Переходные ЭДС и сопротивления синхронной машины

Возникновение короткого замыкания 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 ЭДС и ток короткозамкнутой цепи от их номинальных значений, которые они имели перед коротким замыканием, до новых значений, соответствующих установившемуся режиму короткого замыкания.

Рассмотрим баланс магнитных потоков при установившемся симметричном режиме работы синхронной машины без демпферных обмоток. При отсутствии насыщения каждый из потоков и их отдельные составляющие рассматриваются независимо один от другого.

Полный поток обмотки возбуждения при холостом ходе Ф, состоящий из полезного потока Ф^_ас1 и потока рассеяния ротора Ф_а^, равен результирующему магнитному потоку Ф^ (рис. 8.1, а):

В нагрузочном режиме полезный поток Ф^ равен геометрической разности продольного потока в воздушном зазоре Ф_м и потока продольной реакции статора Ф_аср

Результирующий магнитный поток Ф₍г сцепленный с обмоткой возбуждения, равен сумме потока в воздушном зазоре Ф_м и потока рассеяния Ф^

На рис. 8.1, б показана диаграмма баланса магнитных потоков синхронной машины в нагрузочном режиме ее работы.

При внезапном коротком замыкании на зажимах синхронной машины происходит увеличение потока продольной реакции статора Ф_а<; на величину ЛФ_{а (}до| (рис. 8.1, в) из-за изменения тока в обмотке статора. В соответствии с законом Ленца приращение потока АФ_а^|о| вызовет ответную реакцию потока обмотки возбуждения Ф^ на величину ЛФдо|_; и этот поток возрастает до Фщ, а приращения соответствующих им потокосцеплений Ду_{а (}}|0|^и Д)/л₀| должны компенсировать друг друга:

Рис. 8.1. Диаграмма баланса магнитных потоков синхронной машины:

а — при холостом ходе; б — в нагрузочном режиме; в — в момент внезапного изменения режима (при коротком замыкании на ее зажимах) Считая потокосцепления выраженными в относительных единицах (см. формулу (4.20)) и величины ротора приведенными к статору, получим.

о откуда ясно, что приращения токов статора A/_d!0| и ротора ДI/|о| отличаются только рассеянием обмотки возбуждения.

В ненасыщенной машине поток рассеяния Ф_пу составляет некоторую постоянную долю потока обмотки возбуждения Фу, которая характеризуется коэффициентом рассеяния обмотки возбуждения

С увеличением потока Фу от Фд, до Ф^₀| пропорционально ему увеличивается поток Ф^ до Ф_сту|о|- Это приводит к уменьшению потока Ф_мо до Ф_Ы|0|. Однако результирующий поток Фузд (см. рис. 8.1, б) сохраняет свое предшествующее значение ФухоНеизменность результирующего потока Фд, сцепленного с обмоткой возбуждения, позволяет характеризовать машину в начальный момент переходного процесса результирующим потокосцеплением этой обмотки Ч*^. Если Ч’д; рассматривать как потокосцепление на холостом ходу машины, то его часть, связанная со статором, будет.

Именно это потокосцепление и обусловленная им ЭДС в обмотке статора ?' сохраняют в начальный момент переходного процесса свои предшествующие значения.

Потокосцепление (8.7) можно выразить через соответствующие токи и сопротивления:

Этому потокосцеплению соответствует ЭДС статора.

которую называют поперечной переходной ЭДС, а сопротивление.

называют продольным переходным сопротивлением.

Начальное значение ?'|₀| определяется из выражения (8.9) подстановкой величин U_q0 и I_d0> с которыми машина работала до нарушения режима.

На рис. 8.2 приведена векторная диаграмма явнополюсной машины при нагрузке ее отстающим током.

Вектор Е' по направлению совпадает с вектором Е_д, а по значению меньше его на jl_d(.x_d — x'_d). Оставаясь неизменной в начальный момент изменения режима, переходная ЭДС ?' совместно с переходным сопротивлением x'_d позволяет связать предшествующий режим с новым режимом машины, т. е. оценить внезапный переход от одного режима работы к другому. Если в поперечной оси ротора нет замкнутых контуров, то продольная ЭДС ?' = 0 и x'_q — x_q, а периодическая составляющая тока в начальный момент переходного процесса, называемая начальным переходным током, определяется как.

где х_вн — внешнее сопротивление цепи статора.

Puc. 8.2. Векторная диаграмма явнополюсной синхронной машины.