Синхроскоп – электр жүйелерін синхрондылыққа келтіру құралы. Фаза, жиілік айырмасын өлшейді, қауіпсіз қосылуды қамтамасыз етеді. Жоғары токтан сақтайды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
АЖ электр энергиясы жүйелерінде синхроскоп – екі жүйенің (генераторлар немесе қуат желілері) бір-бірімен синхрондылығының дәрежесін көрсететін құрылғы. Екі электр жүйесінің синхронды болуы үшін, екі жүйе де бірдей жиілікте жұмыс істеуі керек, ал жүйелер арасындағы фазалық бұрыш нөл болуы тиіс (және екі көпфазалық жүйеде фазалық реттеме бірдей болуы керек). Синхроскоптар екі қуат жүйесі арасындағы жиілік айырмашылығы мен фазалық бұрышты өлшейді және көрсетеді. Тек осы екі шама нөлге тең болғанда ғана екі жүйені қосу қауіпсіз. Синхронды емес екі АЖ қуат жүйесін қосу нәтижесінде жоғары токтар ағып, сақтандырғыштармен немесе автоматты ажыратқыштармен қорғалмаған жабдыққа ауыр зақым келтіруі мүмкін.
In AC electrical power systems, a synchroscope is a device that indicates the degree to which two systems (generators or power networks) are synchronized with each other. For two electrical systems to be synchronized, both systems must operate at the same frequency, and the phase angle between the systems must be zero (and two polyphase systems must have the same phase sequence). Synchroscopes measure and display the frequency difference and phase angle between two power systems. Only when these two quantities are zero is it safe to connect the two systems together. Connecting two unsynchronized AC power systems together is likely to cause high currents to flow, which will severely damage any equipment not protected by fuses or circuit breakers.
Жұмыс істеу қағидалары
Генераторды басқа жүйемен синхрондауға көмектесетін ең қарапайым құрал екі жүйенің ұқсас фазалары арасында тізбектелген шамдарды пайдалану болып табылады; шамдар өшкенде екі жүйенің кернеуі мен жиілігі тең болады және генераторды қосуға болады. Дегенмен, бұл әдістің дәлдігі төмен, себебі фазаның шағын айырмашылықтарын анықтау қиын, сондай-ақ шамдар екі жүйенің салыстырмалы жылдамдықтарын көрсетпейді. Синхроскоптар – синхрондалатын машина мен жүйелік кернеу арасындағы салыстырмалы жиілік (жылдамдық) айырмашылығы мен фазалық бұрышты көрсететін құралдар. Көптеген синхроскоптар екі жүйенің бір ғана фазасына қосылғандықтан, фазалық реттіліктің дұрыс екеніне кепілдік бере алмайды. Генераторларды электр жүйесіне жаңадан қосуда немесе уақытша қосылымдарды пайдаланғанда, екі жүйенің де бірдей фазалық реттілігін қамтамасыз ету үшін басқа құралдар қажет. Кейбір генераторлар синхроскоп пен екі шамды бірге қолданады. Егер шамдар ретсіз жыпылықтаса, фазалық реттілік дұрыс емес дегенді білдіреді. Синхроскоптар – электродинамикалық құралдар, олар көрсеткішті айналдыру үшін магниттік өрістердің өзара әрекеттесуіне негізделген. Көптеген түрлерінде, вольтметрлер мен ваттметрлерден айырмашылығы, магниттік күштер тудырған айналу моментін жеңу үшін серіппелік күш жоқ; көрсеткіш жүйесі үздіксіз айналуға мүмкіндік береді. Синхроскоптар қозғалатын жүйенің дірілдеуін азайту үшін демпферлік жалаққа ие. Поляризацияланған жалақ синхроскопында айналмалы магниттік өріс тудыру үшін орналастырылған фазалық ауыстырғыш желісі бар өріс орамасы бар. Өріс орамалары "келіп тұрған" машинаға қосылады. "Жұмыс істеп тұрған" жүйеге бір фазалық поляризациялық орама қосылған. Ол өріс орамасына перпендикуляр орнатылған және қозғалатын жалақтар арқылы өтетін магниттік ағынды тудырады. Қозғалатын жалақтар шкала бойынша қозғалатын көрсеткішті алып жүретін білікті айналдырады. Егер поляризациялық орамаға қосылған көздің жиілігі өріс орамасына қосылған көзден өзгеше болса, көрсеткіш жүйелік жиіліктердің айырмасына пропорционалды жылдамдықпен үздіксіз айналады (соққы жиілігі). Шкала "келіп тұрған" машина "жұмыс істеп тұрған" жүйеден жылдам жүргенде айналу бағытын көрсету үшін белгіленген. Жиіліктер сәйкес келгенде, қозғалатын жалақтар екі көз арасындағы фазалық айырмашылыққа сәйкес келетін орынға айналады. Содан кейін келіп тұрған машинаның жылдамдығын екі жүйенің фазада болуы үшін реттеуге болады. Қозғалмалы темір құралында, көрсеткішпен бірге білікке темір жалақ орнатылады. Өріс орамасы – үш фазалы орама, фазалары резисторлар, конденсаторлар және индукторлар бар фазалық ауыстырғыш "импедор" желісі арқылы жұмыс істеп тұрған және келіп тұрған көздерге қосылған. Бұл құралда, тұжырымдамалық тұрғыдан, өріс орамасы жұмыс істеп тұрған және келіп тұрған көздердің салдарынан екі айналмалы магниттік өріс тудырады. Темір жалақ екі өрістің қосындысына жауап ретінде қозғалады. Кросс-орама синхроскопы жарақталған өрістік индукциялық қозғалтқышқа ұқсас. Екі фазалы ротор орамалары щеткалар мен сырғалар арқылы фазалық ауыстырғыш желісі арқылы келіп тұрған машина көзіне қосылады. Стационарлық өріс орамасы келіп тұрған көзге қосылған. Электрондық цифрлық жүйелер фазалық бұрыштық айырманы тікелей өлшеуі және көрсетуі мүмкін. Дисплей – масштабта қозғалатын көрсеткіштің әсерін имитациялау үшін орналастырылған дискретті светодиодты сақина болуы мүмкін, ал "фазада" жағдайын көрсету үшін светодиодтың түсі басқа болады. Бұл құралдарда сыртқы басқару схемаларымен пайдалануға арналған релелік контакті де болуы мүмкін, синхронизмді көрсету үшін.
The simplest aid to synchronizing a generator to another system uses lamps wired between similar phases of the two systems; when the lamps stay dark, the voltage and frequency of the two systems are the same and the generator may be connected. However, the accuracy of this approach is low since it is difficult to discern slight phase differences, and the lamps do not show the relative speeds of the two systems. Synchroscopes are instruments that show the relative frequency (speed) difference and the phase angle between the machine to be synchronized and the system voltage. Since most synchroscopes are connected only to a single phase of the two systems, they cannot assure that the phase sequence is correct. When generators are newly connected to a power system, or temporary connections are used, other means are required to assure both systems have the same phase sequence. Some generators use both a synchroscope and a set of two lamps. If the lamps flash out of sequence, then the phase sequence is incorrect. Synchroscopes are electrodynamic instruments, which rely on the interaction of magnetic fields to rotate a pointer. In most types, unlike voltmeters and wattmeters, there is no restoring spring torque for the magnetically produced torques to overcome; the pointer system is free to rotate continually. Synchroscopes have a damping vane to smooth out vibration of the moving system. A polarized vane synchroscope has a field winding with a phase shifting network arranged to produce a rotating magnetic field. The field windings are connected to the "incoming" machine. A single phase polarizing winding is connected to the "running" system. It is mounted perpendicular to the field winding and produces a magnetic flux that passes through the moving vanes. The moving vanes turn a shaft that carries a pointer moving over a scale. If the frequency of the source connected to the polarizing winding is different from the source connected to the field winding, the pointer rotates continually at a speed proportional to the difference in system frequencies (the beat frequency). The scale is marked to show the direction of rotation corresponding to the "incoming" machine running faster than the "running" system. When the frequencies match, the moving vanes will rotate to a position corresponding to the phase difference between the two sources. The incoming machine can then be adjusted in speed so that the two systems are in phase agreement. In the moving iron instrument, an iron vane is mounted on a shaft along with the pointer. The field winding is a three phase winding, with the phases connected to both the running and incoming sources through a phase shifting "impedor" network containing resistors, capacitors, and inductors. In this instrument, conceptually the field winding produces two rotating magnetic fields due to the running and incoming sources. The iron vane moves in response to the resultant sum of the two fields. The cross coil synchroscope somewhat resembles a wound field induction motor. A two phase rotor winding is connected to the incoming machine source by a phase shifting network through brushes and slip rings. The stationary field winding is connected to the incoming source. Electronic digital systems can measure and display the phase angle difference directly. The display may be a ring of discrete LEDs arranged to simulate the effect of a pointer moving over a scale, with a different color of LED to indicate the "in phase" condition. These instruments may also have a relay contact for use by external control circuits, to indicate synchronism.
Синхрондау процесі
Синхроскоптар сыртқы электр желісіне қосылған кез келген электр стансасында, сондай-ақ бірнеше генератордан тұратын оқшауланған стансаларда қолданылады. Әрбір генератор стансалық шинаға қосылмас бұрын басқаларымен синхронды болуы тиіс. Егер қосылған кезде желілік кернеулер тең болмаса, әрбір желі екіншісін теңестіруге тырысып, үлкен ток туындап, құрылымға зақым келтіруі мүмкін. Электр генераторын желіге қосуды жоспарлаған операторлар алдымен генераторды желінің жиілігіне жуық жылдамдықпен айналдырады. Содан кейін генератордың кернеуін тоқ желісіне сәйкес реттейді. Синхроскоп электр желісіне және іске қосылатын генераторға қосылады. Егер генератор желіден төмен жиілікте айналса, синхроскоптың көрсеткіші диалдағы "баяу" немесе "кешігу" деп белгіленген бағытта (әдетте сағат тіліне қарсы) үздіксіз айналады, бұл генератор желіден қалып қойғанын көрсетеді. Егер генератор желіден жылдам айналса, көрсеткіш "жылдам" немесе "жетекші" деп белгіленген қарсы бағытта айналады. Содан кейін станса операторы генератордың жылдамдығын желінің жиілігімен дәлме-дәл сәйкестіре реттейді. Генератордың жиілігі желіге жақындағанда, синхроскоптың көрсеткіші баяулайды және жиіліктер сәйкес келгенде, көрсеткіш айналуын тоқтатады. Бірақ генераторды желіге қосу үшін тағы бір шара жасау қажет. Генератор мен желі қазір бірдей жиілікте жұмыс істесе де, олардың айналу циклындағы орны бірдей болмайды. Егер әртүрлі фазалық бұрыштарда жұмыс істейтін екі электр желісі қосылса, генераторға немесе басқа жабдыққа зақым келтіруі мүмкін қысқа тұйықтану сияқты ақаулық пайда болады. Синхроскоптың көрсеткішінің орны (айналу емес) екі жүйе арасындағы фазалық бұрышты көрсетеді. Циферблаттағы "баяу" және "жылдам" белгілері арасындағы сызықта көрсеткіш орналасқанда жүйелер арасындағы бұрыш нөлге тең болады. (Бұл мақаладағы суретте нөлдік фазалық бұрыш "сағат 12" позициясында, тікелей жоғары орналасқан.) Негізгі қозғалтқыштың жылдамдығы көрсеткіштің "баяу" немесе "жылдам" көрсетуіне сәйкес сәл реттеледі. Көрсеткіш нөлдік белгіге жеткенге дейін, станса операторы генераторды желі жиілігіне қайтарады, сонда ине нөлдік белгіде тоқтайды. Егер көрсеткіш нөлде тұрса және қозғалмаса, екі жүйе синхронды болады. Екі жүйе синхронды болғаннан кейін, оларды қауіпсіз қосуға болады. Қолданылуына және схемалық дизайнына байланысты оператор синхроскоптың көрсеткіші "сағат 11" шамасында өтетін кезде, жылдам бағытта баяу жылдамдықпен үзілісті жабады. Бұл идея бойынша, автоматты қосқыш қосылғанда фазалық айырмашылық нөлге жақын болады ("сағат 12"). Жылдамдықтың сәл артық болуы генератордың моторлық жүктеме ретінде желіге параллель қосылуын болдырмау үшін жасалған, бұл негізгі қозғалтқышты (бу турбинасы немесе ішкі жану қозғалтқышы) зақымдауы мүмкін. Мұндай жағдайда машина "кері қуат" құрылғысымен қорғалуы мүмкін. Кейбір электр стансаларында генератор мен желілік шиналар арасында (немесе осы шиналарға қосылған аспаптық трансформаторлар арасында) синхроскоптың қосымша құрылғысы ретінде шамдар жиынтығы қосылуы мүмкін. Шамдар жүйе мен генератор жиілігінің айырмашылығына байланысты жыпылықтайды. Фазалық кернеулер бірдей және фазада болғанда шамдар сөніп қалады.
Synchroscopes are used in any power plant that connects to an outside electrical grid and also in isolated plants containing more than one generator. Each generator must be synchronized with the others before being connected to the plant bus. If line voltages are unequal when they are connected, a heavy current will flow as each line will attempt to equalize the other, causing damage in the process. When operators of an electric generator wish to connect it to the grid, they first start the generator spinning at a rate approximately equal to the line frequency of the grid with which they plan to connect. The voltage of the generator is then matched with the grid by adjusting the field/armature current. The synchroscope is connected to the power grid and to the generator being started. If the generator is turning at a lower frequency than the grid, the synchroscope pointer rotates continually in the direction (usually counterclockwise) marked "slow" or "lag" on the dial to indicate that the generator is running slower than, or lagging behind, the grid. If the generator is running faster than the grid, the pointer rotates continually in the opposite direction, marked "fast" or "lead". Next, the plant operator adjusts the speed of the generator until it is running at precisely the same speed (frequency) as the grid. As the frequency of the generator nears that of the grid, the synchroscope pointer slows down and when the frequencies match, the pointer stops rotating. There is then one more task to perform before the generator can be connected to the grid. Although the generator and the grid are now operating at the same frequency, they are not necessarily at the same position in the rotational cycle as each other. If two electrical networks operating at two different phase angles were to be connected to each other, a fault similar to a short circuit would occur, presenting a hazard of damage to the generator or other equipment. The position (as opposed to rotation) of the pointer on a synchroscope indicates the phase angle between the two systems. The angle between the systems is zero when the synchroscope pointer is directly on the line in between the "slow" and "fast" markings on the dial. (In the picture example in this article, the zero phase angle position is straight upwards, at the "12 o'clock" position.) Speed of the prime mover is adjusted slightly according to the "slow" or "fast" indication of the pointer. Slightly before the pointer reaches the zero mark, the plant operator returns the generator to the grid frequency in order to stop the needle when it reaches the zero mark. When the pointer is at zero and is not moving, the two systems are synchronized. Once the two systems are synchronized, they can be safely connected. Depending on the application and the circuit design, the operator closes the break when the synchroscope pointer is passing through approximately "11 o'clock", while traveling slowly in the fast direction. The idea is that when the breaker makes contact, the phase difference would be close to zero (12 o'clock). The slightly faster frequency is intended to prevent the generator paralleling onto the grid as a motor load, potentially damaging the prime mover (steam turbine or reciprocating internal combustion engine). The machine may be protected from this occurrence by a "reverse power" trip. In some power plants, a set of lamps may be connected between the generator and system busses (or between the instrument transformers connected to those busses) as a backup to the synchroscope instrument. The lamps flicker at the difference between system and generator frequency. The lamps can be connected to go dark when the phase voltages are identical and in phase.
Көп моторлы көліктер
Генераторларды қуат жүйелеріне синхрондаудан басқа, ұқсас жиілік айырмашылығын көрсететін аспаптар көп қозғалтқышты кемелер мен ұшақтарда қолданылады, операторларға қозғалтқыштардың айналу жылдамдығын дәл синхрондауға мүмкіндік береді. Бұл, мысалы, ұшақтағы екі перненің айналу жылдамдығындағы шамалы айырмашылықтардан туындайтын шу мен дірілді азайтуға көмектеседі. Осы қолданыста синхроскоп қозғалтқыш тахометрінде байқауға келмейтін айналу жылдамдығының шамалы өзгешеліктеріне сезімтал болады.
In addition to synchronizing generators to power systems, similar frequency difference indicating instruments are used on multiengine ships and aircraft to allow the operators to exactly synchronize the speed of engines. This helps reduce the noise and vibration due to slight differences, for example, in the speeds of two propellers on an aircraft. In this application a synchroscope responds to slight speed differences that would not be visible on an engine tachometer.