Решите задачу § 43№5 Физика 11 класс Касьянов В.А. – Рамблер/класс

Решите задачу § 43№5 Физика 11 класс Касьянов В.А. – Рамблер/класс

Интересные вопросы

Школа

Подскажите, как бороться с грубым отношением одноклассников к моему ребенку?

Новости

Поделитесь, сколько вы потратили на подготовку ребенка к учебному году?

Школа

Объясните, это правда, что родители теперь будут информироваться о снижении успеваемости в школе?

Школа

Когда в 2018 году намечено проведение основного периода ЕГЭ?

Новости

Будет ли как-то улучшаться система проверки и организации итоговых сочинений?

Вузы

Подскажите, почему закрыли прием в Московский институт телевидения и радиовещания «Останкино»?

К генератору переменного тока с частотой v = 100 Гц подключены катушка индуктивностью L = 0,5 Гн, конденсатор емкостью С= 4 мкФ и резистор сопротивлением R = 54 Ом. Сила тока в цепи I = 0,5 А. Найдите полное сопротивление цепи и максимальное напряжение на генераторе.
Дано: v = 100 Гц; L = 0,5 Гн; С = 4 · 10

-6 Ф; R = 54 Ом; I = 0,5 А.
Найти: Z; U_m·

ответы

Решила:

ваш ответ

Можно ввести 4000 cимволов

отправить

дежурный

Нажимая кнопку «отправить», вы принимаете условия  пользовательского соглашения

похожие темы

Юмор

Олимпиады

ЕГЭ

Компьютерные игры

похожие вопросы 5

Звуковые волны Физика Касьянов 10 класс 602

Добрый день! Укажите примерные размеры источников, генерирующих инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые волны.
  (Подробнее…)

ГДЗФизикаКасьянов В.А.10 класс

ГДЗ Тема 21 Физика 7-9 класс А.В.Перышкин Задание №476 Изобразите силы, действующие на тело.

Привет всем! Нужен ваш совет, как отвечать…

Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. (Подробнее…)

ГДЗФизикаПерышкин А.В.Школа7 класс

Какой был проходной балл в вузы в 2017 году?

Какой был средний балл ЕГЭ поступивших в российские вузы на бюджет в этом году? (Подробнее. ..)

Поступление11 классЕГЭНовости

16. Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых)… Цыбулько И. П. Русский язык ЕГЭ-2017 ГДЗ. Вариант 13.

16.
Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых)
в предложении должна(-ы) стоять запятая(-ые). (Подробнее…)

ГДЗЕГЭРусский языкЦыбулько И.П.

ЕГЭ-2017 Цыбулько И. П. Русский язык ГДЗ. Вариант 13. 18. Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых)…

18.
Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых)
в предложении должна(-ы) стоять запятая(-ые). (Подробнее…)

ГДЗЕГЭРусский языкЦыбулько И.П.

Инверторный электрогенератор: идеальная синусоида напряжения | Электрогенераторы | Блог

Инверторные электрогенераторы завоевывают все большую популярность. Оно и понятно — их ассортимент увеличивается, а стоимость приближается к обычным генераторам. Об их преимуществах над классическими наслышаны многие, кто хоть немного интересовался автономными электростанциями. Так в чем же заключаются их достоинства и насколько они хороши на самом деле?

Инверторный электрогенератор — что это?

В основе электрогенераторов положен принцип выработки электрической энергии за счет преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую путем вращения генератора переменного тока — альтернатора.

В бытовых моделях чаще всего применяют синхронные генераторы переменного тока. Генератор состоит из статора и ротора. На статоре расположены обмотки, с которых снимается вырабатываемое генератором переменное напряжение. На роторе же — несколько полюсов с магнитами. Это могут быть как электромагниты, так и постоянные магниты, например, мощные неодимовые. Ротор вращается, создавая переменное магнитное поле, которое пронизывает обмотку статора, в результате чего в последней появляется электродвижущая сила, или, проще говоря, напряжение.

Схема классического электрогенераторабез инверторной технологии

Что же такое инверторные электростанции? Инвертор — это электронное устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, в инверторных электростанциях выходное переменное напряжение получают не напрямую от генератора переменного тока, а от инверторного преобразователя. Но пытливый читатель, вероятно, заметил, что инвертор преобразует постоянный ток в переменный. А где же его взять, если с обмоток статора снимается переменное напряжение? Все правильно, от генератора переменного тока получается переменное напряжение. Для получения же постоянного напряжения используют выпрямители.

Схема электрогенератора с использованиемнезависимого формирователя выходного напряжения

Если в электростанции отсутствует инверторный преобразователь (далее будем называть такие электростанции классическими), то необходимое напряжение снимается напрямую с обмоток статора.

Зачем же так все усложнять, если можно просто подключить необходимое электрооборудование к обмотке статора генератора переменного тока и завести двигатель. На то есть, как минимум, три веские причины:

1. Требуется не абы какое переменное напряжение, а с вполне определенными контролируемыми характеристиками.
2. А еще требуется легкое и компактное устройство в целом.
3. И было бы очень неплохо, чтобы это устройство поглощало как можно меньше горючего.

Думается, что эти причины стоят того, что бы немного заморочиться. Начнем с самого важного — характеристик переменного напряжения, требуемого для питания электроприборов.

Характеристики переменного напряжения

Какими же характеристиками должен обладать электрический ток, получаемый от автономной электростанции?

Пойдем простым логическим путем — если к электростанции планируется подключать бытовые электроприборы, то электрическое напряжение, получаемое от автономной электростанции, должно иметь те же характеристики, что и напряжение в обычной розетке.

Согласно ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения», основные характеристики напряжения в бытовой электросети должны удовлетворять следующим значениям:

• номинальное значение напряжения — 220 Вольт,
• допустимое отклонение от номинального напряжения — ±10%,
• номинальное значение частоты напряжения — 50 Гц,
• допустимое отклонение частоты — ±5 Гц (для автономных систем электроснабжения).

Форма напряжения должна быть синусоидальной с минимальными искажениями. «Качество» синуса определяется уровнем гармонических искажений.

Допустимый уровень гармонических искажений по напряжению не должен превышать 8 %. Зачастую именно искажения формы напряжения, которую выдают автономные электростанции, является причиной плохой работы, а то и вовсе неработоспособности подключаемого электрооборудования.

Синусоидальный сигнал «высокого качества» можно посмотреть на экране осциллографа, подключив его к выходу специального генератора сигналов, который предназначен для тестирования различных устройств.

Синусоидальный сигнал частотой 50 Гц на экране осциллографа Hantek DSO5202P, полученный со специального генератора сигналов

Можно оценить и частотный спектр этого сигнала. Например, используя программу SpectraPlus и звуковую карту Sound Blaster X-Fi Xtreme Audio SB0790, можно получить вот такой график и значение коэффициента гармоник, которое в данном случае не превышает 0,03 %.

Частотный спектр сигнала, полученного со специального генератора

С точки зрения ценителей хорошего звука данную форму напряжения нельзя назвать идеальной, а вот инженер-электрик наверняка посчитает такую форму напряжения образцовой.

Некоторые электронные приборы и электрооборудование допускают электропитание с худшими характеристиками, чем указано в ГОСТе, но если требуется «универсальный» электрогенератор, к которому можно было бы подключать любые устройства, не задумываясь о последствиях, то характеристики его напряжения должны быть максимально приближены к требованиям ГОСТа.

А что творится в обычной розетке?

Чтобы понимать, о чем идет речь и какие в реальности основные параметры напряжения в бытовой электросети, были проведены их измерения.

Форма напряжения частотой 50 Гц в бытовой электросети

Спектр напряжения в бытовой электросети

По результатам измерений коэффициент гармоник (уровень гармонических искажений) по напряжению в бытовой электросети составил около 3. 4 %, что полностью укладывается в требования ГОСТа. Изменения напряжения в течение двух часов не превышали допуски, указанные в ГОСТ.

Изменение напряжения в бытовой электросети в течение двух часов

Изменения частоты напряжения в бытовой электросети минимальны и не превышают 0,05 Гц.

Изменение частоты напряжения в бытовой электросети в течение 1 часа

Такая точность необходима в большей степени для синхронизации промышленных электрогенераторов, установленных на ТЭЦ, ГЭС, АЭС и прочих электростанциях. Для бытовых потребителей электроэнергии такая точность, как правило, избыточна. Поэтому в ГОСТе отдельно указаны допуски на отклонение частоты для автономных систем электроснабжения, значения которых составляют ±5 Гц.

С качеством электрической энергии разобрались, вернемся к электрогенераторам.

Классическая автономная электростанция

Для того, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками, в классической электростанции необходимо выполнить несколько условий.

У синхронных генераторов частота выходного напряжения пропорциональна частоте вращения ротора. Если вращать ротор со скоростью 1500 оборотов в минуту, то на выходе получим напряжение частотой 50 Гц. При этом ротор должен быть двухполюсным, то есть иметь два магнита, закрепленных на противоположных сторонах оси ротора. Для двигателя внутреннего сгорания 1500 об/мин — это оптимальное значение, поэтому ось ротора напрямую соединяется с осью коленчатого вала двигателя. Теперь требуется тщательно следить за оборотами двигателя и поддерживать их на заданном уровне для обеспечения стабильной частоты получаемого переменного напряжения.

Нужную частоту получили, теперь разберемся с напряжением на выходе. Альтернатор, по сути, является источником тока, а не напряжения, поэтому выходное напряжение при условии постоянства оборотов будет зависеть от величины нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше напряжение.

А еще выходное напряжение зависит от величины вращающегося магнитного поля, которое создают магниты на роторе. Силу магнитного поля можно менять, если установить на роторе электромагниты. Теперь, меняя ток в обмотках электромагнитов, можно регулировать выходное напряжение альтернатора. Так как ротор вращается, то для подачи тока в его обмотки применяют скользящие контакты — щетки. Устройство, которое поддерживает выходное напряжение генератора на уровне 220–230 В путем непрерывной регулировки тока в обмотках ротора, называется автоматическим регулятором напряжения (automatic voltage regulator — AVR). Без AVR синхронные генераторы в автономных электростанциях не применяются. Данные устройства чаще всего устанавливаются в корпусе альтернатора и выглядят примерно так.

Автоматический регулятор напряжения (AVR)

А вот так выглядит типичный альтернатор, установленный на классической автономной электростанции.

Типичный синхронный альтернатор мощностью 2,2 кВт. Сверху со снятой задней крышкой и демонтированным AVR, снизу вид сбоку с ориентировочными размерами

Как видно на фото, конструкция довольно громоздкая. Альтернатор сопоставим по размерам с применяемым двигателем внутреннего сгорания. При частоте выходного напряжения в 50 Гц и используемому принципу поддержания выходного напряжения на должном уровне уменьшить габариты альтернатора практически не возможно.

Характеристики напряжения в классическом электрогенераторе

Форма выходного напряжения классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.

Нагрузка 100 Вт                      Нагрузка 900 Вт                   Нагрузка 1700 Вт

Форма выходного напряжения на выходе классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт

Нетрудно заметить, что форма напряжения отличается от «идеальной» синусоиды. Частотные спектры сигналов и значения коэффициента гармоник показаны ниже на графиках.

Нагрузка 100 Вт                                       Нагрузка 900 Вт

Нагрузка 1700 Вт

При мощностях нагрузки 900 и 1700 Вт коэффициент гармоник превышает требования ГОСТа.

Далее показана зависимость выходного напряжения от величины нагрузки.

Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки

Что интересно, при увеличении нагрузки выходное напряжение генератора даже немного повышается. Это особенности работы AVR. В целом значение выходного напряжения достаточно стабильно. Тут некоторую озабоченность вызывают кратковременные всплески напряжения в моменты подключения нагрузки. Особенно это заметно, если к ненагруженному генератору сразу подключить довольно мощную нагрузку. В данном случае в момент подключении к генератору нагрузки в 1700 Вт сразу наблюдается провал напряжения на 9-10 вольт, затем кратковременный подъем на 11-12 вольт. Это результат работы системы AVR и системы автоматического поддержания оборотов двигателя, которые имеют естественную инерционность и не могут мгновенно производить регулировку.

А вот так меняется частота выходного напряжения при подключении нагрузки разной мощности.

Зависимость частоты выходного напряжения от величины нагрузки

При работе электростанции без нагрузки или при малой нагрузке частота напряжения немного завышена относительно номинального значения (50 Гц), это сделано умышлено, так как при номинальной нагрузке обороты двигателя в любом случае упадут даже при задействованной автоматической регулировке оборотов. А для электрооборудования незначительное повышение частоты питающего напряжения менее вредно, чем ее понижение, в особенности для устройств с трансформаторным питанием. При снижении частоты у трансформаторов увеличивается ток холостого хода, а значит и нагрев.

Как бы то ни было, характеристики напряжения исследуемой классической электростанции вполне удовлетворяют требованиям ГОСТа, за исключением гармонических искажений выходного напряжения. Но для большинства оборудования это вполне допустимо.

Инверторная автономная электростанция

В инверторных электростанциях тоже используется синхронный генератор переменного тока. Но его конструкция отличается от тех, которые используются в классических электростанциях.

Какие же требования предъявляются к генератору переменного тока инверторной электростанции, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками? А требования эти очень лояльные, так как формированием нужных характеристик выходного напряжения занимается инверторный преобразователь, а не альтернатор. В этом и кроется ключевое отличие инверторных электростанций от классических.

Самое интересное заключается в том, что становится не важно, какая частота напряжения будет на выходе альтернатора, так как напряжение будет преобразовано в постоянное, а у него частота как параметр отсутствует в принципе. Это дает возможность применения многополюсного генератора с внешним ротором, обмотки которого работают на повышенной частоте (примерно 400–600 Гц).

Отпадает необходимость в роторе с обмоткой для создания электромагнита. Блок AVR тоже становится лишним. Ведь уровень напряжения, необходимый для питания инвертора можно регулировать, изменяя обороты двигателя. Поэтому на роторе можно установить постоянные магниты. Все эти конструктивные особенности значительно уменьшают размеры и вес альтернатора.

Синхронный многополюсный альтернатор с внешним ротором на постоянных магнитах мощностью 1,25 кВт

Показанная на фото инверторная электростанция имеет в составе два многополюсных генератора переменного тока, которые установлены по обе стороны коленчатого вала. В результате параллельной работы двух альтернаторов номинальная мощность электростанции составляет 2,5 кВт.

А вот так выглядит типичный блок формирователя выходного напряжения, в составе которого установлен выпрямитель и, собственно, инвертор. Размеры данного блока 175х130х80 мм.

Характеристики напряжения инверторного электрогенератора

Форма выходного напряжения инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.

Форма выходного напряжения на выходе инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт

Форма напряжения близка к «идеальной» синусоиде. Измерения коэффициента гармоник показали отличные результаты. Уровень искажений меньше, чем в бытовой электросети и в несколько раз меньше требований ГОСТа.

Нагрузка 100 Вт                                       Нагрузка 900 Вт

Нагрузка 1700 Вт

Уровень гармоник выходного напряжения инверторной электростанциипри разных величинах нагрузки

Далее показана зависимость выходного напряжения от подключаемой нагрузки.

Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки

При увеличении нагрузки напряжение уменьшается, но незначительно. Наблюдаются провалы напряжения в моменты подключения нагрузки. Более всего это заметно при резком увеличении нагрузки с нуля. Такие провалы объясняются конкретными схемотехническими решениями при разработке инвертора и в разных реализациях могут отличаться по величине.

А вот если посмотреть на график частоты выходного напряжения от нагрузки, то увидим ровненькую горизонтальную линию. При этом нагрузка к генератору подключалась аналогично предыдущему графику. Такие стабильные параметры являются следствием того, что инверторный преобразователь имеет свой собственный задающий электронный генератор, и его частота никак не зависит от оборотов двигателя.

Параметры напряжения инверторной электростанции полностью удовлетворяют требованиям ГОСТа. Отличительной особенностью являются малые гармонические искажения выходного напряжения и высокая стабильность частоты.

В каждой бочке бывает ложка…

Нельзя не отметить одну особенность инвертора, которой пользуются производители, чтобы удешевить его конструкцию. Дело в том, что по определению инвертор — это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное. При этом речь не идет о форме этого переменного напряжения. Синусоидальную форму выходного напряжения чисто технически получить несколько сложнее, чем прямоугольную. В результате некоторые производители устанавливают на свои электростанции инверторы, которые вместо синуса дают прямоугольные импульсы частотой 50 Гц, при этом их ширина и амплитуда подобраны таким образом, что дают среднеквадратическое значение напряжения как раз в 220–230 В. Все это называют ступенчатой аппроксимацией синусоиды. Ниже показана форма выходного напряжения инверторной электростанции с выходным напряжением в виде как раз той самой ступенчатой аппроксимации.

Форма выходного напряжения инверторной электростанции со ступенчатой аппроксимацией синусоиды

Да, некоторое оборудование вполне сносно переваривает такую форму напряжения, но называть такую электростанцию универсальной для питания любого электрооборудования было бы опрометчиво. Сложно гарантировать стабильную и безотказную работу оборудования, подключенного к такому электрогенератору. Либо надо знать, что подключаемое оборудование допускает работу от напряжения такой формы.

К сожалению, производители зачастую умалчивают об этом параметре, но зато громко заявляют, если их изделие выдает «чистый» синус.

Что в итоге?

Основным преимуществом инверторных электростанций является малый вес и габариты. В среднем инверторная электростанция в 1,5-2 раза легче и меньше классической. Такие показатели удалось достичь благодаря применению многополюсного генератора переменного тока с внешним ротором на постоянных магнитах и работающего на повышенной частоте. А применяется такой генератор как раз из-за независимого формирователя выходного напряжения — инвертора. Ко всему прочему все эти технические решения увеличивают КПД электрогенератора, что уменьшает потребление горючего двигателем.

Что касается качества выходного напряжения, то тут неоспоримым преимуществом инвертора по сравнению с классической электростанцией является низкий уровень искажений формы выходного напряжения. На выходе практически идеальная синусоида (если, конечно, не попался инвертор с аппроксимацией). Тоже можно сказать и о стабильности частоты. Такие параметры позволяют использовать инверторную электростанцию для питания любого оборудования, не опасаясь негативных последствий.

Стабильность напряжения инверторной электростанции ничем не выделяется на фоне этого же параметра классического электрогенератора. И у того, и другого устройства этот параметр находится на должном уровне и зависит от применяемых решений при разработке и изготовлении AVR или инвертора.

Синхронизация генераторов — ElectronicsHub

В этом уроке мы узнаем о синхронизации генераторов. Часто электрические генераторы выводятся из эксплуатации и включаются обратно в энергосистему при изменении нагрузки, аварийных отключениях, техническом обслуживании и т. д. Каждый раз перед повторным включением генератора в систему его необходимо синхронизировать с параметрами сети энергосистемы.

Неправильная синхронизация может повлиять на работоспособность энергосистемы и привести к электрическим и механическим переходным процессам, которые могут повредить первичный двигатель, генератор, трансформаторы и другие компоненты энергосистемы.

Схема

Что такое синхронизация генераторов?

Процесс согласования таких параметров, как напряжение, частота, фазовый угол, последовательность фаз и форма сигнала генератора переменного тока (генератора) или другого источника с исправной или работающей энергосистемой называется синхронизацией генераторов.

Генератор не может подавать питание в электроэнергетическую систему, если его напряжение, частота и другие параметры точно не согласованы с сетью. Синхронизация осуществляется путем управления током возбуждения и частотой вращения двигателя генератора.

Возникает необходимость в синхронизации, особенно когда два или более генераторов переменного тока работают вместе для подачи питания на нагрузку. Это связано с тем, что электрические нагрузки непостоянны и меняются со временем (в зависимости от нагрузки), поэтому необходимо соединить два или более генераторов переменного тока, работающих параллельно, для питания больших нагрузок.

Синхронизация согласовывает различные параметры одного генератора переменного тока (или генератора) с другим генератором переменного тока или с шиной. Процесс синхронизации также называется параллельным подключением генераторов или генераторов.

Необходимость параллельного подключения генераторов

На большинстве коммерческих электростанций несколько небольших блоков обеспечивают электроэнергию, а не один большой блок. Это называется параллельной работой генераторов. Причины предпочтения этой практики перечислены ниже.

Надежность

Несколько небольших блоков более надежны, чем один большой блок. Это связано с тем, что при отказе одного генератора другие генераторы остаются активными, и, следовательно, вся система не будет отключена.

Непрерывность работы

В случае периодического обслуживания, поломки или ремонта одного генератора он должен быть остановлен и выведен из эксплуатации. Поскольку другие машины работают параллельно, прерывание питания нагрузки предотвращается.

Требования к нагрузке

Требования к нагрузке на центральной станции постоянно меняются. В периоды малой нагрузки работают только один или два генератора для обеспечения нагрузки. Во время пиковых нагрузок дополнительные генераторы подключаются параллельно для удовлетворения потребности.

Высокая эффективность

Генераторы работают наиболее эффективно, когда они нагружены на своих номинальных значениях. За счет работы нескольких генераторов при малых нагрузках и большего количества генераторов при высоких пиковых нагрузках эффективно загружаются генераторы.

Расширенная мощность

Поскольку спрос на электроэнергию постоянно растет, коммунальные предприятия увеличивают физические размеры электростанций, добавляя больше генераторов переменного тока. Таким образом, эти генераторы должны быть подключены параллельно с существующим генераторным оборудованием.

Условия для синхронизации или параллельного соединения генераторов

Существуют определенные требования, которые необходимо выполнить для успешного параллельного соединения генераторов. Следующие условия должны быть выполнены для синхронизации генератора с сетью или с другими генераторами.

Последовательность фаз

Последовательность фаз трех фаз генератора переменного тока, который подключается к шине энергосистемы, должна иметь ту же последовательность фаз, что и последовательность трех фаз шины (или электрической сети). Эта проблема возникает в основном в случае первоначальной установки или после технического обслуживания.

Величина напряжения

Среднеквадратичное напряжение входящего генератора переменного тока должно быть таким же, как и среднеквадратичное напряжение шины или электрической сети. Если входящее напряжение генератора больше, чем напряжение на шине, будет большая реактивная мощность, которая будет течь от генератора в сеть.

Если входное напряжение генератора ниже напряжения на сборной шине, генератор поглощает высокую реактивную мощность от сборной шины.

Частота

Частота входящего генератора должна быть равна частоте шины. Неправильное согласование частоты приводит к сильному ускорению и замедлению первичного двигателя, что увеличивает переходный крутящий момент.

Фазовый угол

Фазовый угол между входным напряжением генератора и напряжением шины должен быть равен нулю. Это можно наблюдать, сравнивая возникновение пересечений нуля или пиков сигналов напряжения.

Процедура параллельного соединения генераторов

Когда вышеуказанные методы выполняются, говорят, что генераторы синхронизированы. Фактический процесс синхронизации или распараллеливания генераторов включает следующие этапы.

• Предположим, что генератор переменного тока-1 подает питание на шины при номинальном напряжении и частоте.
• Теперь входной генератор-2 должен быть подключен параллельно с генератором-1 в первый раз. При увеличении скорости генератора изменяется его частота и, следовательно, скорость регулируется до тех пор, пока она не совпадет с частотой шины (или частотой генератора-1). Кроме того, изменяя реостат возбуждения, напряжение генератора переменного тока-2 изменяется и, следовательно, регулируется до тех пор, пока напряжение не совпадет с напряжением на шине.
• Три напряжения, генерируемые генератором переменного тока-2, должны быть в фазе с соответствующими напряжениями шины (или генератора-1). Это достигается сохранением одинаковой последовательности фаз и частоты генератора-2 с шиной или генератором-1. Для достижения этих соотношений используется техника синхронизирующих ламп.

Различные методы синхронизации

Существуют различные методы синхронизации генераторов переменного тока. Основной целью этих методов является проверка всех четырех условий, описанных выше. Общие методы, используемые для синхронизации генераторов переменного тока, приведены ниже:

• Метод трех темных ламп
• Два ярких, один темный метод
• Метод синхроноскопа

Метод трех темных ламп

На рисунке ниже показана схема для метода ярких ламп, используемого для синхронизации генераторов переменного тока. Предположим, что генератор переменного тока подключен к нагрузке, подающей на него номинальное напряжение и частоту. Теперь генератор переменного тока-2 необходимо подключить параллельно генератору-1.

Три лампы (каждая из которых рассчитана на напряжение на клеммах генератора) подключены между выключателями генератора-2. Из рисунка видно, что к моменту выполнения всех условий параллельной работы лампы должны быть более или менее темными.

Для синхронизации генератора переменного тока-2 с шиной первичный двигатель генератора переменного тока-2 приводится в движение со скоростью, близкой к синхронной скорости, определяемой частотой шины и числом полюсов генератора переменного тока.

Теперь ток возбуждения генератора-2 увеличивают до тех пор, пока напряжение на клеммах машины не сравняется с напряжением на шине (наблюдая за показаниями вольтметров).

Если лампы загораются и выключаются одновременно, это означает, что чередование фаз генератора-2 совпадает с шиной. С другой стороны, если они включаются и выключаются один за другим, это напоминает неправильную последовательность фаз.

Меняя соединения любых двух выводов генератора-2 после остановки машины, можно изменить последовательность фаз.

В зависимости от разности частот между напряжением генератора-2 и напряжением на шинах определяется скорость включения и выключения этих ламп. Следовательно, скорость мерцания должна быть уменьшена, чтобы соответствовать частоте. Это возможно путем регулировки скорости генератора переменного тока с помощью управления его первичным двигателем.

Когда все эти параметры установлены, лампы гаснут, а затем переключатель синхронизации можно замкнуть, чтобы синхронизировать генератор-2 с генератором-1.

Основным недостатком этого метода является то, что скорость мерцания указывает только на разницу между генератором-2 и шиной. Но информация о частоте генератора по отношению к частоте шины в этом методе недоступна.

Допустим, если частота шины составляет 50 Гц, частота мигания ламп одинакова при частоте генератора переменного тока 51 или 49 Гц, так как разница в этих двух случаях составляет 1 Гц.

Две яркие и одна темная лампа Метод

Соединения для этого метода показаны на рисунке ниже, и это полезно для определения того, ниже или выше частота генератора, чем частота шины.

Здесь лампа L2 подключена поперек полюса в средней линии синхронизирующего переключателя аналогично методу темной лампы, тогда как лампы L1 и L3 подключены транспонированным образом.

Проверка состояния напряжения аналогична предыдущему способу и после него лампы светятся ярко и гаснут одна за другой. Меньшее или большее значение частоты генератора по сравнению с частотой сборной шины определяется последовательностью включения и выключения ламп.

Последовательность включения и выключения L1-L2-L3 указывает на то, что частота входящего генератора выше частоты шины. Следовательно, скорость генератора должна быть снижена с помощью управления первичным двигателем до тех пор, пока частота мерцания не снизится до небольшой.

С другой стороны, мигание последовательности L1-L3-L2 указывает на то, что частота входного генератора меньше частоты шины.

Следовательно, скорость генератора переменного тока увеличивается за счет первичного двигателя до тех пор, пока частота мерцания не будет снижена до минимально возможного значения. Переключатель синхронизации затем замыкается в тот момент, когда лампы L1 и L3 горят одинаково ярко, а лампа L2 гаснет.

Недостатком этого метода является невозможность проверки правильности чередования фаз. Однако в этом требовании нет необходимости для постоянно подключенных генераторов переменного тока, где проверку последовательности фаз достаточно выполнить только при первом включении.

Метод синхроноскопа

Он аналогичен методу двух ярких и одной темной лампы и показывает, выше или ниже частота генератора переменного тока, чем частота шины. Синхроскоп используется для большей точности синхронизации и состоит из двух пар клемм.

Одна пара клемм, помеченная как «существующая», должна быть подключена к клеммам сборной шины или к существующему генератору переменного тока, а другая пара клемм, помеченная как «входящая», должна быть подключена к клеммам входящего генератора переменного тока.

Синхроноскоп имеет круглый циферблат, на котором шарнирно закреплена стрелка, способная вращаться по часовой стрелке и против часовой стрелки.

После проверки состояния напряжения оператор должен проверить синхроноскоп. Скорость вращения указателя указывает на разницу частот между входящим генератором переменного тока и шиной.

Кроме того, направление вращения указателя (быстрое или медленное) дает информацию о том, выше или ниже частота входного генератора переменного тока, чем частота шины, и, следовательно, указатель движется быстро или медленно.

Должна быть сделана соответствующая коррекция для управления скоростью генератора, чтобы скорость вращения указателя была как можно меньше. Поэтому синхроноскопа вместе с вольтметрами достаточно для процесса синхронизации. Однако в большинстве случаев в качестве системы перепроверки используется комплект фонарей вместе с синхроноскопом.

Это методы синхронизации генераторов. Этот процесс должен выполняться осторожно, чтобы предотвратить сбои в системе питания, а также избежать серьезного повреждения машины. Только трехламповые методы сегодня не являются предпочтительными из-за меньшей точности и ручного управления.

Эти процессы требуют квалифицированного и опытного человека для работы с оборудованием во время синхронизации. В большинстве случаев используется синхроноскопический метод с набором ламп, как указано выше.

Современное синхронизирующее оборудование автоматизирует весь процесс синхронизации с использованием микропроцессорных систем, что позволяет отказаться от ручных ламп и наблюдения синхроскопа. Эти методы проще в управлении и более надежны.

Заключение

Учебное пособие для начинающих по концепции синхронизации генераторов, необходимости синхронизации или параллельного подключения генераторов (или генераторов), условиям, которые необходимо выполнить для правильной синхронизации, различным методам синхронизации, их преимуществам и недостаткам.

Как синхронизировать генераторы на корабле?

ByHiteshk 18 апреля 2019 г. 23 июня 2022 г. Корабельный генератор

2284 акции

Синхронизация генераторов — это процесс согласования таких параметров, как напряжение, частота, фазовый угол, последовательность фаз и форма сигнала генератора переменного тока (генератора) или других источников с исправной или работающей энергосистемой. Генератор не может поставлять электроэнергию в электроэнергетическую систему, если его напряжение, частота и другие параметры точно не согласованы с сетью.

Ток возбудителя и частота вращения двигателя генератора контролируются для достижения синхронизации.

 Синхронизация в первую очередь необходима, когда два или более генератора переменного тока работают вместе для подачи питания на нагрузку. Электрические нагрузки очень непостоянны и изменяются со временем (в зависимости от нагрузки), поэтому необходимо соединять генераторы, работающие параллельно, для питания больших нагрузок.

Он гарантирует, что различные параметры одного генератора переменного тока (или генератора) резонируют с другим генератором переменного тока или с шиной. Процесс синхронизации также известен как параллельное соединение генераторов или генераторов.

Синхронизация генератора производится с помощью синхроскопа или трехламповым методом в случае аварийной ситуации. Чрезвычайно важно, чтобы перед параллельным подключением генераторов частота и напряжение генераторов были согласованы. В этой статье мы опишем способ синхронизации генераторов на корабле.

Структура синхронного генератора

Синхронный генератор состоит из ротора и статора, аналогичного стандартному генератору. Ротор состоит из электромагнита, который вращается в статоре. Статор состоит из обмоток, которые индуцируют трехфазное напряжение, и состоит из трех стационарных катушек, известных как статор, якорь или фазовые катушки. Намагничивание также имеет решающее значение для обмоток статора, потому что в отсутствие магнитных полей нет сил для создания токов.

Для расчета синхронной скорости генератора используем формулу-

Ns=(120 * f) / P

Где:

Ns = синхронная скорость, об/мин

f = частота, Гц

P = число полюсов 

120 – константа для времени (секунды/минуты) и пар полюсов, чтобы получить скорость в об/мин.

Требования к синхронизации или параллельной работе генераторов

Для успешного параллельного подключения генераторов необходимо выполнить определенные условия. Базовые условия должны быть выполнены для синхронизации генератора с сетью или с другими генераторами.

Чередование фаз

Чередование фаз трех ступеней генератора переменного тока, подключенного к шине энергосистемы, должно быть идентично чередованию фаз трех фаз шины (или электрической сети). Эта проблема обычно возникает во время первоначальной установки или во время планового обслуживания.

Величина напряжения

Среднеквадратичное напряжение входного генератора переменного тока должно быть таким же, как среднеквадратичное напряжение шины или электрической сети. Будет много реактивной мощности, протекающей от генератора в сеть, если входящее напряжение генератора переменного тока выше, чем напряжение шины.

Генератор поглощает большую реактивную мощность от шины, если входное напряжение генератора ниже напряжения на шине.

Частота

Частота входящего генератора должна соответствовать частоте шины. Неадекватное согласование частот приводит к тому, что первичный двигатель быстро ускоряется и замедляется, увеличивая переходный крутящий момент.

Фазовый угол

Не должно быть фазового угла между входным напряжением генератора и напряжением шины. Это можно увидеть, сравнив появление пересечений нуля или пиков в формах сигналов напряжения.

 

Методы синхронизации генераторов на корабле

Существует два метода синхронизации генераторов на корабле: обычный и аварийный.

1. Метод синхроноскопа

Синхроноскоп используется для проверки последовательной разности частот между генераторами и напряжениями сети.

1. Синхроноскоп состоит из небольшого двигателя с катушками на двух полюсах, подключенных к двум фазам. Допустим, он подключен к красной и желтой фазам вводной машины, а обмотки якоря питаются от красной и желтой фаз от сборных шин распределительного щита.
2. Цепь сборной шины состоит из параллельно соединенных индуктивности и сопротивления.
3. Цепь индуктора имеет эффект задержки тока на 90 градусов относительно тока в сопротивлении.
4. Эти двойные токи подаются в синхроноскоп с помощью токосъемных колец на обмотки якоря, которые создают вращающееся магнитное поле.
5. Полярность полюсов будет меняться попеременно в направлении север/юг с изменением красной и желтой фаз приближающейся машины.
6.  Вращающееся поле будет реагировать на полюса, поворачивая ротор либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.
7. Если ротор движется по часовой стрелке, это означает, что входящая машина движется быстрее, чем шина, и медленнее при движении против часовой стрелки.
8. Обычно предпочтительнее настроить скорость генератора немного выше, что приведет к перемещению указателя на синхроноскопе по часовой стрелке.
9. Выключатель замыкается непосредственно перед тем, как стрелка достигает положения 12 часов, в котором входящая машина находится в фазе с шиной. Это связано с тем, что для включения контактора требуется еще несколько миллисекунд, поэтому операция начинается немного раньше.
10. Когда синхроноскоп приближается к 12 часам, «проскальзывание» между синусоидами приближается к минимуму в 12 часов, и разность напряжений между фазами также минимальна в 12 часов. Закрывая выключатель в 11 часов, мы добиваемся закрытия ближе к 12 часам.

Плюсы и минусы синхроскопического метода

• Он более точен, чем лампы.
• Практически исключен элемент личного суждения оператора относительно точного момента синхронизации.
• Дороже ламп.
• Не указывает последовательность фаз.

2. Аварийные лампы синхронизации или метод трех ламп

 

Этот метод обычно используется при выходе из строя синхроноскопа. В случае отказа должен быть доступен резервный метод для синхронизации генератора, поэтому используется метод аварийной лампы.

Три лампы должны быть подключены между тремя фазами сборной шины, а вводной генератор должен быть подключен.

1. Лампы подключаются только таким образом, потому что, если они подключены параллельно, лампы одной фазы будут включаться и выключаться одновременно, когда входящая машина не совпадает по фазе с распределительным щитом.
2. В этом методе две лампы будут гореть ярко, а одна лампа погаснет, когда входящая машина находится в фазе с шиной.
3. Движение этих ярких и темных лампочек показывает, быстрее или медленнее движется приближающаяся машина.
4. Например, есть момент, когда лампа А будет темной, а лампы В и С будут яркими, точно так же будут случаи, когда В темная, а другие яркие, С темная, а две другие яркие. Этот пример указывает на то, что машина работает быстро, а движение ламп от темного к яркому дает движение по часовой стрелке
.
5. Движение по часовой стрелке указывает на быструю работу, а направление против часовой стрелки указывает на медленную работу входящего генератора.

Скорость включения и выключения этих ламп определяется разностью частот между напряжением генератора-2 и напряжением на шине. В результате скорость мерцания должна быть снижена, чтобы соответствовать частоте. Это достигается путем регулирования скорости генератора переменного тока с помощью управления первичным двигателем.

Лампы погаснут после того, как все эти параметры будут установлены, и синхронизирующий переключатель может быть замкнут, чтобы синхронизировать генератор переменного тока-2 с генератором-1.

Самым большим недостатком этого метода является то, что он показывает разницу между генератором-2 и шиной только путем измерения частоты мерцания. Однако этот метод не дает информации о частоте генератора переменного тока по отношению к частоте шины.

3. Метод двух ярких и одной темной лампы

Этот метод можно использовать для определения того, является ли частота генератора ниже или выше частоты шины.

1. Как и в случае с темной лампой, лампа L2 подключается через полюс на средней линии синхронизирующего переключателя, однако лампы L1 и L3 подключаются попеременно.