Автоматическое распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами

При параллельной работе генераторов переменного тока возникает необходимость в распределении активной и реактивной нагрузок между ними. Реактивная нагрузка распределяется изменением э. д. с. путем воздействия на возбуждение генераторов, активная — изменением вращающего момента за счет изменения подачи топлива (пара) в первичные двигатели. Следовательно, распределение реактивной нагрузки выполняется регуляторами напряжения, а активной — регуляторами частоты вращения.

В настоящее время имеется несколько методов распределения активной нагрузки между параллельно работающими генераторами. В судовых электростанциях используют: метод статических характеристик, метод ведущего генератора и метод смещения статических характеристик; иногда эти методы используют совместно.

Метод статических характеристик применим тогда, когда все генераторные агрегаты снабжены регуляторами частоты вращения со статическими характеристиками.

Конструкция и эксплуатация главных электрических машин на судне

Главные генераторы и ГЭД, как и все электрооборудование морского исполнения, должны надежно работать в условиях постоянной вибрации корпуса и частых сотрясений при ударах о лед, повышенной температуры и влажности окружающего воздуха, длительной качки судна, крена и дифферента. Значения этих величин, характеризующих условия работы электрооборудования на судах, установлены Правилами Регистра. Исполнение корпуса главных электрических машин должно обеспечивать надежную работу при наличии в окружающем воздухе паров воды, масла и топлива, а также при попадании на корпус брызг.

Главные генераторы постоянного тока в большинстве своем создаются на базе машин серийного исполнения, так как подобные дизель-генераторы устанавливаются на тепловозах. Морское исполнение предусматривает некоторые конструктивные изменения и снижение номинальной мощности для увеличения срока службы.

Сердечники якоря и главных полюсов изготавливают из листовой электротехнической стали, сердечники дополнительных полюсов — из литой стали. На главных полюсах размещается независимая обмотка, которая получает питание от возбудителя. В некоторых случаях на главных полюсах находится размагничивающая обмотка, включенная последовательно с обмоткой якоря.

Синтез комбинированной системы автоматического регулирования напряжения генератора постоянного тока

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ  РАБОТА по дисциплине:

МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ

ТЕМА: Синтез комбинированной системы автоматического регулирования напряжения генератора постоянного тока

Комбинированная САР напряжения ГПТ. В комбинированной САР напряжения генератора постоянного тока возмущающим воздействием является изменение тока нагрузки. В канале по возмущению использовать датчик тока нагрузки.

Содержание

Введение

1. Получение условий инвариантности САР работающей по комбинированому принципу

2. Получение условий оптимальности САР работающей по комбинированому принципу

3. Разработка принципиальной схемы САР с учетом условий инвариантности и оптимальности

Заключение

Список использованной литературы

Параллельная работа судовых генераторов. Главное условие включения генераторов переменного тока на параллельную работу

На судах обычно применяют параллельную работу генераторов, которая может быть продолжительной или кратковременной. При продолжительной параллельной работе генераторы работают в течение времени, требуемого эксплуатационными условиями. Кратковременная параллельная работа генераторов предусматривается на время перевода нагрузки с одного генераторного агрегата на другой.

Параллельная работа генераторов по сравнению с раздельной имеет целый ряд преимуществ: обеспечивается оптимальная загрузка электростанции, так как дополнительные генераторы включают только тогда, когда этого требуют эксплуатационные условия; нагрузка с одного генератора на другой переводится без перерыва питания; обеспечивается возможность пуска мощных двигателей при допустимых значениях провала напряжения; имеется возможность снизить расход топлива за счет лучшего использования мощности генераторных агрегатов; обеспечивается бесперебойное электроснабжение потребителей в случае выхода из строя одного из генераторов и другие.

Выбор генераторов судовой электростанции (формулы, графики, таблицы)

При проектировании электростанций современных судов одной из основных задач является правильный выбор количества и мощности генераторов.

При завышении мощности судовой электростанции увеличиваются ее стоимость, масса, расход топлива и занимаемая площадь.

Занижение мощности электростанции создает эксплуатационные трудности в обеспечении потребителей электроэнергией и может привести к аварийной ситуации. Поэтому число и мощность генераторных агрегатов электростанции должно быть таким, чтобы они при полной загрузке обеспечивали потребителей электроэнергией во всех режимах работы судна с высокой надежностью и экономической эффективностью.

Наглядное представление о характере изменения загрузки электростанции дают графики нагрузки, представляющие собой диаграммы изменения нагрузки во времени. Различают суточные, рейсовые и годовые графики нагрузки. Если графики показывают изменение нагрузки на выводах потребителей, то их называют графиками нагрузок потребителей. Кроме того, для электростанций на переменном токе различают графики активной реактивной нагрузок.

Что такое валогенератор? Генераторы отбора мощности

На судах морского, речного и особенно промыслового флота получили распространение электрогенерирующие установки, использующие энергию главного двигателя, которые разделяются на:

• установки непосредственного отбора мощности (валогенераторы);
• установки утилизации энергии выхлопных газов (утилизационные турбогенераторы);
• комбинированные установки, включающие в себя утилизацию энергии выхлопных газов и непосредственный отбор мощности.

Наиболее характерными режимами эксплуатации большинства типов судов являются полные и средние ходы, при которых резерв мощности на гребном валу составляет 10—15% номинальной мощности главного двигателя. В то же время опыт эксплуатации показывает, что потребная мощность электростанции в ходовом режиме работы судна обычно не превышает 10% мощности главного двигателя. Поэтому имеется реальная возможность в ходовом режиме судна отказаться от работы основных генераторов с автономным приводом и установить генераторы с приводом от гребного вала.

Установка на судах валогенераторов с целью использования главного двигателя как единого источника энергии обусловлена целым рядом преимуществ, а именно: 

• облегчаются автоматизация, обслуживание и эксплуатация электростанции;
• снижается шум в машинном отделении; повышается экономичность работы энергетической установки; увеличивается межремонтный период и т. д.

Использование валогенераторов приводит к снижению стоимости электроэнергии, вырабатываемой судовой электростанцией.

Системы управления судовыми дизель-генераторами

В работе судовых электростанций автоматические системы управления дизель-генераторами обеспечивают пуск:

• одного из основных дизель-генераторов в случае увеличения нагрузки свыше 80 % мощности работающего генератора;
• основного дизель-генератора и перевод на него нагрузки с валогенератора во время маневровых режимов работы судна, когда значительно изменяются напряжение и частота тока на шинах ГЭРЩ; 
• одного резервного дизель-генератора;
• аварийного дизель-генератора при чрезмерном понижении или исчезновении напряжения на шинах основной станции. Время запуска при этом не должно превышать 15 с.

Система автоматического пуска аварийного дизель-генератора обеспечивает его запуск в случае уменьшения напряжения или частоты сети ниже допустимых значений, а также при выходе из строя второго (работающего) дизель-генератора.

Портативные бензиновые и дизельные генераторы. Их достоинства и недостатки

Портативными или переносными называются генераторы, которые можно легко переносить или перевозить, например, в багажнике автомобиля. Обычно их берут с собой в походы, на рыбалку или на дачу. Они отличаются небольшими габаритами, лёгкостью эксплуатации, имеют вес, который под силу поднять обычному человеку.

Если вы решили приобрести генератор, то, прежде всего, установите какой он должен быть мощности. Для этого определите приборы, которые вам нужно будет подключать к генератору одновременно. Сложите мощности тех из них, которые имеют электродвигатель (холодильник, вентилятор, насос и т. д.) и умножьте результат суммирования на три, прибавьте к полученной величине мощности остальных приборов, планируемых к подключению. Так вы получите минимальную мощность генератора. Желательно купить аппарат с «запасом», процентов на тридцать мощнее.

Причины отклонения напряжения генераторов и требования к его стабилизации

Совершенно очевидно, что для нормальной работы судовых потребителей электроэнергии необходимо обеспечить неизменность напряжения работающих генераторов СЭС, т. е. обеспечить стабильность его на шинах ГРЩ. Но в силу ряда причин напряжение генератора имеет тенденцию к изменению.

Рассмотрим более подробно причины, влияющие на изменение напряжения синхронного генератора переменного тока. Источником э. д. с. синхронного генератора является его трехфазная обмотка, неподвижно лежащая на статоре. Во время работы она через шины ГРЩ соединена с потребителями электроэнергии, причем это соединение параллельное. Для упрощенной схемы СЭС, представленной на рис. 1, величину тока одной фазы генератора можно выразить суммой токов одноименных фаз всех включенных на шины потребителей:

Чем больше потребителей включено на шины ГРЩ, тем больше ток статорной обмотки генератора:

Ток I_г статорной обмотки создает магнитный поток статора (реакция статора), который уменьшает магнитный поток вращающегося ротора.

Тепловые источники электроэнергии на судах

В недалеком будущем на судах могут найти применение новые источники электроэнергии, которые осуществляют непосредственное превращение тепловой или химической энергии в электрическую. Наиболее перспективными из них могут быть генераторы: химические (топливные элементы), термоэлектрические (ТЭГ), термоэмиссионные (ТЭМГ), магнитогидродинамические (МГД-генераторы).

В топливных элементах происходит электрохимическое или холодное сжигание топлива и отсутствуют потери, неизбежные в тепловых двигателях. К. п. д. топливного элемента не зависит от его мощности.

Существуют элементы газовые топливные, твердотопливные и жидкотопливные, элементы с электролитами расплавленными и твердыми.

Сварочные генераторы

Сварочные генераторы представляют собой аппараты постоянного тока с крутопадающей внешней характеристикой. Для возможности ведения электродуговой сварки сварочные генераторы должны выдерживать ток короткого замыкания и поддерживать устойчивое горение электрической дуги.

В зависимости от системы возбуждения различают сварочные генераторы с размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения, с расщепленными полюсами и с поперечным полем. Промышленность выпускает сварочные генераторы с пределами регулирования сварочного тока от 80 до 1000 А при напряжениях холостого хода 60—65 и полной нагрузки 30—35 В. В качестве примера рассмотрим сварочный генератор с расщепленными полюсами типа СГ-300-М.

Управление рулевым электроприводом по системе генератор—двигатель

На морских судах применяются два вида электроприводов рулей: электрический с механической передачей и электрогидравлический.

В электрическом приводе одной из частей механической передачи обычно служит зубчатый сектор, закрепляемый при помощи румпеля и буферных пружин на баллере руля. Червяк, скрепленный с валом электродвигателя муфтой, передает вращение вала зубчатому сектору при помощи колеса червячного зацепления.

Гидравлическая система электрогидравлического привода состоит из гидравлической машины, воздействующей плунжерами (поршнями) непосредственно на румпель руля и приводимой в движение насосом (или двумя насосами), который вращается электродвигателем. Различают электрогидравлические приводы с постоянным вращением приводного электродвигателя и с прерывистым вращением.

Для электрических рулевых приводов применяются системы управления: а) генератор — двигатель и б) контакторная.

Различают простую систему управления генератор — двигатель и систему управления следящего действия. При простой системе управления положение штурвала или рукоятки поста управления не определяет положения пера руля, поэтому обязательно приходится применять дополнительно указатели положения руля (аксиометры).

С применением системы управления следящего действия положение штурвала поста управления всегда определяет положение руля, т. е. по положению штурвала можно точно судить о положении руля.

Схема управления системой генератор — двигатель

Cистема управления "генератор — двигатель" применяется в тех случаях, когда требуется очень широкая и плавная регулировка скорости электродвигателя (например, для электродвигателей рулевых приводов).

Рис. 1. Схема управления системой генератор — двигатель

Схема управления системой генератор — двигатель показана на рис. 1. На этом рисунке приняты следующие обозначения:

Д1 — двигатель параллельного возбуждения, которым приводится в движение генератор Г;
Д2 — электродвигатель независимого возбуждения для привода механизма (мы будем дальше называть его рабочим электродвигателем);
П — пост управления, служащий для изменения величины и направления тока в обмотке возбуждения генератора Г;
R — пусковой реостат двигателя Д1;
R1 и R2 — реостаты на посту управления;
НОГ — независимая обмотка возбуждения генератора Г;
НОД — независимая обмотка возбуждения двигателя Д2.

Синхронизация генераторов

В предыдущей статье были определены условия, необходимые для синхронизации генераторов. Разберем, какими средствами осуществляется выполнение этих условий.

Порядок чередования фаз обмоток статора проверяется при монтаже генераторов и их первоначальном подключении к шинам главного распределительного щита (так называемая «фазировка»); Все остальные условия надо контролировать при каждом включении генераторов на параллельную работу.

Совпадение напряжений подключаемого генератора и на шинах щита проверяется по вольтметру и достигается регулировкой возбуждения генератора. Эту проверку рекомендуется производить с помощью одного вольтметра, подключаемого через переключатель поочередно к генератору или к шинам щита.

Совпадение частот контролируется по частотомеру и осуществляется регулировкой скорости вращения первичного двигателя. Регулировка производится с главного распределительного щита посредством органов дистанционного управления подачей топлива или пара. Для удобства сравнения частот обычно применяется сдвоенный частотомер, имеющий две шкалы, расположенные непосредственно одна под другой. Одна из этих шкал включена на генератор, а вторая — на шины щита.

Параллельная работа генераторов переменного тока

Параллельная работа генераторов переменного тока требует соблюдения более сложных условий, чем параллельная работа генераторов постоянного тока.

Для включения синхронного генератора параллельно с другим необходимо:

1) равенство напряжений работающего и подключаемого генераторов;
2) равенство их частот;
3) совпадение порядка чередования фаз;
4) равенство углов сдвига между э. д. с. каждого генератора и напряжением на шинах.

Последнее условие сводится к геометрически одинаковому наложению роторов генераторов относительно обмоток своих статоров.

Процесс приведения генераторов в такое состояние, при котором все перечисленные условия будут выполнены, называется синхронизацией генераторов.

Если генераторы синхронизированы, то включение их на параллельную работу протекает спокойно, без появления в системе каких-либо дополнительных толчков тока. Если хотя бы одно из условий не выдержано, то между генераторами появляются значительные уравнительные токи, которые не позволяют осуществить параллельную работу генераторов, а в некоторых случаях могут даже вызвать их повреждение.

Параллельная работа генераторов постоянного тока

Для параллельной работы генераторов постоянного тока необходимо, чтобы к каждой распределительной (или сборной) шине были подключены зажимы генераторов одинаковой полярности.

Кроме этого, электродвижущие силы параллельно включаемых генераторов должны быть одинаковыми. Напряжение на зажимах генератора U связано с его электродвижущей силой Е равенством: U = Е — Iяrя. Из этого равенства следует, что генератор отдает во внешнюю цепь ток Iя = (E - U)/rя.

Очевидно, что генератор может давать ток во внешнюю цепь только тогда, когда Е будет больше U. Поэтому при включении генератора для параллельной работы с уже работающими на сборные шины другими генераторами необходимо, чтобы электродвижущая сила Е включаемого генератора была больше напряжения U на сборных шинах. Если электродвижущая сила генератора не превышает напряжения на сборных шинах, а равна ему, то отдавать ток во внешнюю цепь генератор не будет (U = Е, Е — U = 0 и, следовательно, Iя = 0).

Управление генераторами судовых электростанций

Рассмотрим упрощенную схему электрических соединений генератора параллельного возбуждения.

На рис. 1 приняты следующие обозначения:
Г— якорь генератора с двумя щетками и зажимами-полюсами (+) и ( —);
ОВ — обмотка возбуждения; Н — ее начало, К — конец;
ШР — регулировочный реостат с рукояткой Р, вращающейся на оси и скользящей по рабочим контактам, соединенным между собой спиралями из проволоки с большим удельным сопротивлением;

Рис.1. Простая схема электрических соединений генератора параллельного возбуждения

ГП - главные предохранители;
ГР - главный рубильник;
А - амперметр;
СШ — сборные шины: положительная (+) и отрицательная (—);
V — вольтметр.

Генератор Г приводится в движение каким-либо первичным двигателем. Вырабатываемая генератором электроэнергия подается обычно не прямо к тем или иным приемникам ее, а сначала на так называемые сборные шины — две толстые медные полосы прямоугольного сечения, к одной из которых присоединяют положительный, а к другой отрицательный зажимы генератора. Это присоединение осуществляется через главные предохранители ГП, защищающие генератор от перегрузки, и через главный двухполюсный рубильник ГР, позволяющий включать и отключать генератор по мере надобности.

Классификация судовых электростанций

Питание электроэнергией всех судовых установок осуществляется электрическими станциями постоянного или переменного тока.

По своему назначению судовые электрические станции можно подразделить на станции, служащие: а) преимущественно для освещения; б) для освещения и обеспечения работы вспомогательных механизмов.

На тех судах, где электрическая энергия применяется преимущественно для освещения (вспомогательные механизмы не электрифицированы), электрические станции имеют сравнительно небольшую мощность, порядка нескольких десятков киловатт. На судах с электрифицированными вспомогательными механизмами мощность электрических станций достигает иногда нескольких тысяч киловатт.

Судовые электроустановки строят в соответствии с правилами Регистра. Согласно этим правилам на морских судах разрешается применять и постоянный, и переменный ток.

Для силовых сетей правилами Регистра допускается применение напряжения до 380 в при переменном токе и до 220 при постоянном. Для сетей освещения независимо от рода тока применяется напряжение 220 или 110/127 в.

Система генератор - двигатель

Для широкого и плавного регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока применяется система генератор — двигатель (Г — Д). Основной принцип этой системы заключается в изменении приложенного к якорю двигателя напряжения при неизменном напряжении цепи возбуждения.

Система Г—Д (рис. 1) состоит из двигателя постоянного тока с независимым возбуждением М2, непосредственно связанного с рабочим механизмом (исполнительный двигатель). Он питается электрической энергией от генератора G, приводимого во вращение двигателем M1. Обмотки возбуждения генератора LG и двигателя LM2 получают питание от независимого источника постоянного тока с неизменным напряжением.

Первичный двигатель M1, вращающий якорь генератора G, представляет собой механический или электрический двигатель, причем приводимый им генератор не требует ни реверсирования, ни регулирования частоты вращения.

Основным требованием, предъявляемым к первичному двигателю, является жесткость его механической характеристики, поэтому механические двигатели снабжают всережимными регуляторами частоты вращения, а электрические выбирают с жесткой характеристикой. Итак, первичный двигатель вращается с n = const и не реверсируется

Исполнительный двигатель управляется изменением значения и направления тока в обмотках возбуждения LG и LM2.

Принцип действия и устройство генераторов постоянного тока

Работа генератора постоянного тока основана на законе электромагнитной индукции.

Рис. 1. Вращение в магнитном поле рамки

Рассмотрим рис. 1. При вращении в магнитном поле рамки, концы которой присоединены к двум полукольцам, вращающимся вместе с рамкой, в последней возникает переменная электродвижущая сила. Как уже известно, эта э. д. с. изменяется по синусоиде и зависит от положения, занимаемого проводниками а и б в магнитном поле.

Наибольшая э. д. с. возникает в тот момент, когда проводник находится на оси полюсов N и S. В момент расположения проводников в плоскости, перпендикулярной оси полюсов, э. д. с. равна нулю — проводники находятся на нейтральной линии.