для чего нужен синхроноскоп
Синхроскоп
Тот, кто работал с генераторами, рано или поздно сталкивался с ситуацией, когда необходимо запустить два генератора в параллельную работу или один из генераторов подключить к рабочей сети. При этом возникает одна неприятная ситуация. Напряжение в нашей сети переменное и меняет свое значение 100 раз в секунду с плюса на минус и наоборот. Человек не способен делать что либо с такой скоростью, да и не каждый прибор способен работать с такой скоростью ибо обладают большой инертностью, а те, что способны (например, осциллографы) не всегда удобны для этой цели. Вот и придумали для этой цели прибор под названием синхроскоп. В одной из статей мы рассматривали прибор под названием фазометр. Синхроскоп очень сильно на него похож. Те же три обмотки, одна неподвижная, две подвижных, расположены под углом 120 градусов относительно друг друга.
Схема включения следующая:
Как видим, у нас есть генератор «G», который мы хотим включить в сеть и сама сеть. При таком включении при полной синхронизации стрелка прибора окажется на нуле, или на нашем приборе в верхнем положении. Надписи «быстрее» или «медленнее» означают, что надо сделать с генератором, чтобы синхронизировать его: ускорить или замедлить.
Но есть способ, которым можно воспользоваться, не имея на руках сложного прибора, и называется этот способ — ламповый синхроскоп.
Ламповый синхроскоп
На самом деле это даже сложно назвать прибором. Для того, чтобы его собрать, вам потребуется три лампочки, три патрона и шесть проводов. В этом способе применяется два варианта включения синхроскопа:
Как видно из схемы, отличия небольшие. В первой схеме провода от ламп включаются на одноименные фазы, в другой – провода первой лампы остаются на своей фазе, а вторая и третья на генераторе подключаются на разноименные фазы.
Принцип действия синхроскопа
Он очень прост. Как только частота вращения генератора, который мы включаем в параллельную работу, совпадет с частотой сети — это будет означать, что они работают синхронно. Как мы знаем, электрический ток возникает только при разности потенциалов, то есть разности напряжений между двумя точками, а поскольку генератор и сеть работают синхронно, то разность потенциалов относительно земли будет меняться 100 раз в секунду с плюса на минус, но разность потенциалов между двумя одноименными фазами в любой момент времени будет равна нулю, ведь они работают синхронно. Предположим, что на генераторе напряжение будет относительно земли 100 вольт, но и в сети будут те же самые 100 вольт, а значит, несмотря на то, что напряжение есть, но оно одинаково, если эти два провода соединить, ток между ними не потечет. По этому принципу работает ламповый синхроскоп.
В первой схеме лампового синхроскопа возможны два варианта:
Во второй схеме тоже возможны два варианта:
Если говорить о ламповом синхроскопе и способах его включения, то предпочтение стоит отдать второй схеме. По ней можно определить опережает или отстает генератор, в отличие от первой, где мы можем наблюдать только угасание или накал ламп, во второй мы увидим что-то вроде бегущего огня либо слева направо, либо справа налево и по нему будет понятно, что делать дальше. Вот, в общем-то, и все на сегодня. Всего вам самого наилучшего.
Фазометры и синхроноскопы
Фазометры используются для определения угла сдвига фаз, например, переменного тока по отношению к вызывающему его напряжению.
К неподвижной части измерительного механизма фазометра относятся три катушки, две из которых 1 и 2 имеют вид рамок. Они сдвинуты одна относительно другой на угол 120° (рис. 1, а). Катушка 3 цилиндрической формы расположена внутри катушек 1 и 2 соосно с подвижной частью.
Подвижная часть образуется осью 4, к концам которой прикреплены сердечники 5 в виде тонких пластин, сдвинутых один относительно другого на 180° и называемых лепестками. Ось и лепестки выполнены из магнитно-мягкого материала и образуют Z-образную конструкцию (рис. 1, б). Измерительный механизм не имеет противодействующего момента, создаваемого пружиной, поэтому рассматриваемый прибор можно отнести к логометрам.
Так как сопротивление резистора R д велико по сравнению с реактивным сопротивлением катушки 3, ток I 3 совпадает по фазе с линейным напряжением. Катушка 3 в результате синусоидального изменения тока создает пульсирующий магнитный поток Ф3, близкий к синусоидальному. Ось симметрии этого потока неподвижна в пространстве и всегда совпадает с осью подвижной части механизма. Поток Ф3 замыкается по оси 4 подвижной части, лепесткам и неподвижному наружному магнитопроводу цилиндрической формы.
Рис. 1. Измерительный механизм логометра электромагнитной системы с Z- образным сердечником
Рис. 2. Схема включения фазометра электромагнитной системы
Потоки Ф12 и Ф3, замыкающиеся в разных плоскостях, намагничивают подвижную часть измерительного механизма. Так как значение потока Ф12 постоянно, намагниченность оси и лепестков достигает наибольшего значения в момент прохождения потока Ф3 через наибольшее значение. Подвижная часть благодаря действию сил инерции устанавливается неподвижно в положении, соответствующем ее наибольшей намагниченности, т. е. положению вращающего потока Ф12 в момент достижения потоком Ф3 наибольшего значения.
Следует иметь в виду, что положение вращающегося потока относительно неподвижной части прибора в момент прохождения потока Ф3 и тока I 3 через амплитудное значение зависит от угла φ сдвига между током и напряжением нагрузки. Учитывая это, положение, занимаемое подвижной частью (а следовательно, и указателем прибора) по отношению к шкале, т. е. угол а, характеризует сдвиг фаз между током и напряжением нагрузки.
Рис. 3. Схема включения синхроноскопа электромагнитной системы
Конструкция катушек 1, 2 и 3 измерительного механизма аналогична конструкции соответствующих катушек фазометра, но их делают из тонкого медного провода с большим количеством витков, вследствие чего обмотки имеют значительное сопротивление. Катушка 3 включается на линейное напряжение сети, катушки 1 и 2 — на линейные напряжения подключаемой синхронной машины. Последовательно с катушками включены резисторы R д.
Как указывалось, подвижная часть измерительного механизма устанавливается в результирующем магнитном поле трех катушек так, чтобы ось лепестков подвижной части совпадала с тем направлением вращающегося поля Ф12, в котором его застанет амплитудное значение пульсирующего поля Ф3.
Это положение лепестков подвижной части при одинаковой частоте тока в обмотках катушек зависит от сдвига по фазе между токами I1 и I 2 в обмотках катушек 1, 2 и током I 3 в обмотке катушки 3. Токи I1 и I 2 практически совпадают по фазе с линейным напряжением синхронного генератора, а ток I 3 — с напряжением сети (так как сопротивление резистора R д велико).
В связи c этим указательное устройство синхроноскопа при равенстве частот тока сети и подключаемого генератора непосредственно покажет сдвиг по фазе между линейными напряжениями этих трехфазных систем.
Рис. 5. Синхроноскоп типа Э1605
При синхронизации частоты тока сети и тока подключаемого генератора неодинаковы. Это приводит к непрерывному изменению угла сдвига по фазе между напряжением сети и э. д. с. генератора, а следовательно, к изменению положения лепестков относительно неподвижных катушек. Так как подвижная часть синхроноскопа может поворачиваться на любой угол, указатель вращается.
Направление вращения зависит от знака разности частот сети и подключаемого генератора. Чем меньше эта разность, тем медленнее вращение указателя синхроноскопа.
Шкала прибора имеет отметку, соответствующую противофазному положению векторов напряжения и э. д. с. синхронизируемых объектов. Синхронная машина должна быть подключена к шинам станции в момент противогазного положения векторов ее э. д. с. и напряжения на шинах.
На рис. 4 приведены схема включения электромагнитного фазометра и схема подключения электромагнитного синхроноскопа.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
СОДЕРЖАНИЕ
Принципы работы
Поскольку большинство синхроскопов подключаются только к одной фазе двух систем, они не могут гарантировать правильность последовательности фаз. Когда генераторы подключаются к энергосистеме заново или используются временные подключения, требуются другие средства для обеспечения одинаковой последовательности фаз в обеих системах. В некоторых генераторах используется как синхроскоп, так и комплект из двух ламп. Если лампы мигают не по порядку, значит, чередование фаз неправильное.
В движущемся железном инструменте железная лопасть установлена на валу вместе со стрелкой. Обмотка возбуждения представляет собой трехфазную обмотку, фазы которой подключены как к рабочим, так и к входящим источникам через фазосдвигающую «импедорную» сеть, содержащую резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. В этом приборе теоретически обмотка возбуждения создает два вращающихся магнитных поля из-за бегущего и приходящего источников. Железная лопасть перемещается в ответ на результирующую сумму двух полей.
Синхроскоп с перекрестными катушками чем-то напоминает асинхронный двигатель с возбужденным полем. Двухфазная обмотка ротора соединена с входящим источником машины фазосдвигающей сетью через щетки и контактные кольца. Обмотка стационарного возбуждения подключена к входящему источнику.
В синхроскопе Уэстона движущийся элемент не может непрерывно вращаться и медленно колеблется вперед и назад, поскольку два источника синхронизируются. Подвижный указатель освещается контрольной лампой, подключенной к трехобмоточному трансформатору, питаемому обоими источниками. Стрелка подсвечивается только в синфазном состоянии, тем самым различая синфазное и 180-градусное противофазное состояния.
Все эти приборы используют однофазные соединения с работающей и входящей системами, чтобы упростить электромонтаж. Для большинства систем синхроскопы подключаются через трансформаторы напряжения, чтобы снизить напряжение машины примерно до 120 вольт для работы приборов. Синхроскопы работают только в ограниченном диапазоне частот, на несколько процентов выше и ниже номинальной частоты системы. Приборы с перекрестными катушками потребляют относительно большое количество энергии от систем и предназначены только для кратковременной работы. Инструменты с подвижным утюгом и поляризованными лопастями создают меньшую нагрузку на систему и могут работать более длительное время без перегрева.
Электронные цифровые системы могут напрямую измерять и отображать разность фаз. Дисплей может быть кольцом из дискретных светодиодов, приспособленных для имитации эффекта перемещения указателя по шкале, с другим цветом светодиода для индикации состояния «синфазности». Эти инструменты могут также иметь релейный контакт для использования внешними цепями управления для индикации синхронизма.
Процесс синхронизации
Когда операторы электрического генератора хотят подключить его к сети, они сначала запускают вращение генератора со скоростью, примерно равной частоте сети в сети, к которой они планируют подключиться. Затем напряжение генератора согласовывается с сеткой путем регулировки тока возбуждения / якоря. Синхроскоп подключается к электросети и к запускаемому генератору.
Если генератор вращается с более низкой частотой, чем сетка, указатель синхроскопа постоянно вращается в направлении (обычно против часовой стрелки), отмеченном на шкале как «медленно» или «запаздывание», что указывает на то, что генератор работает медленнее или отстает. сетки. Если генератор работает быстрее, чем сетка, указатель постоянно вращается в противоположном направлении, отмеченном «быстро» или «вперед». Затем оператор установки регулирует скорость генератора до тех пор, пока он не будет работать с точно такой же скоростью (частотой), что и сеть. Когда частота генератора приближается к частоте сетки, указатель синхроскопа замедляется, и когда частоты совпадают, указатель перестает вращаться.
Положение (в отличие от вращения) указателя на синхроскопе указывает фазовый угол между двумя системами. Угол между системами равен нулю, когда указатель синхроскопа находится прямо на линии между отметками «медленно» и «быстро» на циферблате. (В примере изображения в этой статье положение угла нулевой фазы направлено прямо вверх, в положение «двенадцать часов».)
Скорость первичного двигателя немного регулируется в соответствии с показаниями указателя «медленно» или «быстро». Незадолго до того, как указатель достигнет нулевой отметки, оператор установки возвращает генератор на сеточную частоту, чтобы остановить стрелку, когда она достигнет нулевой отметки. Когда указатель находится на нуле и не движется, две системы синхронизируются.
После синхронизации двух систем их можно безопасно соединить.
В зависимости от применения и схемы, выключатель замыкается, когда стрелка синхроскопа проходит примерно через «одиннадцать часов», медленно перемещаясь в быстром направлении, давая время на включение автоматического выключателя. Это предназначено для предотвращения параллельного включения генератора в сеть в качестве нагрузки двигателя, что может привести к повреждению первичного двигателя ( паровой турбины или поршневого двигателя внутреннего сгорания). От этого случая машина может быть защищена отключением «обратной мощности».
На некоторых электростанциях набор ламп может быть подключен между генератором и системными шинами (или между измерительными трансформаторами, подключенными к этим шинам) в качестве резервной копии для прибора синхроскопа. Лампы мигают при разнице между частотой системы и частоты генератора. Лампы можно подключить, чтобы погаснуть, когда фазные напряжения одинаковы и синфазны.
Многодвигательные автомобили
Синхроскоп или синхронизация линий переменного тока
Синхроскоп — это устройство, которое показывает правильный момент времени, в который две системы электроснабжения синхронизируются (напряжение и токи двух различных систем совпадают по фазе). Термин «синхронизировать» означает, что электрические генераторы одинаковой частоты и напряжения работают параллельно друг другу на общую нагрузку.
Синхроскоп состоит из двухфазного статора и ротора. Генераторы обеспечивают двухфазное питание синхроскопа. Если две фазы синхронизированы, значит, третья фаза синхронизировалась автоматически.
Существующий генератор переменного тока обеспечивает питание статора синхроскопа. А синхронизируемый источник подает питание на ротор. Фазовый сдвиг между источниками указывает разницу в фазе и частоте генераторов переменного тока, подключенных параллельно друг другу.
Синхроскоп начинает работать, когда генераторы переменного тока разных частот подключены друг к другу. Если частота ротора и статора остается одинаковой, ротор не вращается или становится неподвижным, то есть шкала также остается неподвижной. При изменении частоты питания ротора и статора ротор начинает вращаться, то есть циферблаты также начинают отклоняться.
Скорость вращения ротора зависит от разницы частот питания. Если разница велика, то ротор будет вращаться с высокой скоростью, а если разница меньше, скорость ротора станет меньше.
Виды синхроноскопов
Электродинамометрический синхроноскоп
Статическая и динамическая — две основные части электродинамометрического синхроскопа. Статическая часть синхроскопа состоит из трехфазового трансформатора и лампы. Шина возбуждает одну из обмоток трансформатора, а две другие обмотки возбуждаются от входящих линий. Лампа подключается к отводу трансформатора.
Внешняя обмотка трансформатора наводит два магнитных потока. А поток центральной обмотки является результатом потока двух внешних обмоток. Результирующий поток индуцирует ЭДС в центральной обмотке трансформатора. Внешние ветви трансформатора соединены таким образом, что если входящие линии находятся в фазе друг с другом, то максимальная ЭДС индуцируется в центральной обмотке трансформатора. И от этого лампа ярко светится.
Если напряжения на входящих линиях электропередач не совпадают по фазе друг с другом, в этом случае результирующий поток центрального плеча трансформатора становится равным нулю, и, следовательно, лампа не будет гореть. Если в этом случае частоты входящих машин и шины «не похожи» друг на друга, лампа начинает мерцать.
Частота мерцания аналогична разнице в частотах. Синхронизацию можно производить при максимальной яркости и уменьшении мерцания. Электростатический прибор используется в системе для синхронизации частоты входящих сетей.
Электромагнитный синхроноскоп
Электромагнитный синхроноскоп состоит из двух фиксированных частей. Фиксированная часть рассчитана на небольшое значение тока, а сопротивление (резистор) подключено последовательно. Синхроскоп состоит из двух цилиндров, установленных на шпинделе. Шунтовая катушка питает эти цилиндры.
Шунтовая катушка связана с двумя фазами приходящими от генератора переменного тока (синхронизируемая линия). Сопротивление соединено последовательно с одной из шунтовых катушек, а индуктивность — с другой катушкой. Резистор и индуктивность катушки создают разность фаз в 90º между шунтовыми катушками.
Когда частота входящих напряжений и шины совпадают, шпиндель вращается. Обороты в секунду определяет разницу между частотами.
Синхроскоп: что это такое?
В электрических сетях, которые обеспечивают электроснабжение, работает большое количество электростанций. На каждой из них установлены синхронные генераторы, работающие на общие шины. Их обмотки соединены параллельно. Для того, чтобы каждый электрогенератор работал с максимальной эффективностью, их роторы должны не только вращаться с одинаковой скоростью и направлении, но и при одинаковом положении относительно обмоток.
Чтобы лучше понять, почему необходимы такие жёсткие требования к вращению параллельно работающих генераторов, рассмотрим напряжения их статорных обмоток, как функции времени. На графике эти фазовые напряжения UA, UB и UC выглядят следующим образом:
При одинаковых параметрах вращения всех электрогенераторов фазные напряжения будут сливаться в одну линию. Но любые отклонения в параметрах вращения будут смещать синусоиды. При замедлении вращения увеличится период, т.е. синусоида вытянется по оси t, при ускорении вращения она сожмётся. Если частоты вращения роторов будут одинаковыми, но их положения относительно обмоток статора в одно и то же время будет разным, синусоида будет сдвинута по оси t.
В любой из перечисленных ситуаций между одноимёнными фазными обмотками генераторов будут появляться напряжения. И если такие электрогенераторы соединить параллельно появится ток, который будет течь по их обмоткам вместо того чтобы питать нагрузку в сети электроснабжения. Поэтому при параллельном включении генераторов для контроля параметров вращения электрогенераторов применяют специальное приспособление или прибор называемым синхроскопом.
Принцип работы синхроскопа
Как приспособление данный представляет собой три лампы накаливания и поэтому называется как «ламповый синхроноскоп». При определении правильного вращения роторов ориентируются либо на затухание света ламп, либо на поочерёдное вращательное мигание их. Каждому из способов определения синхронизации электрогенераторов соответствует своя электрическая схема включения ламп.
Схема на затухание лап показана слева. На этой схеме изображены такие элементы:
При одинаковых параметрах вращения роторов генераторов Г1 и Г2 напряжения на лампах будут равны нулю и он не будут светиться. Это значит, что можно замкнуть контакты выключателя В2, подключив генератор Г2 к сети. Если вращение роторов не одинаковое появляется напряжение равное Uг-Uс, изменяющееся с частотой равной fг-fс. Такое напряжение обеспечит мерцание (периодическое затухание) ламп. Если рассмотреть на экране осциллоскопа, как изменяются напряжения на электрогенераторах и лапах, получим изображения, показанные далее:
Чем точнее совпадают частоты и положение роторов генератора, тем медленнее мерцают лампы. Необходимо получить такие обороты электрогенератора, когда периодичность мерцания ламп составит не менее трёх секунд. И в момент времени когда лампы не светятся замкнуть выключатель В2. Но точно попасть на момент когда напряжение равно нулю довольно сложно. Поэтому для более точного включения генератора в параллельную работу с уже работающим электрогенератором применяется другая схема, показанная ниже.
В ней критерием включения выключателя В2 является такой момент времени, когда лампа 1 не горит и остальные две лампы горят с одинаковой яркостью. А если частоты вращения роторов генераторов отличаются друг от друга, появляется поочерёдное мигание лам с эффектом кругового перемещения света от одной лампы к другой. Направление вращения света в лампах зависит от того, какой из электрогенераторов быстрее вращается. Вольтметр в этих схемах обеспечивает более точное определение величины напряжения. У него специальная шкала для определения малых значений напряжения и поэтому он называется «нулевой вольтметр».
Ламповый синхроноскоп используется только при подключении маломощных электрогенераторов. Электрические генераторы большой мощности подключаются с использованием специального стрелочного прибора – электромагнитного синхроноскопа. В нём используется принцип вращающегося электромагнитного поля. Стрелка располагается по центру шкалы, что указывает на одинаковые параметры вращающихся роторов двух электрогенераторов. При появлении отличий в скорости вращения роторов стрелка отклоняется в ту или в иную сторону.
При необходимости электромагнитный синхроноскоп подключается через трансформаторы. Более современные модели этих приборов являются цифровыми. В них используется табло из светодиодов. Но суть работы прибора та же. Вместо перемещения стрелки загорается цепочка светодиодов в сторону от центра табло, который соответствует равенству частот вращения роторов электрогенераторов.