PRACA RÓWNOLEGŁA GENERATORA SYNCHRONICZNEGO Z SIECIĄ SZTYWNĄ
1. Budowa i zasada działania generatora synchronicznego
Generator
synchroniczny -
wielofazowa
prądnica prądu
zmiennego ,
w
której pole
magnetyczne indukuje w uzwojeniu stojana (najczęściej trójfazowym) zwanym twornikiem , zmienne
napięcie elektryczne. Pole magnetyczne wytwarzane jest przez uzwojenie wzbudzenia zamontowane
na wirniku zwanym magneśnicą i zasilane jest prądem stałym .
W konstrukcji gdzie uzwojenie wzbudzenia zamontowane jest w stojanie, wirnik jest twornikiem a
stojan - magneśnicą. Energia mechaniczna dostarczana do wirnika odbierana jest z uzwojeo stojana w
postaci energii elektrycznej . Generator synchroniczny jest maszyną odwracalną i może pracowad
także jako silnik . W niektórych rozwiązaniach maszyn synchronicznych, szczególnie małej mocy ,
zamiast uzwojenia wzbudzenia stosuje się magnesy trwałe.
Zasilanie uzwojenia wzbudzenia prądem stałym (lub zastosowanie magnesów trwałych) powoduje, że
pole magnetyczne wytworzone przez to uzwojenie jest nieruchome w stosunku do wirnika i obraca
się synchronicznie razem z wirnikiem (stąd nazwa generator synchroniczny). W maszynach takich nie
występuje zjawisko poślizgu i nie ma potrzeby blachowania wirnika, ponieważ w czasie normalnej
pracy nie płyną w nim prądy przemienne . Generatory synchroniczne dużej mocy (od kilkunastu do
kilkuset MW ) są podstawowymi jednostkami, w oparciu o które zbudowany jest Krajowy System
Elektroenergetyczny . Zasilanie uzwojenia wzbudzenia z niezależnego źródła prądu stałego
tzw. wzbudnicy daje możliwośd łatwej regulacji prądu magnesującego i kompensacji mocy biernej w
systemie, przez co generatory synchroniczne umożliwiają stabilną współpracą z odbiornikami
indukcyjnymi ( transformatorami ) i w konsekwencji zapewniają stabilne napięcie sieciowe u
odbiorców koocowych zasilanych z sieci elektroenergetycznych niskiego napięcia.
2. Na czym polega i czym jest spowodowana praca równoległa generatora synchronicznego z
siecią sztywną?
W sieci sztywnej częstotliwośd napięd indukowanych jest równa częstotliwości napięcia w sieci i nie
może ulegad zmianom. Zmiana momentu obrotowego maszyny napędowej nie zmienia w stanie
ustalonym prędkości obrotowej generatora lecz wywołuje zmianę jego obciążenia. Praca równoległa
polega na doprowadzeniu parametrów generatora do takiej wartości, aby w czasie jego załączenia do
sieci popłynęły jak najmniejsze prądy wyrównawcze.
- u
g
=u
s
,
- f
g
=f
s
, - to samo następstwo faz, - zgodnośd kąta fazowego.
3. Wyjaśnid różnicą między synchronizacją i samo synchronizacją generatora synchronicznego
z siecią sztywną.
Synchronizacja polega na doprowadzeniu prądnicy synchronicznej do takiego stanu, by suma
chwilowych wartości napięd wzbudzonej prądnicy w stanie jałowym i sieci po obu stronach noży
każdej fazy wyłącznika była równa zero.
Samo synchronizacja polega na włączeniu twornika niewzbudzonej maszyny napędzonej do prędkości
nad synchronicznej. Przy wyborze metody synchronizacji należy się kierowad czasem jej trwania,
szczególnie przy unieruchomieniach zespołów w czasie awarii zasilanych urządzeo
4. Podad warunki poprawnej synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną
- równośd wartości skutecznych napięd sieci i prądnicy U
s
=U
if
- równośd częstotliwości napięd sieci i prądnicy f
1
=f
2
-zgodnośd
kolejności faz prądnicy i sieci
- chwilowe wartości sumy wektorów napięd prądnicy i sieci powinny się zerowad U
s
+ U
i
= 0
5. W jaki sposób uzyskuje się równośd wartości skutecznej napięcia generatora
synchronicznego w stosunku do napięcia sieci sztywnej?
Równośd wartości skutecznych U
s
= U
if
uzyskuje się poprzez regulację prądu wzbudzenia prądnicy aż
do osiągnięcia tego warunku. Jeżeli istnieje różnica w wartościach tych napięd wówczas po włączeniu
prądnicy do sieci, pod wpływem różnicy napięd ΔU przepływa prąd bierny, który jednak nie daje
żadnego momentu obrotowego.
6. W jaki sposób uzyskuje się równośd częstotliwości napięcia generatora synchronicznego w
stosunku do częstotliwości napięcia sieci sztywnej?
Uzyskuje się poprzez regulację prędkości obrotowej prądnicy synchronicznej. Jeżeli warunek ten nie
jest zachowany,f
1
≠f
2
, pojawia się zmieniająca się w czasie różnica napięd ΔU pomiędzy
odpowiadającymi sobie wskazami napięd. Pod wpływem tego napięcia popłynie prąd I, który będzie
przesunięty względem napięcia sieci o pewien kąt φ. Pojawi się więc w chwili załączania moment
hamujący lub przyspieszający prądnicę synchroniczną.
7. W jaki sposób ustalid właściwą kolejnośd faz generatora synchronicznego w stosunku do
sieci sztywnej?
By kolejnośd faz dołączanej prądnicy miała taką samą kolejnośd faz jak sied musi zajśd zależnośd
ΔU
1
= ΔU
2
= ΔU
3
= 0
W przypadku niewłaściwej kolejności faz będzie taka sytuacja, że na dwóch fazach wyłącznika
wystąpią napięcia, przy czym ich wartośd zmienia się od 0 do 2U
m
. Zgodnośd kolejności faz sprawdza
się wskaźnikiem kolejności faz.
8. Przedstawid skutki synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną przy
różnych wartościach napięd sieci i generatora (pozostałe warunki synchronizacji spełnione).
Pod wpływem różnicy napięd przepływa prąd bierny, który nie daje żadnego momentu obrotowego.
9. Przedstawid skutki synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną przy
niewłaściwym następstwie faz sieci i generatora synchronicznego (pozostałe warunki
spełnione).
Gdyby kolejnośd faz dołączanej prądnicy była inna niż kolejnośd faz sieci, nie byłoby takiej chwili, w
której ΔU
1
= ΔU
2
= ΔU
3
= 0 i w której można by było zamknąd wyłącznik
10. Przedstawid skutki synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną przy
różnych wartościach częstotliwości napięd sieci i generatora synchronicznego (pozostałe
warunki spełnione).
Pod wpływem różnych wartości częstotliwości pojawia się zmieniająca w czasie różnica napięd
pomiędzy odpowiadającymi sobie wskazaniami napięd. Pod wpływem tego napięcia płynie prąd I,
który będzie przesunięty względem napięcia sieci o pewien niewielki kąt φ. Pojawi się więc w chwili
załączania moment hamujący lub przyspieszający prądnicę synchroniczną.
11. W jaki sposób przeprowadza się synchronizację generatora synchronicznego z siecią
sztywną z zastosowaniem metody „na światło wirujące”?
Żarówki zapalają się i gasną w pewnej określonej kolejności (1,2,3 lub 3,2,1) zależnie od tego czy
prędkośd kątowa gwiazdy napięd prądnicy jest mniejsza czy większa od prędkości kątowej gwiazdy
napięd sieci. Podczas jednego obrotu napięcie na żarówce rośnie od zera do wartości maksymalnej i
potem znów maleje do zera. Sprawia to wrażenie wirowania światła. Synchronizm w tym układzie
uzyskuje się gdy żarówka 1 nie świeci, a dwie pozostałe świecą jednakowo.
W przypadku różnej kolejności faz sieci i prądnicy, światła żarówek nie wirują, lecz zapalają się i gasną
równocześnie. Im wolniej wirują światła, tym mniejsza jest różnica częstotliwości napięcia sieci i
prądnicy.
12. W jaki sposób przeprowadza się samo synchronizację generatora synchronicznego z siecią
sztywną?
Metoda ta polega na włączeniu do sieci niewzbudzonej prądnicy synchronicznej, wirującej z
prędkością bliskiej synchronicznej. Po włączeniu prądnicy do sieci należy ją wzbudzid takim
napięciem, aby przez uzwojenie wzbudzenia przepływał prąd wzbudzenia biegu jałowego I
FON
.
Przepływ prądu wzbudzenia spowoduje powstanie momentu obrotowego, który po pewnym czasie
wciągnie wirnik prądnicy w synchronizm. W czasie samo synchronizacji obwód wzbudzenia musi byd
zwarty przez opornik w celu zabezpieczenia przed przepięciami.
13. Jakie czynności należy wykonad podczas synchronizacji generatora synchronicznego z siecią
sztywną?
a) Łączymy układ według schematu,
b) Podajemy napięcie do obwodu wzbudzenia silnika obcowzbudnego, który stanowi napęd
prądnicy,
c) Dokonujemy rozruchu silnika aż do prędkości synchronicznej,
d) Wzbudzamy prądnicę aż do uzyskania na stojanie napięcia równego napięciu sieci,
e) Wskaźnikiem kolejności faz sprawdzamy zgodnośd kolejności faz sieci i prądnicy,
f) Regulując prędkośd obrotową silnikiem napędzającym prądnicę doprowadzamy do
wyrównania częstotliwości,
g) W momencie gdy żarówka włączona „na ciemno” nie świeci lub gdy wskazówka
synchronoskopu przechodzi przez 0, dokonujemy włączenia prądnicy do sieci.
14. W jaki sposób wyznacza się krzywe V generatora synchronicznego współpracującego z
siecią sztywną i jaki jest ich przebieg teoretyczny.
Pomiary rozpoczyna się po dokonaniu synchronizacji. Przy stałym napięciu ustala się stałą wartośd
mocy oddawanej przez prądnicę. Uzyskuje się to poprzez regulację wzbudzenia silnika napędowego.
Następnie przez zmianę prądu wzbudzenia prądnicy przeprowadzamy zmianę prądu twornika. Należy
uważad by prądnica nie wypadła z synchronizmu.
15. Skutki przy niezerowaniu wektorów napięd.
Alfa powinna się równad 180
o
, inaczej potencjały nie będą równe po obu stronach.