§ 19. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Как уже говорилось выше, на судах с электроэнергетическими установками постоянного тока применяют преимущественно генераторы со смешанным возбуждением благодаря тому, что напряжение последних в меньшей степени зависит от нагрузки. Однако иногда находят себе применение и генераторы с независимым и параллельным возбуждением, в частности при зарядке аккумуляторных батарей.
Ниже рассмотрим параллельную работу тех и других машин.
Рассмотрим случай параллельной работы двух одинаковых генераторов с параллельным возбуждением, внешние характеристики которых приведены на рис. 74. Приведенные на рисунке характеристики имеют разные наклоны вследствие неизбежного при их изготовлении различия: магнитных характеристик, объясняемых заводскими допусками на материалы, штампы и пр.; сопротивлений цепи якорей вместе с соединительными проводами, коммутационными аппаратами, измерительными приборами и пр.; сдвига щеток с физической нейтрали и, наконец,— характеристик двигателей, приводящих во вращение генераторы.
Токи возбуждения генераторов имеют такие значения, при которых электродвижущие силы генераторов I и II при холостом ходе равны друг другу. В таком случае характеристики пересекаются между собой в точке, расположенной на оси ординат, при токе якоря каждого генератора, равном нулю.
При увеличении нагрузки в сети ток нагрузки генераторов будет распределяться между ними неравномерно, благодаря неодинаковому наклону характеристик. Большая нагрузка будет приходиться на генератор с меньшим наклоном характеристики.
Рис. 74. Распределение нагрузки между двумя параллельно работающими генераторами постоянного тока при равенстве напряжений в режиме холостого
Рис. 75. Распределение нагрузки между двумя параллельно работающими генераторами постоянного тока при равенстве напряжений в режиме номинальной нагрузки
Для того чтобы найти распределение нагрузок между генераторами и величину напряжения на шинах следует исходить из тех соображений, что напряжение на шинах для обоих генераторов одинаково при параллельном их включении, при любых суммарных нагрузках. В таком случае можно построить кривую III, представляющую собою сумму токов обоих генераторов при соответствующих, одинаковых для каждого генератора напряжениях. Тогда для тока нагрузки обоих генераторов, равного Г, напряжение обоих генераторов будет U', ток нагрузки первого генератора будет
Для того чтобы нагрузка поровну распределялась между генераторами при различных ее значениях, необходимо, чтобы внешние характеристики йх совпадали. Добиться полного совпадения характеристики даже у одинаковых генераторов, по указанным выше причинам, не представляется возможным. Однако в известных пределах, достаточных для практики, это сделать возможно. Для этого, прежде всего, необходимо добиться возможно более близкого совпадения характеристик двигателей, приводящих во вращение генераторы.
После этого, если характеристики генераторов не слишком расходятся, доводку их можно осуществить поворотом щеток на углы, безвредные для коммутации. Для сближения характеристик, получения одинакового наклона их, следует повернуть щетки у генератора I в сторону вращения, у генератора II в противоположную вращению сторону.
При этом, как известно из теории электрических машин постоянного тока, продольная реакция якоря и реакция добавочных полюсов у генератора, у которого щетки будут повернуты в сторону вращения, увеличат падение напряжения в генераторе при увеличении нагрузки. У генератора, у которого щетки будут повернуты против вращения, — наоборот, уменьшат падение напряжения. Характеристики сблизятся между собою. На практике обычно этим способом удается сблизить характеристики генераторов без существенного ущерба для их коммутации.
При параллельной работе двух генераторов не одинаковой мощности, необходимо получить пропорциональное их мощностям распределение нагрузки. Для этого внешние характеристики генераторов с учетом приводящих их во вращение двигателей должны иметь одинаковый в процентном отношении наклон при изменении нагрузки от нуля до номинальной для каждого генератора.
На рис. 76 приведены такие характеристики для двух генераторов, мощность одного из них (I) вдвое меньше мощности второго (II).
Рис. 76. Распределение нагрузки между двумя параллельно работающими генераторами постоянного тока разной мощности
Как видно из диаграммы, соответственно их мощности распределяется и нагрузка генераторов.
Иногда, при жестких внешних характеристиках, при параллельной работе генераторов не удается осуществить хорошего распределения нагрузки между ними. В таких случаях существенную пользу могут оказать уравнительные соединения, включенные между якорями и добавочными полюсами генераторов.
При смешанном возбуждении генераторов параллельная работа их, как правило, не может быть осуществлена без применения уравнительных соединений между началами последовательных обмоток возбуждения.
Как известно из теории постоянного тока, причиной этого является то, что при достаточно большом числе витков последовательной обмотки с увеличением нагрузки электродвижущая сила генератора возрастает.
Рис. 77. Схема параллельной работы двух генераторов постоянного тока с параллельным возбуждением
При параллельном соединении двух одинаковых генераторов постоянного тока со смешанным возбуждением без уравнительного провода случайное изменение нагрузки у одного генератора машины, например у первого, и соответствующем уменьшении у другого, приведет к увеличению электродвижущей силы у первого генератора и снижению электродвижущей силы у второго. Это, в свою очередь, приведет к еще большей неравномерности распределения нагрузки и т. д. Введение уравнительного провода с малым сопротивлением, включенного между якорями машин и обмотками последовательного возбуждения, приводит к выравниванию нагрузки.
Если пренебречь сопротивлением уравнительного провода, то, благодаря одинаковому сопротивлению последовательных обмоток возбуждения, ток между ними распределится поровну и неравенство токов якорей генераторов никак не будет сказываться на токе последовательных обмоток. Таким образом, в этом случае генераторы можно рассматривать как генераторы с параллельным возбуждением, у которых, при изменении нагрузки, одинаково у обоих генераторов изменяется возбуждение.
Рис. 78. Схема параллельной работы двух генераторов постоянного тока со смешанным возбуждением
Естественно, при осуществлении параллельной работы генераторов со смешанным возбуждением необходимо соблюсти обязательное условие: сопротивление уравнительного соединения должно быть существенно меньше сопротивления последовательной обмотки самовозбуждения. В противном случае эффективность его может оказаться недостаточной, и устойчивой параллельной работы генераторов со смешанным возбуждением не удастся осуществить.
Рис. 79. Распределение нагрузки между параллельно включенным генератором (I) и аккумуляторной батареей (II)
На рис. 77 и 78 приведены схемы параллельной работы генераторов с параллельным и со смешанным возбуждением, включающие в себя приборы и аппараты, применяемые на практике. Как
известно из теории электрических машин, для осуществления параллельной работы генераторов постоянного тока необходимо иметь вольтметры, с помощью которых осуществляется включение генераторов параллельно друг другу, а во время работы каждого из них в отдельности или обоих вместе контролируется величина напряжения на шинах.
Для контроля за нагрузкой генераторов в цепь каждого генератора должен быть включен амперметр. Следует иметь в виду, что амперметры нельзя включать в цепи последовательных обмоток самовозбуждения, за уравнительными соединениями, так как они будут при таком включении показывать не токи якорей машин, а половину тока нагрузки, независимо от распределения ее между якорями.
Параллельное соединение генераторов осуществляется следующим образом. После пуска в ход первичного двигателя и прогрева его в режиме холостого хода, в соответствии с инструкцией по уходу за первичными двигателями, скорость первичного двигателя доводится до номинальной величины.
Регулятором возбуждения подключаемого генератора напряжение его доводится до величины, несколько большей напряжения на шинах. Включением автоматического выключателя подключаемого генератора генераторы соединяются параллельно.
Для увеличения нагрузки на подключаемом генераторе необходимо увеличивать его ток возбуждения, одновременно уменьшая ток возбуждения у работавшего генератора. Последнее необходимо для того, чтобы напряжение на шинах оставалось без изменения. Одно только увеличение тока возбуждения у подключаемого генератора также привело бы к увеличению его нагрузки и соответствующему снижению нагрузки у другого генератора, но сопровождалось бы повышением напряжения на шинах.
Перевод нагрузки с одного генератора на другой не следует производить быстро в нормальных условиях эксплуатации, так как при быстрой загрузке холодного первичного двигателя уменьшается срок его службы.
В тех случаях, когда параллельное включение генераторов производится впервые после монтажа электрической станции, для исключения возможности возникновения короткого замыкания, следует одним из известных методов, например посредством магнитоэлектрического вольтметра, проверить правильность соблюдения полярности каждого из генераторов.
Параллельная работа генераторов постоянного тока с аккумуляторными батареями, так же как и зарядка последних, возможна только при параллельном и независимом возбуждении генераторов. Если генератор имеет смешанное возбуждение, последовательная обмотка его должна быть выключена или зашунтирована на время параллельной работы с аккумуляторной батареей, что обычно предусматривается схемой.
На рис. 79 приведена диаграмма, соответствующая параллельной работе генератора с независимым возбуждением с аккумуляторной батареей. Если мощность батареи близка или больше мощности генератора, то характеристика (II) ее имеет меньший наклон, чем характеристика (I) генератора.
При таком сочетании характеристики колебания нагрузки воспринимаются аккумуляторной батареей и почти не отражаются на нагрузке генератора.
