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:

• Г1 — генератор вырабатывающий электроэнергию и включённый в электрическую сеть;
• Г2 — генератор который необходимо включить в электрическую сеть параллельно электрогенератору Г1;
• V — вольтметр;
• П — переключатель для вольтметра;
• С – ламповый синхроноскоп с тремя лампами 1, 2, 3.
• В1 и В2 – выключатели электрогенераторов. Выключатель В1 замкнут, а выключатель В2 надо замкнуть по сигналу синхроноскопа.

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».

Виды

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.