Переходные процессы в электрических машинах при трехфазных коротких замыканиях Переходный процесс в синхронной машине без демпферных обмоток
В
озникновение
КЗ на зажимах синхронной машины или
вблизи расположенных точек сети приводит
к появлению в машине переходного
процесса, обусловленного изменением
результирующего магнитного потока в
ее воздушном зазоре. Во время переходного
процесса изменяются э. д. с. и ток
короткозамкнутой цепи от их номинальных
значений, которые они имели перед КЗ,
до новых значений, соответствующих
установившемуся режиму КЗ.
Рис.46. Диаграммы
магнитных потоков синхронной машины
при нормальном режиме (а)
и внезапном КЗ на ее зажимах (б)
при холостом ходе состоит из полезного
потока
и потока рассеяния
(рис.46, а). В свою очередь, полезный поток
равен геометрической разности продольного
потока в воздушном зазоре
и потока продольной реакции статора
.
Результирующий магнитный
поток
,
сцепленный с обмоткой возбуждения,
равен сумме потоков
и
.
При
внезапном КЗ на зажимах синхронной
машины происходит увеличение магнитного
потока реакции статора на
из-за изменения тока в обмотке статора.
Ввиду малого активного сопротивления
обмотки статора этот поток направлен
против основного потока возбуждения
и стремится изменить его в сторону
уменьшения. Однако баланс магнитных
потоков в начальный момент не изменится
(рис.46, б), так как согласно закону Ленца
изменение потока на
вызывает ответный поток реакции обмотки
возбуждения
,
компенсирующий поток
.
В результате сумма приращений
потокосцеплений
(143)
или
(144)
где
и
— соответственно приращения токов
статора и ротора, которые отличаются
между собой на величину, обусловленную
рассеянием обмотки возбуждения.
Поток рассеяния в ненасыщенной машине характеризуется коэффициентом рассеяния обмотки возбуждения
(145)
Увеличение потока
до
приводит к пропорциональному увеличению
потока
до
и соответствующему уменьшению потока
до
.
При этом результирующий поток
,
сцепленный с обмоткой возбуждения,
остается неизменным и равным
.
Неизменность
результирующего потока, сцепленного с
обмоткой возбуждения, позволяет
характеризовать машину в начальный
момент переходного процесса результирующим
потокосцеплением этой обмотки
.
Если рассматривать
как потокосцепление на холостом ходу
машины, то часть этого потокосцепления,
связанная со статором,
(146)
Этому потокосцеплению
соответствует э. д. с. статора
,
которая в начальный момент переходного
процесса остается такой же, как и до его
появления (до КЗ).
Потокосцепление (146) можно выразить через соответствующие токи и сопротивления, записав
Потокосцепление
соответствует э. д. с. в статоре
(147)
Э. д. с.
называют поперечной
переходной э. д. с.,
а сопротивление
(148)
— продольным переходным индуктивным сопротивлением.
Значение
можно определить по формуле (147), если
подставить в нее значения
и
,
с которыми машина работала до появления
переходного процесса.
Векторная диаграмма
явнополюсной синхронной машины,
работающей с отстающим током, показана
на рис.47. По направлению э.д.с.
совпадает с э.д.с.
,
а по значению меньше ее на
.
Поскольку э. д. с. Ё„
остается неизменной в начальный момент
КЗ, эта э. д. с. совместно с позволяет
оценить внезапный переход от одного
режима работы машины к другому.
Рис.47. Векторная диаграмма явнополюсной синхронной машины, работающей с отстающим током
Переходные э. д. с. и индуктивное сопротивление машины без демпферных обмоток могут быть получены также из ее схемы замещения (рис.48, а), которая аналогична схеме замещения двухобмоточного трансформатора (рис.48, б).
Рис.48. К рассмотрению переходного процесса в синхронной машине без демпферных обмоток
Заменив ветви с
и
одной эквивалентной ветвью, можно
получить схему замещения машины с
параметрами
и
(рис.48, в). При этом
(149)
а
(150)
Если в поперечной
оси ротора замкнутых контуров нет, то
=0,
и периодическая составляющая тока в
начальный момент переходного процесса,
называемая начальным переходным
током, определяется выражением
(151)
где хВН — внешнее индуктивное сопротивление цепи статора.