Параллельная работа генераторов постоянного тока

На преобразовательных подстанциях, где производят преобразование переменного тока в постоянный, используемый для нужд транспорта, питания систем автоматики, технологических нужд предприятий и т. д., наряду с выпрямительными устройствами применяют и генераторы постоянного тока.

В условиях, когда происходит резкое колебание мощности приемников электрической энергии, питание нагрузки от одного генератора большой мощности является экономически невыгодным, так как значительную часть времени он был бы недогруженным и работал бы с низким КПД. Поэтому на подстанции устанавливают несколько генераторов, которые соединяют параллельно. Суммарная мощность всех генераторов должна быть равна максимальному значению мощности нагрузки. По мере уменьшения нагрузки производят отключение некоторых генераторов, обеспечивая номинальную нагрузку на работающие генераторы, и тем самым поддерживают их высокий КПД.

Требования к параллельному соединению генераторов постоянного тока аналогичны тем, которые предъявляются к параллельному соединению гальванических батарей, аккумуляторов, генераторов переменного тока (см. § 6.22).

На рисунке 7.12.1 показана схема включения на параллельную работу двух генераторов и Г₄ с параллельным возбуждением.

Рис. 7.12.1.

Перед включением второго генератора необходимо, чтобы ЭДС Е_в подключаемого генератора равнялась напряжению сети ?/_с, а полярность его зажимов совпадала с полярностью зажимов сети.

Работа генераторов обеспечивается первичными двигателями Д л ^и Д в

Генератор Г, запускается при разомкнутом рубильнике Р_я. Его ЭДС Е_л доводится (путем изменения тока возбуждения) до номинального напряжения сети U_c. При включении нагрузки (замыкании рубильника Р_н) напряжение в сети U_c упадет, так как появится внутреннее падение напряжения в генераторе Г₄. Поэтому для восстановления номинального значения напряжения сети следует несколько увеличить ЭДС Е_л. Напряжение сети в этом случае может контролироваться вольтметром V_A.

Подключение к сети генератора Г_я осуществляют следующим образом. Запускают первичный двигатель Д_я этого генератора и постепенно, увеличивая его ток возбуждения, доводят ЭДС Е" до значения, равного напряжению сети (Е" = С/_с). Затем замыкают рубильник Р_Я1, для того чтобы сеть и генератор Г_в были электрически связаны между собой.

Если полярность на зажимах рубильника Р_в; правильная, то потенциалы их будут одинаковыми и стрелка вольтметра К₀ не отклонится. Тогда можно замкнуть рубильник Р_к.

Если полярность на зажимах генератора Г_я обратна полярности на зажимах сети, то вольтметр V₀ покажет напряжение, равное удвоенному значению напряжения сети, так как в этом случае в контуре, образованном сетью и генератором Г_я, его ЭДС Е_в и напряжение сети будут действовать согласованно (в одном направлении).

При выполнении условий параллельного включения генератора Г_я в сеть и замыкании рубильника он будет продолжать работать вхолостую, так как ток нагрузки / равен нулю. Это видно из уравнения.

где ^R_B — сумма сопротивлений якоря и переходных контактных щеток на коллекторе.

Для того чтобы нагрузить генератор Г_я необходимо увеличить его ЭДС Е_в, что может быть сделано путем увеличения его тока возбуждения или же скорости вращения приводного двигателя. Обычно скорость вращения приводного двигателя остается постоянной и изменение ЭДС генератора осуществляют изменением его тока возбуждения.

При увеличении ЭДС Е_в происходит перераспределение тока /" нагрузки между генераторами. Если ток генератора Г_я возрастает, то ток генератора Г, уменьшается, что ведет к уменьшению внутреннего падения напряжения, и напряжение на зажимах генератора Г, т. е. сети, повышается. Для сохранения напряжения сети неизменным надо одновременно с увеличением ЭДС Е_в уменьшать ЭДС Е_л.

Таким образом, изменением тока возбуждения работающих параллельно генераторов можно осуществлять перевод нагрузки с одного генератора на другой и поддерживать постоянным напряжение сети.

Всю нагрузку с генератора А можно передать генератору В, если постепенно, уменьшая ток возбуждения генератора А, довести значение тока его нагрузки до нуля, одновременно увеличивая ток возбуждения генератора В, чтобы напряжение сети оставалось постоянным. Это будет иметь место тогда, когда ЭДС генератора Г_А будет равно напряжению сети. Действительно.

Следовательно, если Е_л = U_c, то машина А будет работать в режиме холостого хода, а машина В — в режиме генератора.

(E_B>U_C).

Ток возбуждения машины А можно уменьшить еще больше. Тогда направление тока в якоре изменится на противоположное. Изменится направление и электромагнитного момента: из противодействующего он превратится во вращающий. Якорь будет вращаться в прежнем направлении, а следовательно, сохранится и условно-положительное направление ЭДС. Однако она окажется направленной против тока в якоре. Теперь машина не вырабатывает электрическую энергию, а потребляет ее, превращая в механическую и частично во внутреннюю энергию проводников — проводники нагреваются. Двигатель Д_л, который приводил во вращение якорь генератора Г _А, теперь можно отключить от сети, и он будет вращаться машиной Г,.

Следовательно, электрические машины постоянного тока, как и гальванические элементы и аккумуляторы, могут работать в трех режимах и условия этих режимов одинаковы, хотя энергетические процессы, происходящие в машинах, аккумуляторах и гальванических элементах, отличаются друг от друга.

Если параллельно включенные генераторы имеют равные ЭДС (Е_л = Е"), которые в процессе работы не регулируются током возбуждения, то распределение нагрузки между ними обратно пропорционально сопротивлениям их якорных цепей. Действительно,.

откуда.

Это же самое следует из рассмотрения внешних характеристик генераторов. На рисунке 7.12.2 показаны внешние характеристики генераторов А и В.

Рис. 7.12.2.

Более пологая характеристика у генератора, внутреннее сопротивление которого меньше. У него меньше и внутреннее падение напряжения. Поэтому если напряжение сети при включении нагрузки

упадет до значения и'_с, то при этом ток генератора А с меньшим внутренним сопротивлением будет больше тока генератора В, сопротивление которого больше. Это ведет к перегрузке генератора А и недогрузке генератора В (номинальный ток генераторов на графике обозначен через /"). Поэтому целесообразно параллельно соединять генераторы с одинаковой мощностью (с одинаковым номинальным током /,)ис одинаковыми внешними характеристиками, так как в противном случае перераспределение нагрузки между генераторами надо производить вручную путем изменения их возбуждения, что осложняет работу обслуживающего персонала.