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 uzwojeń stojana w postaci energii elektrycznej . Generator synchroniczny jest maszyną odwracalną i może pracować 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 możliwość 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 końcowych zasilanych z sieci elektroenergetycznych niskiego napięcia.

1. Na czym polega i czym jest spowodowana praca równoległa generatora synchronicznego z siecią sztywną?

W sieci sztywnej częstotliwość napięć indukowanych jest równa częstotliwości napięcia w sieci i nie może ulegać 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, - zgodność kąta fazowego.

1. Wyjaśnić różnicą między synchronizacją i samo synchronizacją generatora synchronicznego z siecią sztywną.

Synchronizacja polega na doprowadzeniu prądnicy synchronicznej do takiego stanu, by suma chwilowych wartości napięć 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 kierować czasem jej trwania, szczególnie przy unieruchomieniach zespołów w czasie awarii zasilanych urządzeń

1. Podać warunki poprawnej synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną

- równość wartości skutecznych napięć sieci i prądnicy U_s=U_if
- równość częstotliwości napięć sieci i prądnicy f₁=f₂
-zgodność kolejności faz prądnicy i sieci
- chwilowe wartości sumy wektorów napięć prądnicy i sieci powinny się zerować U_s + U_i = 0

1. W jaki sposób uzyskuje się równość wartości skutecznej napięcia generatora synchronicznego w stosunku do napięcia sieci sztywnej?

Równość wartości skutecznych U_s = U_if uzyskuje się poprzez regulację prądu wzbudzenia prądnicy aż do osiągnięcia tego warunku. Jeżeli istnieje różnica w wartościach tych napięć wówczas po włączeniu prądnicy do sieci, pod wpływem różnicy napięć ΔU przepływa prąd bierny, który jednak nie daje żadnego momentu obrotowego.

1. W jaki sposób uzyskuje się równość 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,f₁≠f₂, pojawia się zmieniająca się w czasie różnica napięć ΔU pomiędzy odpowiadającymi sobie wskazami napięć. 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.

1. W jaki sposób ustalić właściwą kolejność faz generatora synchronicznego w stosunku do sieci sztywnej?

By kolejność faz dołączanej prądnicy miała taką samą kolejność faz jak sieć musi zajść zależność

ΔU₁ = ΔU₂ = ΔU₃ = 0

W przypadku niewłaściwej kolejności faz będzie taka sytuacja, że na dwóch fazach wyłącznika wystąpią napięcia, przy czym ich wartość zmienia się od 0 do 2U_m. Zgodność kolejności faz sprawdza się wskaźnikiem kolejności faz.

1. Przedstawić skutki synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną przy różnych wartościach napięć sieci i generatora (pozostałe warunki synchronizacji spełnione).

Pod wpływem różnicy napięć przepływa prąd bierny, który nie daje żadnego momentu obrotowego.

1. Przedstawić skutki synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną przy niewłaściwym następstwie faz sieci i generatora synchronicznego (pozostałe warunki spełnione).

Gdyby kolejność faz dołączanej prądnicy była inna niż kolejność faz sieci, nie byłoby takiej chwili, w której ΔU₁ = ΔU₂ = ΔU₃ = 0 i w której można by było zamknąć wyłącznik

1. Przedstawić skutki synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną przy różnych wartościach częstotliwości napięć sieci i generatora synchronicznego (pozostałe warunki spełnione).

Pod wpływem różnych wartości częstotliwości pojawia się zmieniająca w czasie różnica napięć pomiędzy odpowiadającymi sobie wskazaniami napięć. 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.

1. 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 prędkość kątowa gwiazdy napięć prądnicy jest mniejsza czy większa od prędkości kątowej gwiazdy napięć 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.

1. 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 wzbudzić 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 być zwarty przez opornik w celu zabezpieczenia przed przepięciami.

1. Jakie czynności należy wykonać podczas synchronizacji generatora synchronicznego z siecią sztywną?

1. Łączymy układ według schematu,

2. Podajemy napięcie do obwodu wzbudzenia silnika obcowzbudnego, który stanowi napęd prądnicy,

3. Dokonujemy rozruchu silnika aż do prędkości synchronicznej,

4. Wzbudzamy prądnicę aż do uzyskania na stojanie napięcia równego napięciu sieci,

5. Wskaźnikiem kolejności faz sprawdzamy zgodność kolejności faz sieci i prądnicy,

6. Regulując prędkość obrotową silnikiem napędzającym prądnicę doprowadzamy do wyrównania częstotliwości,

7. W momencie gdy żarówka włączona „na ciemno” nie świeci lub gdy wskazówka synchronoskopu przechodzi przez 0, dokonujemy włączenia prądnicy do sieci.

1. 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 wartość mocy oddawanej przez prądnicę. Uzyskuje się to poprzez regulację wzbudzenia silnika napędowego. Następnie przez zmianę prądu wzbudzenia prądnicy przeprowadzamy zmianę prądu twornika. Należy uważać by prądnica nie wypadła z synchronizmu.

1. Skutki przy niezerowaniu wektorów napięć.

Alfa powinna się równać 180^o, inaczej potencjały nie będą równe po obu stronach.