Точная синхронизация с постоянными углом и временем опережения

Точная синхронизация с постоянными углом и временем опережения

Вначале рассмотрим ещё некоторые закономерности протекания процессов при синхронизации.

Напомним случай, когда Е=Е_г=Е_с, тогда          

Если Ес≠Ег, то    

I_УР.MAX – при δ=180⁰

;    

Если Е=Е₁=Е₂, то 

На осциллографе ΔЕ будет выглядеть в виде биений (изменение мгновенного значения ΔЕ):

        , где

Чем сильнее отличается частота вращения включаемого генератора от 50 Гц, тем меньше период биений Т_S. Например, при частоте вращения включаемого генератора 45 Гц, период биений равен 0.2 с, а при частоте 48 Гц – 0.5 с (f_S = f_C – f_Г = 1/T_S). Амплитуда напряжения биения составляет удвоенную номинальную величину, если точнее – (Е_С + Е_Г).

В построении синхронизаторов используют огибающую напряжения биения, которую называют :

 получается путём фильтрации высокочастотных составляющих ΔЕ и выпрямлением.

 является информативным параметром, т. к. по ней можно судить о моменте оптимума.

Идеальные условия включения генератора требуют равенства амплитуд ЭДС, частот вращения и совпадения ЭДС по фазе в момент включения выключателя. При этом генератор не испытывает динамических воздействий. На практике допускаются отклонения от идеальных условий, т.е. включение с некоторой ошибкой. Команда на включение выключателя должна подаваться с некоторым опережением, т.к. выключатель имеет собственное время включения. Отсюда исходит понятие угол опережения () – угол опережения, с которым связывается время опережения t_ОП, равное времени, за которое вектор Е_Г после подачи сигнала на включение повернётся до совпадения по фазе вектором Е_С.

Если время опережения равно времени включения выключателя, то включение происходит без угловой ошибки (δ_вкл = 0) при любом скольжении генератора              ω_S = ω_Г – ω_С. При синхронизации с постоянным углом опережения (СПУ) δ_ОП = const и включение с нулевой ошибкой δ_вкл = 0 возможно только при скольжении ω_S = δ_ОП/t_BВ (ускорение агрегата отсутствует), называемом ускорением точного включения. Но в реальности равномерного движения ротора не бывает, поэтому в настоящее время синхронизация с постоянным углом опережения не применяется, а применяется синхронизация с постоянным временем опережения (СПВО).

При синхронизации с постоянным временем опережения: поскольку время опережения постоянно (которое равно в основном времени включения выключателя), то при разных частотах вращения генератора (при разных скольжениях) угол опережения будет разным и может оказаться недопустимым по условиям обеспечения нормальной синхронизации.

В действительности за счёт разброса времени включения Δt_В выключателя и погрешностей устройств ТАС по углу Δδ_С и по времени Δt_С опережения возникает угловая погрешность, которая при совпадении знаков и Δδ_С равна δ_вкл = Δδ_С + ω_S (Δt_В + Δt_С ). Соответственно максимально допустимая угловая частота скольжения

После включения с угловой частотой скольжения и угловой ошибкой генератор в процессе возникающих качаний продолжает испытывать динамические воздействия, зависящие от угла вылета ротора и уже не являющиеся ударными. Требуемое сохранение динамической устойчивости после включения можно проверить по правилу площадей. При синхронизации генератора механическая прочность турбины близка к нулю, допустимый вылет ротора близок к π, площадка торможения велика и при небольшой частоте скольжения (менее 1 Гц) устойчивость обеспечивается с большим запасом. Расчёты показывают, что максимальное значение угла вылета ротора при этом не превышает π/3, коэффициент запаса по току k_I более 2, а кратность момента при качаниях всегда меньше кратности тока.

Принципы построения устройств точной синхронизации

Требования к устройствам:

·  Надёжность;

·  Точность задания угла (времени) опережения, в том числе и при неравенстве напряжений;

·  Отсутствие отказа в действии при неравенстве напряжений;

·  Обеспечение широкого диапазона скольжения без отказов действия и без появления погрешностей.

Полуавтоматический синхронизатор с постоянным углом опережения (КА-11/13)

Принцип, заложенный в этом приборе, используется при построении АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС) на линии с двухсторонним питанием.

Данный синхронизатор позволяет производить включение выключателя генератора с заданным постоянным углом опережения при условии, что ω_S<ω_SДОП. Команда на включение подаётся с заданным углом опережения момента оптимума, не зависящим от скольжения. Поэтому включение выключателя точно в момент оптимума происходит только при одном значении скольжения, которое и принимается за расчётное.

Постоянный угол опережения задаётся с помощью двух максимальных реле напряжения KV1 и KV2. Эти два реле совместно с реле времени КТ позволяют контролировать частоту скольжения. В момент максимума напряжения оба реле напряжения находятся в сработавшем состоянии, контакты KV1 разомкнуты, а контакты KV2 замкнуты. В точках «а» реле KV1 возвращается и при замыкании его контактов запитывается реле КТ. Если время между точками «а» и «б» больше контрольного (выставленного на КТ), то КТ замыкает свои контакты раньше, чем возвращается в исходное состояние KV2. При этом KL1 запитано, контакт KL1.1 замкнут, а KL1.2 – разомкнут. После замыкания контактов КТ запитывается KL2 и своим замыкающим контактом KL2.1 шунтирует контакт KL1.1. KL2.2 замыкается, готовя цепь включения выключателя. Но KL1.2 – разомкнут, следовательно, выключатель не включится.

Если скольжение равно расчётному, то контакты реле KV2 разомкнутся одновременно с замыканием контактов КТ (во время точки «б»). В этот момент KL1 обесточивается, и KL1.1 размыкается, а KL1.2 замыкается. Поскольку KL1.1 зашунтирован контактами KL2.1, то реле KL2 обтекается током, KL2.2 замкнуты и готова цепь включения выключателя.

Принцип контроля ω_S построен на измерении времени снижения напряжения биения от величины U_СР.KV1 до величины U_СР.KV2. t_К – контролируемое время (задаётся на КТ). Сигнал на включение выключателя подаётся в точке б.

Недостатки этого синхронизатора:

Т.к. , то при уменьшении ω_S будет увеличиваться t_ОП, следовательно контакты выключателя будут замыкаться не в 0, а в другие моменты.

Этот синхронизатор позволяет увеличить частоту скольжения при соблюдении условия, что I_ВКЛ < I_{МАХ.ДОП}:

Элементы этого синхронизатора используются при АПВ линий с двухсторонним питанием.

Синхронизатор с постоянным временем опережения

(АСТ-4, УБАС (устройство бесконтактное автоматической синхронизации))

АСТ-4 подаёт импульс на включение в период времени, когда векторы ЭДС синхронизируемой машины и системы сходятся, т.е. когда угол δ меняется от 270 до 360°. Момент подачи командного сигнала выбирается так чтобы было учтено время включения выключателя, т.е. чтобы замыкание контактов выключателя произошло при угле, близком к 360°. В этом случае избыточный момент на валу генератора мал и он втягивается в синхронизм сразу без качаний и тем более без перехода в асинхронный режим. Если время включения выключателя от момента подачи команды на включение постоянно, то синхронизатор должен подать командный импульс на время опережения раньше, равного времени включения выключателя.

В АСТ-4 время опережения постоянно, а угол опережения естественно, должен зависеть от частоты скольжения. В этом синхронизаторе разброс времени опережения не превышает 3° в диапазоне разности частот от f_S = 0.25 Гц до f_S = 0.04 Гц.

Этот синхронизатор более совершенен, т.к. δ_ОП будет зависеть от ω_S (пропорционально).

          δ_ОШ – ошибка.

          . Если t_В.В.=t_ОП, то δ_ОШ→0

          В действительности: , где Δt_СА – время синхронизатора.

          Этот синхронизатор будет иметь больше максимальных допустимых значений скоростей.

          При заданном t_ОП исходной предпосылкой является неизменность ω_S. В реальных условиях неизменным можно считать а_S – ускорение скольжения.

Структурная схема АСТ-4

          БВО – блок задания времени опережения.

          УКС – устройство контроля скольжения.

          УКН – устройство контроля напряжения.