Синхроскоп
В тока переменного системах электроснабжения синхроноскоп — это устройство, показывающее степень двух систем ( генераторов или энергосетей ) синхронизации друг с другом. [1]
Чтобы две электрические системы были синхронизированы, обе системы должны работать на одной и той же частоте , а угол фаз между системами должен быть нулевым (и две многофазные системы должны иметь одинаковую последовательность фаз ). Синхроскопы измеряют и отображают разность частот и фазовый угол между двумя энергосистемами. Только когда эти две величины равны нулю, можно безопасно соединить две системы вместе. Соединение двух несинхронизированных систем переменного тока может привести к протеканию больших токов, что приведет к серьезному повреждению любого оборудования, не защищенного предохранителями или автоматическими выключателями .
Принципы работы
[ редактировать ]Простейшим средством синхронизации генератора с другой системой являются лампы, подключенные между одинаковыми фазами двух систем; когда лампы не горят, напряжение и частота обеих систем одинаковы, и генератор можно подключить. Однако точность этого подхода невысока, поскольку трудно различить небольшие разности фаз, а лампы не показывают относительные скорости двух систем. Синхроскопы — это инструменты, которые показывают относительную разницу частоты (скорости) и фазовый угол между синхронизируемой машиной и напряжением системы.
Поскольку большинство синхроноскопов подключаются только к одной фазе двух систем, они не могут гарантировать правильную последовательность фаз. Когда генераторы вновь подключаются к энергосистеме или используются временные подключения, требуются другие средства, обеспечивающие одинаковую последовательность фаз в обеих системах. В некоторых генераторах используется как синхроноскоп, так и комплект из двух ламп. Если лампы мигают с нарушением последовательности, значит, чередование фаз неправильное.
Синхроскопы — это электродинамические инструменты, в которых для вращения указателя используется взаимодействие магнитных полей. В большинстве типов, в отличие от вольтметров и ваттметров , нет восстанавливающего крутящего момента пружины, который можно было бы преодолеть магнитным моментом; система указателей может постоянно вращаться. Синхроскопы имеют демпфирующую лопасть, сглаживающую вибрацию подвижной системы.
Поляризованно-лопастной синхроноскоп имеет обмотку возбуждения с фазосдвигающей сетью, предназначенную для создания вращающегося магнитного поля . Обмотки возбуждения подключаются к «входящей» машине. К «работающей» системе подключается однофазная поляризационная обмотка. Он установлен перпендикулярно обмотке возбуждения и создает магнитный поток, который проходит через движущиеся лопатки. Подвижные лопатки вращают вал, на котором по шкале перемещается указатель. Если частота источника, подключенного к обмотке поляризации, отличается от частоты источника, подключенного к обмотке возбуждения, указатель непрерывно вращается со скоростью, пропорциональной разнице частот системы ( частоте биений ). На шкале отмечено направление вращения, соответствующее тому, что «входящая» машина движется быстрее, чем «работающая» система. Когда частоты совпадают, движущиеся лопатки поворачиваются в положение, соответствующее разности фаз между двумя источниками. Затем можно отрегулировать скорость приближающейся машины так, чтобы две системы находились в согласовании по фазе.
В подвижном железном инструменте на валу вместе с указателем установлена железная лопасть. Обмотка возбуждения представляет собой трехфазную обмотку, фазы которой подключены как к рабочему, так и к входному источникам через фазосдвигающую «импедорную» сеть, содержащую резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. В этом приборе концептуально обмотка возбуждения создает два вращающихся магнитных поля из-за работающего и входящего источников. Железная лопасть движется в ответ на результирующую сумму двух полей.
Синхроскоп с перекрестной катушкой чем-то напоминает асинхронный двигатель с возбужденным полем. Двухфазная обмотка ротора соединена с входным источником машины фазосдвигающей сетью через щетки и контактные кольца. Стационарная обмотка возбуждения подключена к входному источнику. [2]
В синхроноскопе модели Уэстона движущийся элемент не может вращаться непрерывно и медленно колеблется вперед и назад, когда два источника приводятся в синхронизм. Подвижный указатель освещается контрольной лампой, подключенной к трехобмоточному трансформатору, питаемому от обоих источников. Указатель подсвечивается только при синфазном состоянии, тем самым различая синфазное состояние и смещение фазы на 180 градусов.
Во всех этих приборах используется однофазное подключение к работающей и входящей системам для упрощения электропроводки. В большинстве систем синхроноскопы подключаются через трансформаторы напряжения, чтобы снизить напряжение машины примерно до 120 вольт для работы инструментов. Синхроскопы работают только в ограниченном диапазоне частот, на несколько процентов выше и ниже номинальной частоты системы. Приборы с перекрестной катушкой потребляют относительно большое количество энергии от систем и предназначены только для кратковременной работы. Инструменты с подвижным электродом и поляризованными лопастями меньше нагружают систему и могут работать дольше без перегрева. [2]
Электронно-цифровые системы могут напрямую измерять и отображать разность фазовых углов. Дисплей может представлять собой кольцо отдельных светодиодов, расположенных так, чтобы имитировать эффект перемещения указателя по шкале, при этом светодиоды разного цвета указывают на состояние «синфазности». Эти приборы также могут иметь контакт реле для использования внешними цепями управления для индикации синхронизма.
Процесс синхронизации
[ редактировать ]Синхроскопы используются на любой электростанции, которая подключается к внешней электрической сети , а также на изолированных станциях, содержащих более одного генератора. Каждый генератор должен быть синхронизирован с другими перед подключением к технологической шине . Если напряжения в линиях при их подключении не равны, будет течь сильный ток, поскольку каждая линия будет пытаться уравнять другую, вызывая при этом повреждение.
Когда операторы электрического генератора желают подключить его к сети, они сначала запускают вращение генератора со скоростью, примерно равной частоте сети , к которой они планируют подключиться. Затем напряжение генератора согласовывается с напряжением сети путем регулировки тока возбуждения/якоря. Синхроскоп подключается к электросети и к запускаемому генератору.
Если генератор вращается с более низкой частотой, чем сеть, указатель синхроскопа постоянно вращается в направлении (обычно против часовой стрелки), отмеченном на циферблате «медленно» или «запаздывание», чтобы указать, что генератор работает медленнее или отстает от частоты сети. сетка. Если генератор работает быстрее, чем сеть, указатель постоянно вращается в противоположном направлении, отмеченном «быстро» или «опережающе». Затем оператор установки регулирует скорость генератора до тех пор, пока он не будет работать точно с той же скоростью (частотой), что и сеть. Когда частота генератора приближается к частоте сети, указатель синхроноскопа замедляется, а когда частоты совпадают, указатель перестает вращаться.
Затем необходимо выполнить еще одну задачу, прежде чем генератор можно будет подключить к сети. Хотя генератор и сеть теперь работают на одной и той же частоте, они не обязательно находятся в одном и том же положении в цикле вращения друг друга. Если две электрические сети, работающие под двумя разными фазовыми углами, соединить друг с другом, возникнет неисправность , аналогичная короткому замыканию , представляющая опасность повреждения генератора или другого оборудования.
Положение (в отличие от вращения) указателя на синхроноскопе указывает фазовый угол между двумя системами. Угол между системами равен нулю, когда указатель синхроноскопа находится прямо на линии между отметками «медленно» и «быстро» на циферблате. (В примере изображения в этой статье положение угла нулевой фазы находится прямо вверх, в положении «12 часов».)
Скорость первичного двигателя слегка регулируется в соответствии с показаниями указателя «медленно» или «быстро». Незадолго до того, как указатель достигнет нулевой отметки, оператор установки возвращает генератор на частоту сети, чтобы остановить стрелку при достижении ею нулевой отметки. Когда указатель находится на нуле и не движется, две системы синхронизированы.
После синхронизации двух систем их можно безопасно соединить. В зависимости от применения и конструкции схемы оператор замыкает выключатель, когда указатель синхроскопа проходит примерно через «11 часов», медленно перемещаясь в быстром направлении. Идея состоит в том, что при контакте прерывателя разность фаз будет близка к нулю (12 часов). Немного более высокая частота предназначена для предотвращения параллельного подключения генератора к сети в качестве нагрузки двигателя, что может привести к повреждению первичного двигателя ( паровой турбины или поршневого двигателя внутреннего сгорания). Машину можно защитить от этого явления с помощью отключения «обратной мощности».
На некоторых электростанциях между генератором и системными шинами (или между измерительными трансформаторами, подключенными к этим шинам) может быть подключен комплект ламп в качестве резерва для прибора синхроскопа. Лампы мигают из-за разницы между частотой системы и генератора. Лампы можно подключать так, чтобы они гасли, когда фазные напряжения одинаковы и синфазны. [1]
Многомоторные автомобили
[ редактировать ]Помимо синхронизации генераторов с энергосистемами, аналогичные приборы для индикации разности частот используются на многомоторных кораблях и самолетах, чтобы позволить операторам точно синхронизировать скорость двигателей. Это помогает снизить шум и вибрацию из-за небольших различий, например, в скорости вращения двух винтов самолета. В этом случае синхроноскоп реагирует на небольшие различия в скорости, которые не видны на тахометре двигателя .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Террелл Крофт, Уилфорд Саммерс (редактор), Справочник американских электриков, одиннадцатое издание , Mc Graw Hill, 1987 г. ISBN 0-07-013932-6 стр. 7–46–7–48.
- ^ Перейти обратно: а б General Electric Принципы конструкции и работы электрических приборов , Отдел электрических счетчиков и приборов General Electric, Вест-Линн, Массачусетс, 1949 г., глава 7