Параллельная работа генераторов постоянного тока

На электростанциях постоянного тока обычно устанавливают несколько генераторов, включенных параллельно на общие шины. Суммарная мощность этих генераторов должна соответствовать мощности питаемых ими потребителей. Кроме того, на случай аварии одного из работающих генераторов или остановки его на профилактический ремонт необходим резервный генератор. Установка нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности обеспечивает более эффективное использование агрегатов. Так, при уменьшении нагрузки часть генераторов может быть отключена, чтобы остальные работали с полной нагрузкой, а следовательно, с более высоким к.п.д. В параллельной работе чаще применяют генераторы параллельного возбуждения. При включении их на параллельную работу необходимо выполнять ряд условий и обеспечивать возможность перевода нагрузки с одного генератора на другой.

Включение генераторов на параллельную работу. Из двух генераторов (рис. 5.15) один Г₁ включен в сеть, т. е. рубильник Р1 замкнут. Для присоединения генератора Г₂ к этой же сети необходимо создать такие условия, чтобы ток в цепи якоря второго генератора Г₂ был минимальным.

Рис. 5.15. Схема генераторов параллельного возбуждения при параллельной работе

Для этого сумма э.д.с. в замкнутом контуре, образованном цепями якорей генераторов и участком сети между ними, должна быть равна нулю, т. е. Е_Г1 + Е_Г2 = 0. Из этой формулы Ег₁ = - Е_Г2, т. е. э.д.с. генераторов должны быть равны и направлены встречно. Пользуясь специальным переключателем, можно поочередно вольтметром V измерить напряжение генератора и сети. При правильной полярности генераторов стрелка вольтметра отклоняется в одну сторону. Если стрелка отклоняется в разные стороны, то нужно изменить полярность включаемого генератора. Регулируют э.д.с. генератора Г₂ реостатом, включенным в цепь его возбуждения. Обычно генератор Г₂ включают в сеть рубильником Р2, когда генератор Г₁ уже нагружен. В этом случае U_сети = E_Г1 – I_Г1R_Г1 и для включения генератора Г₂ необходимо выполнить условие правильной полярности и установить реостатом в цепи возбуждения такой ток, чтобы э. д. с. генератора была равна напряжению сети: Е_Г2 = U_сети

Распределение и перевод нагрузки. При параллельной
работе генераторов напряжения на их зажимах должны быть одинаковы, так как они включены на общую сеть с напряжением U_сети

Из уравнения равновесия э. д. с. генератора постоянного тока
имеем:

,

откуда

(5.8)

После включения Г₂ в сеть требуется перевести на него нагрузку с Г₁ Для этого необходимо повысить его э.д.с. Е_Г2 увеличением тока возбуждения. При этом в цепи якоря Г₂ установится ток, а в цепи якоря Г₁ ток I_Г1 уменьшится и в результате этого напряжение сети увеличится, что может нарушить нормальную работу приемников электроэнергии. Для того чтобы при переводе нагрузки напряжение сети оставалось неизменным, необходимо одновременно увеличивать ток возбуждения на Г₂и уменьшать ток возбуждения на Г₁. Таким образом, изменением тока возбуждения работа­ющих параллельно генераторов можно переводить нагрузки с одного генератора на другой и поддерживать постоянным напряжение сети. Перед отключением Г₁ необходимо перевести его нагрузку на Г₂ т. е. выполнить условие I_Г1 = 0 за счет уменьшения тока возбуждения Г₁ и одновременного увеличения тока возбуждения наГ₂ . При большом изменении э.д.с. разность может стать отрицательной и ток I_Г1 изменит направление относительно э.д.с. Е_Г1, т. е. Г₁ станет работать двигателем, потребляя энергию от Г₂. Наличие двух двигателей на одном валу может привести к аварии, поэтому в схемах генераторов предусматривается защита, отключа­ющая генератор при изменении направления тока якоря.

Если генераторы работают параллельно без регулирования токов возбуждения, то распределение нагрузок между ними зависит от наклона их внешних характеристик.

На рис. 5.16 приведены внешние характеристики генераторов Г₁ и Г₂ Если генераторы включены на параллельную работу при х.х., то эти характеристики исходят из одной точки U₀ на оси ординат. Если затем подключить к генераторам нагрузку, то напряжение понизится до некоторого значения U_ceти, общего для обоих генераторов.

Рис. 5.16. Распределение тока между генераторами

При этом Г₁, имеющий характеристику с большим наклоном, чем Г₂, будет нагружаться метшим током I_Г1. Поэтому желательно, чтобы генераторы одинаковой мощности, включаемые на параллельную работу, имели совпадающие внешние характеристики, генераторы различной мощности — одинаковые изменения напряжения при номинальной нагрузке.

Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения. Схема генераторов смешанного возбуждения при параллельной работе показана на рис. 5.17.

Рис. 5.17. Схема генераторов смешанного возбуждения при параллельной работе

Ее отличительная особенность состоит в том, что точки С₂С₂, в которых последовательные обмотки приключены к одноименным зажимах якоря, соединены между собой уравнительным проводом. Если этот провод отсутствует, то устойчивая параллельная работа невозможна. Допустим, ток I_Г1 первого генератора по какой-либо причине (например, вследствие увеличения частоты вращения) несколько увеличился, тогда магнитное поле последовательной обмотки возбуждения этого генератора усилится, его э.д.с. Е_Г1 возрастет, что вызовет дальнейшее увеличение тока I_Г1 и т.д. Одновременно ток I_Г2 и э.д.с. Е_Г2 второго генератора будут беспрерывно уменьшаться. В результате один генератор будет нагружаться, а второй разгружаться и параллельная работа их становится неустойчивой. При наличии уравнительного провода параллельная работа будет протекать нормально, так как случайное приращение тока якоря одного генератора распределится между последовательными обмотками возбуждения обоих генераторов и вызовет увеличение э.д.с. генераторов. Нагрузка с одного генератора на другой переводится так же, как в генераторах параллельного возбуждения.