Parallelbetrieb von DC-Generatoren – Synchronisierung von Generatoren

Parallelbetrieb von DC-Generatoren – Bedingung, Vorteile und Lastverteilung

In einem Stromnetz wird der Strom von vielen Generatoren geliefert, die in einem Verbundnetz verbunden sind. Anstelle eines einzelnen großen Generators werden viele kleine Gleich- oder Wechselstromgeneratoren parallel betrieben.

Manchmal werden die DC-Generatoren als Backup-Anlage verwendet. Unter bestimmten Bedingungen ist es nicht immer möglich, einen Generator zu haben, der die Lastanforderungen erfüllt. Um den Lastbedarf zu decken, werden daher mehr als eine Einheit von Gleichstromgeneratoren parallel geschaltet.

Heutzutage wird der Parallelbetrieb von DC-Generatoren im Netz weit verbreitet, um die folgenden Vorteile zu erreichen.

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Vorteile des Parallelbetriebs von Gleichstromgeneratoren

Die Vorteile des Parallelbetriebs sind unten aufgeführt.

Kontinuität der Versorgung

Die Kontinuität der Versorgung ist eine Grundvoraussetzung. Wenn ein Kraftwerk aus einer einzelnen Generatoreinheit besteht, ist es nicht möglich, diese Anforderung zu erfüllen. Denn wenn eine einzelne Generatoreinheit gewartet wird oder ausfällt, stoppt das gesamte Kraftwerk, um den Lastbedarf zu decken. Wenn also das Kraftwerk eine größere Anzahl von Generatoren anstelle einer einzelnen Einheit verwendet, kann das Kraftwerk zuverlässiger verwendet werden. Die meisten Kunden (wie Krankenhäuser, Fabriken usw.) benötigten eine unterbrechungsfreie Stromversorgung.

Bessere Effizienz

Generatoren in Kraftwerken sind auf Volllastbetrieb ausgelegt. Und es wird maximale Effizienz bei Volllast erreichen. Aber der Strombedarf ist nicht konstant. Sie schwankt zwischen Spitzenbedarf am Tag und Mindestbedarf in der Nacht. Daher ist es wirtschaftlich, nachts einen kleinen Generator und tagsüber einen großen Generator zu verwenden. Steigt der Bedarf, werden beide Generatoren parallel geschaltet, um den hohen Bedarf effizient zu decken.

Einfach zu warten und zu reparieren

Der Generator muss für eine lange Lebensdauer und einen effizienten Betrieb regelmäßig gewartet werden. Während der Wartung muss es einen anderen Generator geben, um die Last zu betreiben. Daher ist es einfach, Generatoren zu warten. Und auch wenn es zu einem Ausfall kommt, dauert es einige Zeit, bis es wieder in Betrieb ist. In diesem Zustand kann ein anderer Generator verwendet werden, um den Lastbedarf zu decken.

Flexibilität

Die Parallelschaltung der Generatoren bietet eine größere Flexibilität im Vergleich zum Einzel-Großgenerator. Mehrere kleine Generatoren können zusammengeschaltet werden und befinden sich an verschiedenen Orten. Der einzelne große Generator brauchte mehr Platz. Stattdessen wird eine größere Anzahl von Generatoren an verschiedenen Orten installiert.

Kostengünstig

Die Stromkosten werden reduziert, wenn die Generatoren immer auf Volllast laufen. Bei hohem Lastbedarf werden mehr Generatoren parallel geschaltet. Und wenn der Lastbedarf gering ist, werden weniger Generatoren parallel geschaltet. Andere Generatoren bleiben im Haltezustand. Daher arbeiten alle Generatoren unter Volllastbedingungen, was die Stromkosten senkt.

Einfache Ergänzungen

Der Strombedarf steigt von Tag zu Tag. Halten Sie daher beim Bau eines Kraftwerks immer Platz für zukünftige Erweiterungen. Anstatt ein ganzes Kraftwerk zu bauen, ist es einfach, weitere Generatoren hinzuzufügen und parallel zu schalten, um einen höheren Strombedarf zu erreichen.

Aufgrund dieser Vorteile ist der Parallelbetrieb des Generators weit verbreitet. Wie wir wissen, werden die Gleichstromgeneratoren in drei Typen eingeteilt;

• DC-Shunt-Generator
• DC-Reihengenerator
• DC-Compound-Generator

Es gibt einen Unterschied in der Verbindung von Anker und Feldwicklung bei jedem Generatortyp. Daher besprechen wir hier, wie jeder Generatortyp parallel geschaltet wird.

Parallelbetrieb des DC-Shunt-Generators

Um zwei Generatoren parallel zu schalten, müssen ihre positiven und negativen Anschlüsse mit den positiven und negativen Anschlüssen der Stromschiene verbunden werden. Die Stromschiene ist eine schwere Kupferschiene und die Anschlüsse der Stromschiene fungieren als die Anschlüsse eines ganzen Kraftwerks.

Das Anschlussschema des Parallelbetriebs des DC-Nebenschlussgenerators ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Hier ist der Anker von Generator 1 über die Stromschiene verbunden. Und es wird verwendet, um die Last zu versorgen. Jetzt müssen wir Generator 2 mit diesem System verbinden. Dazu müssen wir Generator 2 mit der gleichen Polarität anschließen. Andernfalls kommt es zu einem schwerwiegenden Kurzschluss, der zu dauerhaften Schäden an Generatoren führt.

Bevor Generator 2 angeschlossen wird, ist Schalter S offen. Ein Voltmeter ist über den Schalter angeschlossen. Zunächst wird der Anker des Generators 2 auf die Nenndrehzahl des Generators beschleunigt. Die Erregung von Generator 2 wird geändert, bis das Voltmeter Null anzeigt. Wenn es einen Nullwert anzeigt, bedeutet dies, dass die Klemmenspannung dieselbe ist wie die Sammelschienenspannung oder die Spannung von Generator 1.

Nach dem Schließen des Schalters S ist Generator 2 also parallel zu Generator 1 geschaltet. Generator 2 nimmt jedoch keine Last auf. Weil die induzierte EMK von Generator 2 gleich der Sammelschienenspannung ist. Es fließt also kein Strom in der gleichen Potentialdifferenz. In diesem Zustand ist Generator 2 im System als schwebender Generator bekannt.

Die induzierte EMK von Generator 2 muss höher sein als die Sammelschienenspannung. In diesem Zustand liefert Generator 2 die Last. Der von Generator 2 gelieferte Strom ist;

Wo,

• R_a =Widerstand des Ankerkreises
• E =Induzierte EMF
• V =Sammelschienenspannung

Die induzierte EMF eines neuen Generators kann durch Steuerung des Feldes gesteuert werden. Und durch die Kontrolle der induzierten EMF können wir den Anteil der Last kontrollieren.

Parallelbetrieb des DC-Compound-Generators

Das Anschlussdiagramm von zwei parallel geschalteten Verbundgeneratoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der zusammengesetzte Generator hat steigende Eigenschaften. Daher ist der Parallelbetrieb von Gleichstrom-Verbundgeneratoren ohne Korrekturvorrichtungen instabil. Beim Start übernimmt jeder Generator den gleichen Lastanteil. Wenn der Strom aus irgendeinem Grund durch die Reihenfeldwicklung von Generator-1 fließt, steigt dies an, was sein Feld weiter verstärkt. Dies führt dazu, dass die erzeugte EMF ansteigt und mehr Last benötigt wird.

Bei dieser Operation haben wir angenommen, dass die Last konstant ist. Dadurch wird der Lastanteil von Generator-2 reduziert und sein Serienfeld geschwächt. Dies führt dazu, dass seine Last abfällt. Dieser Effekt ist kumulativ. Nach einiger Zeit übernimmt der Generator-1 die gesamte Last. Und Generator-2 arbeitet als Motor. In diesem Zustand löst der Leistungsschalter jedes Generators aus und stoppt diesen Vorgang.

Um diesen Vorgang stabil zu machen, müssen wir mit diesem System Korrekturvorrichtungen verwenden. Bei diesem Parallelbetrieb ist der Ausgleichsstab mit dem Ankerende der Reihenwicklungen verbunden. Der Ausgleichsstab ist ein Leiter mit niedrigem Widerstand. Es wird verwendet, um den Betrieb von Over-Compound- und Level-Compound-Generatoren stabil zu machen.

Zum Beispiel übernimmt Generator-1 einen größeren Teil der Last. Und sein Reihenfeldstrom nimmt zu. Dieser erhöhte Strom fließt nun durch die Reihenfeldwicklung von Generator-1 und teilweise durch die Reihenfeldwicklung von Generator-2. Daher sind beide Generatoren in gleicher Weise betroffen. Auf diese Weise kann Generator-1 nicht die gesamte Last aufnehmen und Generator-2 kann nicht seine gesamte Last abwerfen.

Um einen ordnungsgemäßen Parallelbetrieb und eine gleichmäßige Lastverteilung aufrechtzuerhalten, muss die Regelung beider Generatoren gleich sein und der Serienfeldwiderstand muss umgekehrt proportional zu den Generatornennwerten sein.

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Parallelbetrieb des Generators der DC-Serie

Das Anschlussschema des Parallelbetriebs von zwei DC-Reihengeneratoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Hier betrachten wir beide Generatoren als identisch und übernehmen den gleichen Lastanteil. Aber aus irgendeinem Grund wird die induzierte EMF von Generator-1 erhöht (E1> E2). In diesem Zustand ist der Generatorstrom I1 größer als I2. Dies führt zu einer Verstärkung des Reihenfeldes von Generator-1. Und die Schwächung des Serienfeldes von Generator-2.

Dies ist ein kumulativer Prozess. Am Ende wird also die gesamte Last von Generator-1 übernommen und Generator-2 arbeitet als Motor. Ähnlich wie beim Verbundmotor wird dieses Problem durch die Verwendung einer Ausgleichsstange gelöst. Aus diesem Grund leiten zwei Maschinen ungefähr gleiche Ströme an die Last weiter.

Lastverteilung des DC-Generators

Der DC-Shunt-Generator hat leicht abfallende Eigenschaften. Daher ist er der am besten geeignete Generator für einen stabilen Parallelbetrieb. Wenn ein Generator aufgrund seiner Tendenz, die ursprüngliche Lastverteilung wiederherzustellen, mehr oder weniger Last aufnimmt, nehmen beide Generatoren sofort eine angemessene Lastverteilung auf.

Im Fehlerzustand ist ein Generator außer Betrieb und sein Feld ist geschwächt. In diesem Zustand wird das Serienfeld eines anderen Generators erhöht. Somit wird der Leistungsschalter geöffnet und der fehlerhafte Generator wird aus dem System entfernt. Diese Methode zum Entfernen und Anschließen des Generators macht das System zuverlässig und hilft, Stöße und plötzliche Störungen der Antriebsmaschine sowie im System zu vermeiden.

Die Spannungscharakteristik des Nebenschlussgenerators ist wie in der Abbildung unten dargestellt.

Aus der obigen Kennlinie liefert Generator-1 bei gleicher Klemmenspannung V den Strom I1 und Generator-2 den Strom I2. Der Generator-1 hat eine stärker herabhängende Charakteristik und liefert weniger Strom. Beide Generatoren teilen die Last an allen Punkten gleichmäßig auf, wenn ihre Eigenschaften ähnlich sind und den gleichen Spannungsabfall von Leerlauf zu Volllast aufweisen.

Wenn zwei Generatoren unterschiedlicher kVA-Leistung parallel geschaltet werden, wird die Last entsprechend ihrer Leistung aufgeteilt. Ihre als prozentualer Volllaststrom aufgetragenen äußeren Eigenschaften müssen identisch sein, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Zum Beispiel werden ein Generator mit 100 kVA und ein weiterer Generator mit 200 kVA parallel zu einer 240-kW-Last geschaltet. In diesem Zustand teilt sich der erste Generator 80 kW und der zweite Generator 160 kW.

Die kombinierte Betriebscharakteristik kann gezeichnet werden, wenn wir die individuelle Charakteristik jedes Generators kennen. Die Stromlieferungen der einzelnen Generatoren können der folgenden Abbildung entnommen werden.

Die obigen Ergebnisse können durch einfache Berechnung statt durch grafische Darstellung gefunden werden, wenn der Generator eine gerade Linie hat. Nun berechnen wir den Teil der Lastverteilung, der eine ungleiche Leerlaufspannung hat.

• E₁ , E₂ =Leerlaufspannung zweier Generatoren
• R₂ , R₂ =Ankerwiderstand
• V =gemeinsame Klemmenspannung

Aus der obigen Gleichung können wir ersehen, dass die Sammelschienenspannung durch Erhöhen von Φ₂ konstant gehalten werden kann oder N₂ oder Reduzieren von N₁ oder Φ1. N₂ und N₁ werden durch Ändern der Drehzahl von Antriebsmotoren und Φ₁ geändert und Φ₂ kann über Querfeldwiderstände gesteuert werden.