DC発電機の並列運転–発電機の同期
DC発電機の並列運転–条件、利点、負荷分散
電力システムネットワークでは、相互接続されたネットワークに接続されている多くの発電機から電力が供給されます。単一の大型発電機を使用する代わりに、多くの小型DCまたはAC発電機が並列に動作します。
バックアッププラントとしてDCジェネレーターが使用される場合があります。条件によっては、負荷要件を満たす発電機を常に使用できるとは限りません。したがって、負荷需要を満たすために、複数のユニットのDC発電機が並列に接続されています。
現在、DC発電機の並列運転は、以下の利点を実現するためにネットワークで広く使用されています。
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DCジェネレーターの並列操作の利点
並列操作の利点を以下に示します。
供給の継続性
供給の継続性が主要な要件です。発電所が単一の発電機ユニットで構成されている場合、この要件を達成することはできません。なぜなら、単一の発電機ユニットがメンテナンス中または故障している場合、発電所全体が負荷需要を実行するために停止するからです。したがって、発電所が単一のユニットではなく、より多くの発電機を使用する場合、発電所はより確実に使用することができます。ほとんどの顧客（病院、工場など）は、無停電電源装置を必要としていました。
効率の向上
発電所では、発電機は全負荷で動作するように設計されています。そしてそれは全負荷で最大の効率を得るでしょう。しかし、電力需要は一定ではありません。日中のピーク需要と夜間の最小需要の間で変動します。したがって、夜間は小型の発電機を使用し、日中は大型の発電機を使用するのが経済的です。需要が増加した場合は、両方の発電機を並列に接続して、高い需要に効率的に対応します。
メンテナンスと修復が簡単
発電機は、長寿命で効率的な操作のために定期的なメンテナンスが必要です。メンテナンス中は、負荷を実行するために別の発電機が必要です。したがって、発電機の保守は簡単です。また、故障が発生した場合、復旧までに時間がかかります。この状態では、別の発電機を使用して負荷需要を満たすことができます。
柔軟性
ジェネレーターの並列接続は、単一ユニットの大型ジェネレーターと比較して、より高い柔軟性を提供します。多数の小さな発電機を相互に接続することができ、それは異なる場所に配置されています。単一の大型発電機はより多くのスペースを必要としました。その代わりに、より多くの発電機がさまざまな場所に設置されています。
費用対効果
発電機が常に全負荷で動作している場合、電力コストは削減されます。負荷需要が高い場合、より多くの発電機が並列に接続されます。また、負荷需要が低い場合は、並列に接続される発電機の数が少なくなります。他の発電機は保留状態のままです。したがって、すべての発電機は全負荷状態で動作し、電力コストを削減します。
簡単に追加
電力需要は日々増加しています。したがって、発電所を建設する間、常に将来の拡張のための場所を維持してください。発電所全体を建設する代わりに、発電機を追加して並列に接続し、より多くの電力需要を実現するのは簡単です。
これらの利点により、ジェネレーターの並列操作が広く使用されています。ご存知のように、DC発電機は3つのタイプに分類されます;
- DCシャントジェネレーター
- DCシリーズジェネレーター
- DC複合ジェネレーター
発電機のタイプごとに、電機子と界磁巻線の接続に違いがあります。したがって、ここでは、各タイプの発電機を並列に接続する方法について説明します。
DCシャントジェネレーターの並列操作
2つの発電機を並列に接続するには、それらの正と負の端子をバスバーの正と負の端子に接続する必要があります。バスバーは重い銅のバーであり、バスバーの端子は発電所全体の端子として機能します。
DCシャントジェネレータの並列運転の接続図を次の図に示します。
ここでは、ジェネレータ1のアーマチュアがバスバーの両端に接続されています。そして、それは負荷を供給するために使用されます。次に、ジェネレータ2をこのシステムに接続する必要があります。そのためには、発電機2を同じ極性で接続する必要があります。そうしないと、深刻な短絡が発生し、発電機に恒久的な損傷を与えることになります。
ジェネレータ2を接続する前に、スイッチSが開いています。電圧計がスイッチの両端に接続されています。まず、発電機2の電機子が発電機の定格速度まで加速されます。発電機2の励起は、電圧計がゼロの読み取り値を示すまで変更されます。読み取り値がゼロの場合は、端子電圧がバスバー電圧または発電機1電圧と同じであることを意味します。
したがって、スイッチSを閉じた後、ジェネレーター2はジェネレーター1と並列に接続されますが、ジェネレーター2は負荷をかけていません。発電機2の誘導起電力はバスバー電圧と同じであるためです。したがって、同じ電位差で流れる電流はありません。この状態では、発電機2はシステム内のフローティング発電機として知られています。
ジェネレータ2の誘導EMFは、バスバー電圧よりも高くなければなりません。この状態で、ジェネレータ2が負荷を供給します。発電機2から供給される電流は;
場所
- R a =電機子回路の抵抗
- E=誘導起電力
- V=バスバー電圧
新しいジェネレーターの誘導起電力は、フィールドを制御することで制御できます。また、誘導起電力を制御することで、負荷の分担を制御できます。
DC複合ジェネレーターの並列操作
2つの複合ジェネレーターが並列に接続されている接続図を次の図に示します。
複合ジェネレーターには、上昇する特性があります。したがって、修正装置がない場合、DC複合発電機の並列運転は不安定になります。始動時には、各発電機が同じ負荷を負担します。何らかの理由で、電流が発電機1の直列界磁巻線を通過すると、その界磁がさらに強化されます。その結果、生成されたEMFが上昇し、より多くの負荷がかかります。
この操作では、負荷が一定であると想定しました。したがって、発電機2の負荷の割合が減少し、その直列フィールドが弱まります。これにより、負荷が低下します。この効果は累積的です。しばらくすると、generator-1が全負荷を引き受けます。そして発電機-2はモーターとして作動します。この状態では、発電機の回路ブレーカーが作動してこの動作を停止します。
この操作を安定させるには、このシステムで修正デバイスを使用する必要があります。この並列運転では、イコライザーバーは直列巻線の電機子端に接続されます。イコライザーバーは低抵抗の導体です。オーバーコンパウンドおよびレベルコンパウンドジェネレーターの動作を安定させるために使用されます。
たとえば、generator-1は負荷のより多くのシェアを取り始めます。そして、その直列界磁電流が増加します。ここで、この増加した電流は、発電機1の直列界磁巻線を通過し、発電機2の直列界磁巻線を部分的に通過します。したがって、両方のジェネレーターは同じように影響を受けます。このように、generator-1は負荷全体を取得できず、generator-2は負荷全体をドロップオフできません。
適切な並列運転と負荷の均等な分担を維持するには、両方の発電機のレギュレーションが同じであり、直列界磁抵抗が発電機の定格に反比例する必要があります。
DCシリーズジェネレーターの並列操作
2台のDC直列発電機の並列運転の接続図は、次の図のようになります。
ここでは、両方のジェネレーターが同一であり、負荷の同じ部分を占めると見なします。しかし、何らかの理由で、ジェネレーター1の誘導起電力が増加します（E1> E2）。この状態では、発電機電流I1はI2よりも大きくなります。これにより、generator-1の直列フィールドが強化されます。そして、generator-2の直列フィールドの弱体化。
これは累積的なプロセスです。したがって、最終的には、負荷全体が発電機1によって処理され、発電機2はモーターとして動作します。複合モーターと同様に、この問題はイコライザーバーを使用することで解決されます。このため、2台のマシンがほぼ等しい電流を負荷に流します。
DCジェネレーターの負荷分散
DCシャントジェネレーターの特性はわずかに低下します。したがって、安定した並列運転に最適な発電機です。元の負荷分割を復元する傾向があるため、1つの発電機が多かれ少なかれ負荷をかける場合、両方の発電機はすぐに適切な負荷分散を行います。
障害が発生した状態で、1台の発電機が使用できなくなり、そのフィールドが弱くなっています。この状態では、別の発電機の直列フィールドが増加します。したがって、ブレーカーが開いており、障害のあるジェネレーターがシステムから削除されます。発電機を取り外して接続するこの方法は、システムの信頼性を高め、システム内だけでなく原動機の衝撃や突然の妨害を防ぐのに役立ちます。
シャントジェネレータの電圧特性は次の図のようになります。
上記の特性から、同じ端子電圧Vに対して、ジェネレーター1はI1電流を供給し、ジェネレーター2はI2電流を供給します。ジェネレーター-1はより垂下特性があり、より少ない電流を供給します。両方の発電機は、それらの特性が類似しており、無負荷から全負荷まで同じ電圧降下がある場合、すべてのポイントで負荷を均等に分割します。
kVA定格の異なる2つの発電機が並列に接続されている場合、負荷はそれらの定格に従って共有されます。全負荷電流のパーセンテージでプロットされたそれらの外部特性は、下の図に示すように同一である必要があります。
たとえば、100kVAの1つの発電機と200kVAの別の発電機が240kWの負荷と並列に接続されています。この状態では、最初の発電機は80 kWを共有し、2番目の発電機は160kWを共有します。
各ジェネレーターの個々の特性がわかれば、操作の組み合わせた特性を引き出すことができます。次の図に、各発電機による電流供給を示します。
上記の結果は、ジェネレーターに直線がある場合、グラフィック表現ではなく単純な計算で見つけることができます。ここで、無負荷電圧が等しくない負荷分散部分を計算します。
- E 1 、E 2 =2台の発電機の無負荷電圧
- R 2 、R 2 =アーマチュア抵抗
- V=共通端子電圧
上記の式から、Φ 2 を増やすことで、バスバーの電圧を一定に保つことができることがわかります。 またはN2 またはN1を減らす またはΦ1。 N 2 およびN1 駆動エンジンの速度とΦ1を変更することによって変更されます およびΦ2 シャントフィールド抵抗を使用して制御できます。
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