根据电机学理论可知,两台(或多台)同步发电机运行的条件为: (1)两台发电机的电压有效值相等;(2)频率相等; (3)电压相位相同; (4)相序一致。目前发电机并联采用自动并联方式已在广泛使用,但在较早的船舶上采用较多的还是动准同步法,目前也还在应用。
准同步法一般利用灯光作为同步指示器,常见的有灯光明暗法和灯光旋转法。灯光法是一种理想的整步法,但是它对并联条件逐一检查和调整,所以费时较多。
准同步并联运行方法优点是冲击电流小,对并联电机没什么影响。但是,中频发电机电压变化一个周期所需时间为0. 0025秒,变化时间短,手工操作几乎是不可能的,即使用计算机进行控制也不是件容易的事情,因为对于计算机来说在电压波形畸变条件下要进行非常准确的相位判断也是非常困难的。自同步是发电机并联运行经常遇到的,下面主要分析自同步法会对电机造成哪些影响。
自同步法是指满足同步发电机并联运行的理想条件(1)、(2)、(4)项后即可在任意时刻进行的并联方法,即在准同步法并联操作中灯泡没有完全熄灭的状态下就接通并联开关,从而在电压调节器的作用下达到并联的目的。
自同步法并联分析:采用自同步法并联的两台电机输电线路会产生很大的冲击电流,因为灯泡没有完冲击电流最大。因为投入并联时,电机的磁场轴线在空间的位置并不一定正好相同,并联发电机同名相电压的时相位也就可能不一样,即初相角不一定相同,电压的有效值虽然近于相等,但瞬时值就不一定相等,于是引起电流的冲击和相应的功率冲击。
这时电机中的过程与突然短路时的情况是相似的,由于①转子磁链要保持守恒,使纵轴电枢反应电的变化过程;②定子绕组的磁链也必须保持守恒,则使冲击电流中出现非周期分量,但由于定子漏抗较小,衰减极快,而且与并联瞬间有关。突然短路对电机影响是很大的。因为发电机突然短路会在电机内产生极大的电磁力,这种电磁力可能会扯断电机绕组的端部或将转轴扭弯,破坏电机电磁平衡,会对电机造成不良后果。现取二台空载隐极电机来进行一些分析:由于磁惯性,在并车初瞬间不管电压怎么降低,可以认为不变,至于因定子电流互感作用使磁电流突然增大的因数已自同步法能够在任意时刻并联,但是在采用自同步法并联电机时冲击电流变化很大,会对电机造成很大的危害,那么如何改进呢见3改进办法和实验。
为了减小冲击电流,将电抗器串接到线路中在串接电抗器后,它对环流能起到抑制、缓冲作用,能够减小瞬间冲击电流,起到保护发电机的作用。
在并联完成以后,就可以将电抗器断开,从而减小对电能的消耗。
在本实验中,发电机甲输电线路带60kW负载,发电机乙分别在下列三种情况下进行实验: (1)并联时不接电抗器; (2)并联时串接电抗器; (3)先串接电抗器,等并联成功后再断开电抗器。两台发电机都带有模电式自动电压调节器。试验采用型号为S16型光线记录示波器仪器拍出瞬时电流、电压波形,然后经过计算得出如下数据。
并联发电机输电线路串接电抗器以及在电抗器被切除后,并联瞬间发电机承受的冲击电流以及负载端的电压变化范围,比不接电抗器有大幅度的减小。这是因为电抗器抗值相对较大,约为发电机本身稳态电抗的10倍,并联后相当于增大了发电机回路的内阻抗,根据全电路欧姆定律,电流和阻抗成反比,回路中的冲击电流必将大大减小。又因为在与无刷发电机匹配的自动电压调节器的自动调压功能的作用下,能对发电机输出端电压进行有效的调节和控制,从而起到抑制负载端电压变化量的作用。
由于中频发电机频率高,电抗器需要较少的匝数就可得到较大的抗值,具有体积小、重量轻、携带方便等优点。同时,并联中频发电机串电抗器对环流能起到抑制、缓冲作用。因此串接电抗器是一个能改进中频无刷同步发电机并联性能的好办法。