Синхронная синхронизация машины переменного тока

Синхронные генераторы переменного тока являются основой производства электроэнергии на электростанциях по всему миру и часто используются для стабилизации электросети. Согласование последовательности фаз, величин напряжения и частот синхронного генератора с мощностью в сети имеет важное значение. Если генератор не в фазе с сетью, генератор не может подавать энергию. В то время как автоматические синхронизаторы используются на крупных электростанциях, здесь демонстрируется простой метод ручной синхронизации. В этом видеоролике будут представлены трехфазные синхронные генераторы и продемонстрированы протоколы регулировки напряжения и частоты выходов для ручной синхронизации генератора с электросетью.

Синхронные машины переменного тока состоят из внутреннего вращающегося сердечника, ротора, и внешнего неподвижного кольца, статора. Магнитное поле ротора неподвижно индуцируется приложенным постоянным напряжением. Магнитное поле статора возбуждается с помощью трехфазного переменного тока, каждая фаза которого подключена к отдельному набору катушек статора. Это индуцирует вращающееся магнитное поле постоянной величины и частоты вращения, соответствующей колебаниям тока питающей линии. Магнитные поля статора и ротора связаны, в результате чего ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле статора. Для получения дополнительной информации о характеристиках синхронных машин переменного тока, пожалуйста, посмотрите научно-образовательное видео JOVE «Определение характеристик синхронных машин переменного тока». Когда синхронная машина работает в качестве генератора электроэнергии, первичный двигатель подает крутящий момент на ротор, что приводит к разнице изгибов между ротором и магнитными полями статора. Если приложенный крутящий момент противодействует движению ротора, машина поглощает реактивную мощность от системы, чтобы вернуть машину в синхронное состояние. Если приложенный крутящий момент вместо этого увеличивает вращение, перевозбуждая машину, генератор подает энергию в систему. Метод трех ламп может быть использован для обеспечения визуального подтверждения того, что генератор выдает энергию с той же величиной напряжения, частотой и последовательностью фаз, что и электросеть. Для синхронных генераторов частота регулируется путем изменения скорости первичного двигателя. Если питание генератора и системы не по фазе, лампы мерцают. При одинаковом напряжении нулевой дифференциал приводит к тому, что все три лампы выключаются и включаются одновременно. Теперь, когда основные принципы работы синхронных генераторов разъяснены, будет продемонстрирована ручная синхронизация синхронного генератора переменного тока с электросетью.

Начните с инициализации двигателя постоянного тока или динамометра в качестве основного двигателя. Убедитесь, что трехфазный разъединитель, синхронный двигатель и двигатель постоянного тока выключены. Установив Variac на 0%, подключите его к трехфазной розетке. Далее подключите установку, как показано на рисунке. Затем включите трехфазный переключатель на синхронной машине. Наконец, убедитесь, что S1 и три лампы подключены параллельно. И обратите внимание на полярность щупов цифрового измерителя мощности. Затем убедитесь, что пусковой прогон переключается в исходное положение. Когда S1 выключен, установите RF на максимальное сопротивление. Включите трехфазный разъединитель, а затем включите высоковольтный источник питания постоянного тока. Затем нажмите кнопку отображения VI на блоке питания, чтобы отобразить рабочее напряжение по току и отрегулировать напряжение до 15 вольт. Затем нажмите кнопку START на панели питания постоянного тока. Динамометр должен иметь большой переходный ток, потребляемый от источника постоянного тока. Однако, если загорается предел перегрузки по току или индикатор OCT, увеличьте предел перегрузки по току. Теперь понаблюдайте за медленным вращением синхронной машины. Наконец, увеличьте выходное напряжение источника постоянного тока примерно до 160 вольт и измерьте скорость вращения вала с помощью стробоскопа. Затем отрегулируйте напряжение питания, чтобы достичь скорости вращения 1 800 об/мин. Затем запишите постоянный ток и напряжение.

Теперь синхронизируйте генератор по методу трех ламп с полностью собранным устройством, как показано на рисунке. Переключите пусковой переключатель на стороне синхронной машины в режим работы и убедитесь, что горят три лампы. Затем итерационно отрегулируйте РЧ на напряжении питания, чтобы достичь напряжения генератора 120 вольт. Отрегулируйте частоту ВГ на цифровом измерителе мощности до 60 Гц. Допустимы значения в пределах +/- 2%. Затем немного увеличьте выходное напряжение Variac до 120 вольт. На этом этапе сеть и генератор обеспечивают напряжение 120 вольт с частотой 60 Гц. Записывайте показания напряжения, тока и мощности на обоих измерителях мощности, включая знаки + или -. Наконец, используйте схему освещения ламп для подтверждения или настройки синхронизации. При использовании трех ламп, как только достигается желаемое напряжение переменного тока, лампы включаются и выключаются одновременно. Если последовательность фаз A, B, C от сетки встречается с последовательностью A, C, B от машины, цикл ламп по мере того, как напряжения на лампах никогда не суммируются до нуля на всех трех фазах одновременно. Если три лампы вместо этого циклически и мерцают не синхронно, то генератор и сетка имеют разные последовательности фаз по всему набору ламп. Определите последовательности. Один как ABC, а другой как ACB. Затем, чтобы отрегулировать последовательность, сначала поверните Variac обратно на 0% и нажмите STOP на панели питания. Снизив напряжение постоянного тока до 15 вольт, наконец, переключите фазы B и C на стороне генератора. Если все три лампы одновременно ярко и тускнеют, то генератор и сеть имеют одинаковую последовательность фаз и правильно синхронизированы. В противном случае повторите изменение последовательности фаз В момент, когда все лампы погаснут, включите переключатель S1. Теперь все огни должны оставаться выключенными, так как S1 теперь действует как короткое замыкание на их клеммах. В дальнейшем генератор синхронизируется с сетью.

Синхронные машины часто используются в промышленных приложениях для стабилизации мощности. Коэффициент мощности машины показывает, может ли машина выдавать реактивную мощность при определенных условиях. Накопление и высвобождение энергии для стабилизации сети. При таком функционировании машина называется синхронным конденсатором. При использовании ветра в качестве возобновляемого источника энергии ветряная турбина является основным двигателем синхронного генератора. Чтобы предотвратить остановку генератора при высоких нагрузках, углы лопастей ротора турбины дифференцированно регулируются для оптимизации скорости вращения при переменных скоростях ветра. Для передачи вырабатываемой энергии ветра в сеть ветряные турбины используют интерфейс автоматического синхронизатора, который безопасно передает энергию на линии электропередач.

Вы только что посмотрели введение JOVE в синхронную синхронизацию машин переменного тока. Теперь вы должны понять, как регулировать напряжение и частоту выходов трехфазных синхронных генераторов. Вручную синхронизируйте генератор с электросетью и измерьте влияние изменения полевого тока и скорости на выходную мощность генератора. Спасибо за просмотр!