- •6. Электромагнитный переходный процесс в электрических машинах
- •6.1. Уравнения синхронной машины в фазных координатах
- •6.2. Баланс потоков синхронной машины с идеальным ротором
- •Идеальным ротором без рассеяния
- •6.3. Переходные эдс и реактивность синхронной машины
- •Неидеальным ротором (имеющим рассеяние)
- •6.4. Сверхпереходные эдс и реактивность синхронной машины
- •В поперечной оси
- •6.6. Физическая картина протекания переходного процесса в синхронной машине при трёхфазном кз
- •6.5. Уравнения Парка – Горева
- •Статора синхронной машины с арв
- •6.7. Системы возбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения синхронной машины
- •6.8. Гашение магнитного поля синхронной машины
- •6.9. Переходные процессы в электрических двигателях
6.2. Баланс потоков синхронной машины с идеальным ротором
Рассмотрим начальный момент короткого замыкания синхронной машины (аналогичные явления возникают и при переключении на другой нагрузочный режим, отключении и т.п.). Предположим, что её ротор является идеальным без рассеяния.
Все обмотки статора и ротора синхронной машины связаны взаимоиндукциями. В соответствии с первым законом коммутации токи в цепях с индуктивностями не могут измениться скачком, следовательно, они сохраняются такими же, как и в предшествующем режиме. Однако в изменившемся режиме токи состоят из новых слагающих, соответствующих новому режиму. Магнитные потоки машины также в начальный момент сохраняют свои прежние значения, так как энергия контура с током не может измениться мгновенно.
В переходном режиме ток статора состоит из периодической и апериодической слагающих. Периодическая слагающая обусловлена ЭДС, наводимой потоком ротора; апериодическая обеспечивает в момент изменения режима сохранения неизменным мгновенного значения тока. В этом разделе рассматривается только периодическая слагающая тока; при этом предполагается её мгновенное изменение в первый момент КЗ.
Для упрощения
анализа магнитный поток машины
представляют в виде отдельных составляющих,
которые создаются обмотками ротора и
статора. Обмотка возбуждения создаёт
в продольной оси ротора поток
,
который пронизывает обмотку статора и
наводит в ней отстающую на 90о
градусов ЭДС
.
Под действием этой ЭДС в обмотке статора
(в индуктивности) протекает ток (отстающий
от неё на 90о градусов), который
создаёт поток реакции статора в продольной
оси
,
направленный против потока ротора (
),
но вращающийся синхронно с ним (эти
потоки взаимно неподвижны). В зазоре
машины по продольной оси образуется
результирующий поток
.
На рис. 6.3. изображены
потоки машины в начальный момент КЗ при
идеальном роторе без рассеяния. Так как
апериодическая слагающая тока статора
не учитывается, то периодическая
слагающая в момент КЗ скачком возрастает
и, соответственно, возрастает
размагничивающаяся реакция статора на
величину
(со временем результирующий поток,
сцеплённый с обмоткой возбуждения
,
начинает уменьшаться). В обмотках
возбуждения и демпферных возникают ЭДС
,
вызывающие дополнительный свободный
ток в обмотке возбуждения
и демпферной обмотке
(включая и тело ротора). Эти токи и
соответствующие им потоки называются
ответной реакцией ротора, которая в
первый момент КЗ компенсирует возросшую
реакцию статора.
Рис. 6.3. Баланс потоков синхронной машины в начальный момент КЗ с
Идеальным ротором без рассеяния
При идеальном
роторе в начальный момент КЗ результирующий
поток ротора
и наводимая им в обмотке статора ЭДС
остаются неизменными и могут быть
определены по предшествующему режиму.
Поэтому начальный сверхпереходный
периодический ток в первый момент КЗ
может быть найден, используя величину
ЭДС воздушного зазора
и реактивность рассеяния обмотки статора
, (6.2)
где
- сопротивление внешней реактивности.
В действительности
из-за рассеяния обмотки возбуждения
поток в зазоре
и, соответствующая ему ЭДС
,
несколько снижаются, так как в зазоре
возрастание реакции статора не полностью
компенсируется ответной реакцией
ротора. Поэтому выражением (6.2) нельзя
пользоваться для расчёта тока, если
ротор имеет рассеяние. Для этих целей
используются либо переходные ЭДС и
сопротивление, если не учитывается
влияние демпферных обмоток, либо
сверхпереходные ЭДС и сопротивление,
если учитывается влияние демпферных
обмоток (или массивного ротора
турбогенератора).
