Рис.5.29
Процесс подключения генератора к сети, называемый синхронизацией, является важной и ответственной операцией. Схема включения синхронного генератора в сеть представлена на рис.5.29.
Для анализа процессов при включении генератора воспользуемся простейшей схемой замещения (рис. 5.30, а), в которой синхронный генератор представлен источником ЭДС Ео с внутренним сопротивлением jxc, а сеть - эквивалентным генератором бесконечной мощности с напряжением Uc.
За положительное направление напряжения Uc и ЭДС Eо примем направление обхода контура «генератор-сеть» по часовой стрелке, тогда при разомкнутом выключателе К на его зажимах будет действовать ЭДС
которая определяется взаимным положением векторов Eо и Uс (рис. 5.30, б).
Если перед включением выключателя выполнить условия:
-чередование фаз генератора и сети одинаковые (векторы Ео и Uc вращаются в одну
сторону);
-частоты ЭДС генератора f 1 я напряжения сети f с равны (векторы Eo и Uс неподвижны относительно друг друга);
- модули векторов Eo и Uc равны, а по фазе они сдвинуты на 180°,
то ЭДС Л£ между контактами выключателя К будет равна нулю. Поэтому после включения
генератора в сеть ток якоря останется равным нулю,
и генератор будет продолжать работать в режиме холостого хода.
Описанный способ включения генератора в сеть называется точной синхронизацией.
Несоблюдение условий точной синхронизации может вызвать серьезную аварию из-за возникновения значительного тока I1 и связанного с ним электромагнитного момента Ме.
Существует несколько аппаратных средств, позволяющих реализовать условия точной синхронизация. Простейшим из них является ламповый синхроноскоп. Схема включения генератора в сеть с помощью лампового синхроноскопа представлена на рис. 5.31.
Порядок включения следующий. Регулируя частоту вращения ротора, доводят ее до близкой к синхронной. Затем генератор возбуждают. Ток возбуждения I f устанавливается близким к I f 0, так чтобы
напряжение генератора U1 и напряжение Uc были равны. Лампы синхроноскопа находятся под напряжением, определяемым величиной ЭДС ΔE. Так как в общем случае частота вращения ротора в отличается от синхронной, то векторы Ёo и Uс (ряс. 5.30, б) будут вращаться относительно друг друга с частотой
Рис.5.32
что сопровождается изменением ЭДС ΔЕ в пределах от 0 до 2Uс.
Следовательно, лампы будут одновременно загораться и гаснуть с частотой Δ f.
Регулируя частоту вращения ротора, добиваются того, чтобы частота мигания ламп составляла Δ f = 0,5+1 Гц. Включение генератора производят в момент, когда лампы погаснут.
Ламповый синхроноскоп позволяет контролировать также правильность чередования фаз. Если чередование фаз генератора и системы не совпадают, то лампы гаснут неодновременно.
Синхронизация с помощью лампового синхроноскопа применяется в случае генераторов малой мощности в лабораторных условиях. На электростанциях включение генераторов в сеть осуществляется с помощью автоматических синхронизаторов электромагнитного типа. Однако автоматические устройства не всегда могут быстро включить генератор в сеть, особенно в случае какой-либо аварии в сети, когда ее напряжение и частота меняются.
Для ускорения процесса включения генератора в сеть применяют способ грубой синхронизации или самосинхронизации. При самосинхронизации невозбужденный генератор с обмоткой возбуждения, замкнутой на активное сопротивление (рис.5.32), разгоняется первичным двигателем до подсинхронной частоты вращения и включается в сеть в произвольный момент времени. Затем подают возбуждение (ключ K2 замыкают, а К1 размыкают). Под действием тока возбуждения I f возникает синхронизирующий момент и генератор втягивается в синхронизм.
При самосинхронизации неизбежно возникают значительные толчки тока I1, так как включение невозбужденного генератора приводит к появлению ЭДС ΔE = UC. Величина тока I1 будет ограничиваться сопротивлением самого генератора и сети. Способом самосинхронизации включаются генераторы мощностью до 500 МВт.