Внезапное короткое замыкание синхронной машины

В синхронной машине, так же как и в любой другой электрической машине, при переходе от одного установившегося режима работы к другому возникает ряд явлений, изучение которых имеет важное значение, так как на практике с ними часто приходится иметь дело. Эти явления переходного процесса возникают вследствие изменения энергии магнитных полей машины, а также вследствие изменения кинетической энергии ее вращающихся частей.

Изменение кинетической энергии вызывается нарушением равновесия вращающих моментов, действующих на ротор машины. Возникающие при этом переходные процессы, если машина работает параллельно с другими синхронными машинами, характеризуются колебаниями скорости около синхронной.

Мы здесь рассмотрим главным образом переходные процессы, которые обусловлены изменением энергии магнитных полей. Они возникают при всяком нарушении режима работы синхронной машины и особенно резко проявляются при внезапном коротком замыкании обмотки статора. В этом случае в обмотках статора и ротора возникают очень большие токи, во много раз превышающие их номинальные значения. Такие токи опасны не только для самой машины, но и для аппаратуры и других элементов распределительных устройств электрических станций и подстанций, с которыми она связана. В машине они создают значительные механические силы, особенно опасные для лобовых частей обмоток статора. Кроме того, создаются большие вращающие моменты, действующие на ротор и статор, которые также необходимо иметь в виду при конструировании машины.

Основные характеристики и параметры синхронной машины при симметричном установившемся режиме.

При нагрузке генератора по статорным обмоткам протекают симметричные токи, которые определяются как проекция вектора на оси фаз . Обобщенный вектор тока можно разложить на продольную и поперечную составляющие.

– результирующий поток, связанный со статорной обмоткой.

Ток создает поток продольной реакции статора ;

;

создает поток поперечной реакции статора ; .

Так как потокосцепления и наводимые ЭДС пропорциональны магнитным потокам, то ЭДС реакции статора:

, – индуктивные сопротивления продольной и поперечной составляющей реакции статора.

Ток создает поток рассеяния статора

;

.

Если пренебречь активным сопротивлением ( ), то напряжение на выводах статорной обмотки можно определить следующим образом:

– синхронное сопротивление СМ по продольной оси,

– синхронное сопротивление СМ по поперечной оси.

Для явнополюсной машины , так как в направлении оси q у явнополюсной машины воздушный зазор больше, чем в напряжении оси d.

Напряжение на выводе статорной обмотки можно разложить на составляющие:

Для неявнополюсной машины .

Так как реальная обмотка возбуждения является однофазной, а приведенная — многофазной, то коэффициенты приведения тока и напряжения будут различны, как и у асинхронной машины. Токи «фаз» приведенной обмотки возбуждения составляют симметричную m-фазную систему токов, создающую магнитный поток по продольной оси. В нормальном установившемся режиме работы эти токи постоянны. При этом следует представить себе также, что ось одной из фаз приведенной обмотки возбуждения совпадает с продольной осью машины. Эту фазу можно назвать основной и ток этой фазы i'f и напряжение и рассматривать в качестве тока и напряжения приведенной обмотки возбуждения. В симметричном установившемся режиме работы I и U соответствуют амплитудам тока и напряжения «застывшего переменного тока» m-фазной обмотки.