки частоты и определение момента выдачи сигнала на включение АВ генератора. Этот сигнал надо подавать с некоторым опережением по времени ( tоп) относительно момента совпадения фаз, потому что АВ генератора имеет собственное время срабатывания ( tавт).
По принципу действия различают два вида АС:
1. с постоянным временем опережения;
2. с постоянным углом опережения.
На практике нашли применение АС первого типа, которые, вне зависимости от раз
ности частот обоих генераторов, выдают сигнал на включение АВ генератора всегда с од-
ним и тем же временем опережения tоп, равным времени срабатывания tавт автоматическо-
го выключателя подключаемого генератора.
При соблюдении этого условия ( tоп = tавт ) включение генератора на шины получа-
ется безударным ( «мягким» ).
В качестве примера рассмотрим автоматический синхронизатор типа БСГ.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 545.
