פעולה מקבילה של גנרטורים

בתחנות כוח מותקנות תמיד מספר יחידות טורבו או הידראוליות, הפועלות יחד במקביל על פסי המסילה המשותפים של הגנרטור או הנחשול.

כתוצאה מכך, ייצור החשמל בתחנות כוח מיוצר על ידי מספר גנרטורים הפועלים במקביל, ולשיתוף פעולה זה יתרונות רבים ובעלי ערך.

פעולה מקבילה של גנרטורים:

1. מגביר את הגמישות בתפעול הציוד של תחנות כוח ותחנות משנה, מקל על תחזוקה מונעת של הגנרטורים, הציוד הראשי והתקני החלוקה המתאימים במינימום הרזרבה הדרושה.

2. מגביר את יעילות תפעול תחנת הכוח, שכן היא מאפשרת חלוקה יעילה ביותר של לוח העומסים היומי בין היחידות, ובכך משיגה ניצול מיטבי של החשמל והגברת היעילות; בתחנות כוח הידרואלקטריות היא מאפשרת לנצל את עוצמת זרימת המים בצורה מקסימלית בתקופת השיטפונות ובתקופות הקיץ והחורף השפל;

3.מגביר את האמינות והפעולה הבלתי פוסקת של תחנות כוח ואספקת חשמל לצרכנים.

אורז. 1. תרשים סכמטי של פעולה מקבילה של גנרטורים

כדי להגדיל את הייצור ולשפר את חלוקת הכוח, תחנות כוח רבות משולבות לפעול במקביל ליצירת מערכות כוח חזקות.

בפעולה רגילה, הגנרטורים מחוברים לאוטובוסים משותפים (גנרטור או מתח יתר) ומסתובבים באופן סינכרוני. הרוטורים שלהם מסתובבים באותה מהירות חשמלית זוויתית

בפעולה מקבילה, המתחים המיידיים במסופים של שני הגנרטורים חייבים להיות שווים בגודלם ומנוגדים בסימן.

כדי לחבר את הגנרטור לפעולה מקבילה עם גנרטור אחר (או עם הרשת), יש צורך לסנכרן אותו, כלומר לווסת את מהירות הסיבוב והעירור של הגנרטור המחובר בהתאם לזה הפועל.

גנרטורים הפועלים ומחוברים במקביל חייבים להיות בשלב, כלומר, להיות בעלי אותו סדר של סיבוב פאזה.

כפי שניתן לראות מאיור. 1, בפעולה מקבילה, הגנרטורים מחוברים זה לזה ביחס זה לזה, כלומר המתחים U1 ו-U2 שלהם במתג יהיו בדיוק הפוכים. ביחס לעומס, הגנרטורים פועלים בהתאם, כלומר, המתחים U1 ו-U2 שלהם תואמים. תנאים אלה של פעולה מקבילה של הגנרטורים באים לידי ביטוי בתרשימים של איור. 2.

אורז. 2. תנאים להפעלת גנרטורים לפעולה מקבילה. מתחי הגנרטור שווים בגודלם והפוכים בפאזה.

ישנן שתי שיטות לסנכרון גנרטורים: סנכרון עדין וסנכרון גס או סנכרון עצמי.

תנאים לסנכרון מדויק של גנרטורים.

בסנכרון מדויק, המחולל הנרגש מחובר לרשת (אוטובוסים) דרך מתג B (איור 1) עם הגעה לתנאי סנכרון - שוויון הערכים המיידיים של המתח שלהם U1 = U2

כאשר הגנרטורים פועלים בנפרד, מתחי הפאזה המיידיים שלהם יהיו שווים, בהתאמה:

זה מרמז על התנאים הדרושים לחיבור מקביל של הגנרטורים. עבור גנרטורים פעילים ופועלים, נדרש:

1. שוויון ערכי המתח האפקטיבי U1 = U2

2. שוויון של תדרים זוויתיים ω1 = ω2 או f1 = f2

3. התאמת מתחים בשלב ψ1 = ψ2 או Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

מילוי מדויק של דרישות אלה יוצר תנאים אידיאליים, המאופיינים בעובדה שברגע הפעלת הגנרטור, זרם האיזון הסטטור יהיה אפס. עם זאת, יש לציין כי מילוי התנאים לסנכרון מדויק מצריך התאמה קפדנית של ערכי ההשוואה של המתח, התדר וזוויות הפאזה של המתח של הגנרטורים.

בהקשר זה, זה כמעט בלתי אפשרי למלא במלואו את התנאים האידיאליים לסנכרון; הם מבוצעים בערך, עם כמה סטיות קלות. אם אחד מהתנאים לעיל אינו מתקיים, כאשר U2, הפרש המתח יפעל על המסופים של מתג התקשורת הפתוח B:

אורז. 3. דיאגרמות וקטור למקרים של חריגה מתנאי הסנכרון המדויק: א - מתחי העבודה של הגנרטורים אינם שווים; ב - תדרים זוויתיים אינם שווים.

כאשר המתג מופעל, תחת פעולת הפרש הפוטנציאל הזה במעגל יזרום זרם משווה, שהרכיב התקופתי שלו ברגע הראשוני יהיה

שקול שני מקרים של חריגה מתנאי הסנכרון המדויקים המוצגים בתרשים (איור 3):

1. מתחי הפעולה של הגנרטורים U1 ו-U2 אינם שווים, מתקיימים שאר התנאים;

2. למחוללים יש את אותו המתח אך מסתובבים במהירויות שונות, כלומר, התדרים הזוויתיים שלהם ω1 ו-ω2 אינם שווים ויש חוסר התאמה פאזה בין המתחים.

כפי שניתן לראות מהתרשים באיור. 3, א, אי השוויון של הערכים האפקטיביים של המתחים U1 ו-U2 גורם להופעת זרם השוואה I ”ur, שיהיה כמעט אינדוקטיבי בלבד, שכן ההתנגדויות האקטיביות של הגנרטורים וחוטי החיבור של הרשת מאוד קטנה ומוזנחת. זרם זה אינו יוצר נחשולי מתח אקטיביים ולכן אין מתחים מכניים בחלקי הגנרטור והטורבינה. בהקשר זה, כאשר הגנרטורים מופעלים לפעולה מקבילה, ניתן לאפשר את ההבדל במתח עד 5-10%, ובמקרי חירום - עד 20%.

כאשר ערכי המתח ה-rms U1 = U2 שווים, אך כאשר התדרים הזוויתיים שונים Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 או Δf = f1 — f2 ≠ 0, וקטורי המתח של הגנרטורים והרשת (או של הגנרטור השני ) מוזזים עם זווית מסוימת Θ המשתנה עם הזמן. המתחים של הגנרטורים U1 ו-U2 במקרה זה יהיו שונים בשלב לא בזווית של 180 מעלות, אלא בזווית של 180 מעלות -Θ (איור 3, ב).

במסופים של המתג הפתוח B, בין נקודות a ל-b, יפעל הפרש המתח ΔU. כמו במקרה הקודם, ניתן לזהות נוכחות מתח באמצעות נורה, וניתן למדוד את ערך ה-rms של מתח זה באמצעות מד מתח המחובר בין נקודות a ו-b.

אם המתג B סגור, אז תחת פעולת הפרש המתח ΔU, מתרחש זרם השוואה I ”, אשר ביחס ל-U2 יהיה פעיל כמעט אך ורק וכאשר הגנרטורים מופעלים במקביל, יגרום לזעזועים ומכאניים. מתחים בפירים ובחלקים אחרים של הגנרטור והטורבינה.

ב- ω1 ≠ ω2, הסנכרון משביע רצון לחלוטין אם ההחלקה היא s0 <0, l% והזווית Θ ≥ 10°.

בשל האינרציה של ווסתי הטורבינה, לא ניתן להשיג שוויון ארוך טווח של התדרים הזוויתיים ω1 = ω2, והזווית Θ בין וקטורי המתח, המאפיינת את המיקום היחסי של פיתולי הסטטור והרוטור של הגנרטורים, אינו נשאר קבוע, אלא משתנה ללא הרף; הערך המיידי שלו יהיה Θ = Δωt.

בתרשים הווקטור (איור 4), הנסיבות האחרונות תתבטא בכך שעם שינוי בזווית הפאזה בין וקטורי המתח U1 ו-U2, ישתנה גם ΔU. הפרש המתח ΔU במקרה זה נקרא מתח ההלם.

אורז. 4. דיאגרמת וקטור של סנכרון מחולל עם אי שוויון בתדר.

הערך המיידי של מתחי השעון Δu הוא ההפרש בין הערכים המיידיים של המתח u1 ו-u2 של הגנרטורים (איור 5).

נניח שהושג השוויון של הערכים האפקטיביים U1 = U2, זוויות הפאזה של זמן הייחוס ψ1 ו-ψ2 שוות אף הן.

ואז אתה יכול לכתוב

עקומת מתח ההלם מוצגת באיור. 5.

מתח הקצב משתנה בצורה הרמונית עם תדר השווה למחצית מסכום התדרים בהשוואה ועם משרעת המשתנה עם הזמן בהתאם לזווית הפאזה Θ:

מהדיאגרמה הווקטורית באיור.4, עבור ערך מסוים של הזווית Θ, ניתן למצוא את הערך האפקטיבי של מתח ההשפעה:

אורז. 5. עקומות של התגברות על מתח.

בהתחשב בשינוי הזווית Θ לאורך זמן, ניתן לכתוב ביטוי לקליפה במונחים של אמפליטודות מתח ההלם, מה שנותן את השינוי באמפליטודות המתח לאורך זמן (העקומה המנוקדת באיור 5, ב). ):

כפי שניתן לראות מהדיאגרמה הווקטורית באיור. 4 והמשוואה האחרונה, משרעת מתח ההלם ΔU משתנה בין 0 ל-2 אום. הערך הגדול ביותר של ΔU יהיה ברגע בו וקטורי המתח U1 ו-U2 (איור 4) עולים בקנה אחד בפאזה ובזווית Θ = π, והקטן ביותר - כאשר מתחים אלו נבדלים בפאזה ב-180 מעלות ובזווית Θ = 0. התקופה של עקומת הקצב שווה ל

כאשר הגנרטור מחובר לפעולה מקבילה עם מערכת חזקה, הערך של xc של המערכת קטן וניתן להזניח (xc ≈ 0), ואז זרם השוויון

וזרם הכניסה

במקרה של הפעלה לא חיובית בזרם Θ = π, זרם הנחשול בפיתול הסטטור של הגנרטור המופעל יכול להגיע לכפול מהערך של מתח הנחשול של קצר תלת פאזי של מסופי הגנרטור.

המרכיב הפעיל של זרם ההשוואה, כפי שניתן לראות מהדיאגרמת הווקטורית באיור. 4 שווה ל