Физическая картина явлений при внезапном трехфазном коротком замыкании синхронного генератора

Процесс внезапного короткого замыкания обмотки якоря в главнейших чертах аналогичен короткому замыканию в любой цепи переменного тока, например внезапному короткому замыканию вторичной обмотки трансформатора. Это означает, что в фазах обмотки якоря возникают вынужденные периодические токи и свободные апериодические токи, затухающие с определенными постоянными времени.

Теорема о постоянстве потокосцепления.

Дифференциальное уравнение электрической цепи, в которой нет источников посторонних ЭДС, имеет вид.

где Ч* - полное потокосцсплснис этой цепи, обусловленное как собственным потоком, так и потоками взаимной индукции других электрических цепей, индуктивно связанных с ней.

Если г = 0, то получим откуда У = const. Следовательно, по;

токосцепление сверхпроводящей электрической цепи остается постоянным.

Периодические и апериодические токи обмотки якоря.

Согласно теореме о постоянстве потокосцеплсния, при г = гf = г., потокосцспле;

ния фаз якоря должны оставаться неизменными, где r_a, r_f, r_y — активные сопротивления обмоток якоря (фазы), возбуждения, успокоительной соответственно.

Рис. 3.29.

Рис. 3.30.

Однако постоянные потокосцепления фаз статора могут создаваться только апериодическими токами в фазах этой обмотки. Эти токи создают апериодический поток якоря.

Вследствие вращения ротора в фазах обмотки якоря возникают периодические синусоидальные токи с амплитудой 1_пт, которые создают периодический поток якоря, направленный встречно потоку обмотки возбуждения, сохраняя неизменным потокосцепления фаз якоря.

Периодические и апериодические токи индуктора. Согласно теореме о постоянстве потокосцепления, при /у = г_у = 0 апериодический поток якоря вызывает периодические токи в индукторе и успокоительной обмотке, а периодический поток якоря вызывает апериодические токи в индукторе Д/_/а и в успокоительной обмотке /_уй.

Значения токов внезапного трехфазного короткого замыкания. Полный (ударный) ток короткого замыкания обмотки якоря равен:

где /" - мгновенное значение периодического тока обмотки якоря; /_й — мгновенное значение апериодического тока обмотки якоря.

Рис. 3.31

Мгновенное значение тока короткого замыкания по мере протекания переходного процесса имеет три наименования: свсрхпереходнос, переходное, установившееся.

Сверхпереходный ток обмотки якоря обусловлен продольным сверхпереходным индуктивным сопротивлением обмотки якоря х" (рис. 3.29), которое определяется действием успокоительной обмотки и обмотки возбуждения.

Переходный ток якоря обусловлен продольным переходным индуктивным сопротивлением обмотки якоря х₍₁ (рис. 3.30), которое определяется действием обмотки возбуждения.

Установившийся ток короткого замыкания определяется синхронным индуктивным сопротивлением по продольной оси х_(/ (рис. 3.31).

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания при / = со равна нулю. Периодическая составляющая тока короткого замыкания при / = оо равна установившемуся току короткого замыкания.

Ударный ток короткого замыкания (сверхпереходный) где Е_т — амплитудное значение ЭДС фазы обмотки якоря.

где х_вПх — индуктивные сопротивления рассеяния обмоток возбуждения, успокоительной соответственно.

Как и в трансформаторе, в обмотке якоря при коротком замыкании возникают большие электродинамические усилия. Эти усилия стремятся отогнуть лобовые части обмотки якоря. Циклические деформации лобовых частей, в особенности перегибы при выходе из паза, могут вызвать повреждение изоляции и ее пробой. Поэтому в мощных машинах требуется особо надежное крепление лобовых частей обмотки якоря.