Синхронные машины (страница 2)

1. К шинам электростанции присоединен двухполюсный генератор, ротор которого вращается с постоянной скоростью 3000 об/мин. Чтобы включить на параллельную работу второй генератор, его четырехполюсный ротор привели во вращение с постоянной скоростью 1500 об/мин.
Не мешает ли различие скоростей вращения роторов этих трехфазных генераторов их параллельной работе при частоте сети 50 Гц.Решение:
По условию задачи, первый синхронный генератор присоединен к шинам электростанции. Прежде чем подключить к нему на параллельную работу второй синхронный генератор, последний необходимо привести в состояние, удовлетворяющее следующим требованиям:
1) э. д. с. второго генератора должна быть на 1—2% больше напряжения, имеющегося на шинах электростанции;
2) эта э. д. с. и напряжение на шинах электростанции в момент включения должны совпадать по фазе;
3) частота э. д. с. второго генератора должна быть равна частоте напряжения на шинах электростанции;
4) порядок следования фаз генераторов должен быть одинаковым, а именно: А — В — С — А — В — С и т. д. Это так называемый прямой порядок следования фаз.
По данным, указанным в условии задачи, можно проверить выполнение п. 3: . Частота э. д. с. генератора, присоединенного к шинам, Частота э. д. с. второго генератора Следовательно, различие чисел полюсов требует лишь вращения этих генераторов с различными скоростями, но не мешает их параллельной работе.2. Два одинаковых трехфазных генератора присоединены к шинам электростанции напряжением , фазные обмотки статора у генераторов соединены звездой, причем активное сопротивление каждой обмотки r = 1 Ом, а индуктивное . Ток первого генератора , коэффициент мощности (по отношению к напряжению на шинах электростанции) . Те же величины для второго генератора соответственно равны: ток , коэффициент мощности .
Определить э. д. с. обоих генераторов, суммарную мощность на шинах электростанции, суммарный ток генераторов и коэффициент мощности на шинах электростанции, если нагрузка активно-индуктивная.
Примечание. Решение задачи выполняется на основании векторной диаграммы. Решение:
Активная мощность первого генератора Активная мощность второго генератора Суммарная активная мощность на шинах электростанции Складывая активные и реактивные составляющие определяем суммарный ток генераторов: Коэффициент мощности на шинах электростанции Фазное напряжение симметричного трехфазного генератора, линейное напряжение которого равно напряжению на шинах электростанции,

Потери напряжения в обмотках генератора:

активные:

индуктивные:

Векторную диаграмму строим в масштабе (рис. 85): , расположив в вертикальном направлении вектор напряжения на шинах станции. Векторы токов откладываем в сторону отставания по фазе от вектора , как это имеет место при активно-индуктивной нагрузке. Так как коэффициенты мощности заданы, то по таблице тригонометрических величин можно определить углы сдвига фаз: .
По правилу параллелограмма определяем суммарныйток. Активные напряжения совпадают по фазе с соответствующими токами , индуктивные напряжения опережают соответствующие токи на четверть периода. Пристраиваем векторы этих падений напряжений к концу вектора напряжения на шинах.
Замыкающие векторы дают э. д. с. генераторов . Длина вектора равна 161,5 мм, а вектора ; следовательно, .

3. Для определения момента времени, когда можно включить рубильник, с помощью которого к шинам электростанции присоединяют однофазный синхронный генератор для параллельной работы с другим, уже включенным генератором, пользуются схемами с лампами синхронизации (рис. 86, а и б).
Обосновать наименование каждой из двух схем и объяснить, как следует пользоваться ими при синхронизации.

Решение:
Если бы обмотки статора работающего генератора не имели активного и индуктивного сопротивлений, то напряжение на шинах электростанции (рис. 87, а и б) при всех токах нагрузки равнялось бы э. д. с. генератора. В этом случае условия для параллельного включения свелись бы к следующим положениям: э. д. с. генераторов в момент включения должны совпадать по фазе, иметь равные действующие значения и равные частоты. Другими словами, на графике кривые э. д. с. должны были бы в точности совпасть и представлять одну кривую — синусоиду (рис. 87, а).

В замкнутом контуре (см. рис. 86, а), в который входят генераторы , лампы синхронизации и соединительные провода, в момент включения разность з. д. с. равнялась бы нулю , тогда имело бы место «потухание ламп».
Если учесть наличие сопротивлений у обмоток статора генератора , то разница будет в том, что э. д. с. должна сравниваться при синхронизации не с э. д. с. , а с напряжением на шинах . На рис. 86, а и б положительные направления э. д. с. (см. стрелки) принимаются от правого зажима к левому, положительное направление напряжения на шинах (напряжение между зажимами генератора ) — противоположно. При обходе контура получаем , т. е. синусоиды э. д. с. и напряжения на шинах должны быть на графике представлены одной и той же кривой (рис. 87, б).

Для замкнутого контура (см. рис. 86, а), состоящего из генератора , соединительных проводов, ламп синхронизации и генератора (наличие которого учитывается путем введения в расчет напряжения ), на основании второго закона Кирхгофа может быть составлено уравнение где — напряжение на лампе.
Так как в момент включения э. д. с. должна быть равна напряжению на шинах , то остальные слагаемые должны быть равны нулю: , т. е. напряжения на лампах синхронизации отсутствуют.
После включения рубильника э. д. с. генератора должна остаться в скомпенсированном состоянии (без тока в его цепи). Саедовательно, должны соблюдаться равенства: , т. е. потенциалы по обе стороны ножей рубильника должны быть соответственно равны.
Согласно схеме рис. 86, б точки а и b соединены с шинами станции, поэтому разность потенциалов равна напряжению на шинах станции: Таким образом, в момент включения применительно к схеме рис. 86, б, согласно предыдущим равенствам, для потенциалов можно написать т. е. напряжение на одинаковых лампах должно быть равно напряжению на шинах станции (включение «на свечение ламп»).
До включения рубильника поочередно гаснут и загораются лампы схемы рис. 86, а. Промежутки времени между последующими «вспышками» тем больше, чем ближе друг к другу частоты соответственно напряжения на шинах и э. д. с. включаемого генератора. Обычно не удается на долгое время установить эти частоты, так как первичные двигатели генераторов не способны длительно удерживать постоянство скорости вращения.
В момент, когда обе лампы в схеме (см. рис. 86, а) погаснут, векторы напряжения на шинах и э. д. с. присоединяемого генератора совпадут по направлению (рис. 88).

При равных частотах , т. е. при равных угловых частотах , векторы вращались бы в дальнейшем, все время совпадая по направлению, и лампы не загорались бы. Но изменение скоростей вращения векторов сравниваемых величин вызывает расхождение этих векторов на некоторый угол и появление напряжений на лампах синхронизации. Все же добиваются, чтобы промежутки времени менаду последующими вспышками ламп были достаточно велики (3—5 сек), для чего регулируют скорость вращения включаемого генератора. Пропустив несколько допустимых моментов для включения, чтобы глаз привык определять середину интервала потухания ламп, включают рубильник в момент полного потухания ламп синхронизации. Так как накал нити ламп перестает быть заметным при 30—60% от их номинального напряжения, то в установлении требуемого момента времени можно ошибиться. После включения рубильника синхронизирующие силы, характерные для параллельной работы синхронных машин, поддерживают их скорость вращения постоянной соответственно частоте:

Смотри полное содержание по представленным решенным задачам.