В отличие от генераторов постоянного тока синхронные генераторы параллельно могут работать лишь при одинаковых угловых скоростях их роторов, т. е. при синхронном вращении. Выполнение операций по включению на параллельную работу синхронных генераторов называется синхронизацией.

На судах применяются три метода синхронизации синхронных генераторов: точная синхронизация, самосинхронизация и грубая синхронизация. Рассмотрим эти методы подробно.

Точная синхронизация. Для включения на параллельную работу двух синхронных генераторов или генератора с сетью методом точной синхронизации необходимы следующие условия:
1) равенство э. д. с. включаемого генератора и напряжения сети:
2) равенство частот генератора и сети;
3) нахождение в противофазе векторов э. д. с. генератора Ег и напряжения сети Uc в момент включения;
4) одинаковый порядок следования фаз генератора и сети.

Рис. 1. Внешние характеристики параллельно работающих генераторов постоянного тока.

Выполнение первого условия осуществляется регулированием тока возбуждения включаемого генератора и проверяется по вольтметру.

Неравенство э. д. с. генератора и напряжения сети вызывает появление разностной э. д. с., создающей в цепи статоров подключаемого и работающих генераторов ток, который ввиду индуктивного характера сопротивлений обмоток генераторов отстает от А£^ на 90°. Таким образом, ток является практически индуктивным для генератора с большей э. д. с. и, создавая размагничивающую реакцию статора, уменьшает его э. д. с. Для генераторов с меньшей э. д. с. этот ток является емкостным и, создавая намагничивающую реакцию статора, увеличивает их э. д. с. и напряжение Uc. Ток, вызванный разностью напряжений, называется уравнительным. Его реактивный характер является причиной того, что он не создает дополнительных нагрузок на первичные двигатели. Однако большие по величине уравнительные токи могут вызвать опасные динамические усилия в обмотках генераторов и их перегрев. Поэтому на практике не допускается разность напряжений, превышающая 6—8% номинального напряжения.

Выполнение второго и третьего условий синхронизации осуществляется регулированием угловой скорости первичного двигателя подключаемого генератора путем изменения подачи рабочего тела в двигатель.

Известно, что положение ротора синхронного генератора в каждый момент времени может быть определено вектором э. д. с. Если вектор э. д. с. работающего генератора Е2 полагать неподвижным, то вектор э. д. с. подключаемого генератора Ех будет вращаться вокруг него а угловой скоростью Асо. Угол смещения 0 векторов э. д. с.

Рис. 2. Векторные диаграммы точной синхронизации генераторов

Если при значительной разности частот все же включить генераторы на параллельную работу, то в их обмотках возникнет ток биения, который будет индуктивным относительно напряжения биения и практически активным по отношению э. д. с. генераторов. Изменяясь с изменением U^, ток биения будет создавать периодически меняющуюся активную нагрузку (биения) на подключаемый и работающие генераторы и их приводные двигатели. В результате этого подключаемый генератор в синхронизм не войдет, а работающие генераторы из синхронизма

выпадут. Потребители электроэнергии могут отключиться от ГРЩ из-за недопустимого провала напряжения. Поэтому уравнивание частот является одной из наиболее ответственных операций синхронизации и требует соответствующей квалификации и навыка обслуживающего персонала.

При синхронизации контроль разности частот осуществляется с помощью ламповых и стрелочных синхроноскопов. В настоящее время на судах наибольшее распространение получили стрелочные синхроноскопы, представляющие собой сельсин с трехфазной обмоткой на статоре и однофазной — на роторе. Через добавочные сопротивления ДС трехфазная обмотка присоединяется к подключаемому генератору, а однофазная — к работающему (к шинам ГРЩ). Взаимодействие магнитных полей обмоток вызывает вращение ротора и стрелки сельсина с угловой скоростью, пропорциональной разности частот, причем вращение в направлении «Быстро» указывает на то, что частота подключаемого генератора выше частоты сети и требуется воздействие на серводвигатель с целью уменьшения подачи топлива (или пара) в первичный двигатель. При медленном вращении в момент подхода стрелки к нулевой отметке следует включить автомат А.

Выполнение четвертого условия синхронизации проверяется только после монтажа установки.

Точная синхронизация представляет собой сложный и длительный процесс, который в аварийных ситуациях может вызвать увеличение перерыва в подаче энергии потребителям.

Допущенные при включении на параллельную работу синхронных генераторов ошибки, как было показано выше, могут привести к тяжелым последствиям. Поэтому в настоящее время существует ряд схем, позволяющих автоматизировать процесс точной синхронизации.

Рис. 3. Схема включения стрелочного синхроноскопа.

Самосинхронизация. Способ самосинхронизации является более простым, исключает возможность несинхронных включений и требует меньше времени для осуществления. Он заключается в том, что невозбужденный синхронный генератор разгоняется первичным двигателем до угловой скорости, на 2—3% отличающейся от синхронной. При этом статор генератора подключается к сети, а обмотка возбуждения — к источнику постоянного тока (возбудителю). До подачи напряжения обмотка возбуждения замкнута на сопротивление во избежание перенапряжений, опасных для витко-вой изоляции.

Генератор втягивается в синхронизм под действием реактивного, асинхронного и синхронного моментов, возникающих в генераторе. Реактивный момент возникает в генераторах с явно-полюсным ротором, который увлекается вращающимся полем статора. Включенный в сеть невозбужденный синхронный генератор представляет собой асинхронную машину со скольжением, уменьшающимся под действием асинхронного момента. Если скорость вращения синхронизируемого генератора больше скорости работающих генераторов, то он оказывается в режиме асинхронного генератора и развивает момент, затормаживающий первичный двигатель до синхронной скорости генератора. Если угловая скорость синхронизируемого генератора меньше угловой скорости работающих генераторов, то он работает в режиме асинхронного двигателя и развивает вращающий момент, ускоряющий первичный двигатель до синхронной скорости. По мере уменьшения скольжения уменьшается и асинхронный момент. В этих условиях (если возбуждение уже включено) основным синхронизирующим моментом становится синхронный момент генератора.

Включение невозбужденного синхронного генератора происходит аналогично включению асинхронного короткозамкнутого двигателя и также сопровождается бросками тока статора, равными (5—7)/ном и значительными провалами напряжения в сети. Однако броски тока и провалы напряжения восстанавливаются в течение первой секунды и поэтому не нарушают синхронизации и не оказывают значительного вредного воздействия на работу электроэнергетической системы.

В настоящее время разработан ряд схем самосинхронизации, основанных на применении реле разности частот и обеспечивающих различную степень автоматизации процесса. Однако невозможность синхронизации генератора, работающего под нагрузкой, а также указанные выше недостатки ограничивают применение метода самосинхронизации.

Грубая синхронизация. Грубой синхронизацией называется включение синхронного генератора на параллельную работу без соблюдения условий точной синхронизации, т. е. допускается разность частот синхронизируемых генераторов до 3—4% и практически любое несовпадение фаз и различие напряжений. Поэтому такое включение всегда сопровождается «толчком тока и провалом напряжения. Чтобы уменьшить их, включение производят через реактор, который после синхронизации шунтируется или отключается.

Одна из схем грубой синхронизации представлена на рис. 4. После пуска первичного двигателя, достижения им номинальной скорости вращения и готовности к приему нагрузки замыкается контакт КР1 (или КР2) контактора реактора, включая синхронизируемый генератор на шины ГРЩ через реактор Р.

Рис. 4. Схема грубой синхрониза ции синхронных генераторов.

В зависимости от характера выполняемых операций все три вида синхронизации подразделяются на ручную, полуавтоматическую и автоматическую. При ручной синхронизации все операции по выполнению условий синхронизации и включению генератора на шины ГРЩ выполняются обслуживающим персоналом вручную. Полуавтоматическая синхронизация предусматривает такой процесс, в котором оператор подготавливает условия для включения генератора на параллельную работу, а элементы схемы (реле и др.) улавливают момент и производят включение генератора на шины. При автоматической синхронизации подгонка частоты, включение генератора и распределение нагрузки выполняется автоматически без непосредственного вмешательства оператора.