3.9. Влияние параметров на величину вращающих моментов синхронной машины

В статическом режиме синхронной машины вращающий момент пропорционален

(3.38)

При явно выраженных полюсах ротора имеет место также дополнительный, так называемый реактивный момент, пропорциональный разности

(3.39)

Максимальные вращающие электромагнитные моменты при коротких замыканиях практически имеют порядок, в о.е., определяемый как:

(3.40)

При переходном процессе в машине действуют дополнительные затухающие вращающие моменты одного знака, или пульсирующие, которые в синхронных машинах имеют частоту сети, и двойную частоту сети. Эти моменты и соответствующие им силы создают сильную вибрацию машины[4].

При выпадении машины из синхронизма и возникновении асинхронного хода, то есть при различных скоростях синхронного поля и ротора, возможно продолжение работы машины в режиме асинхронного генератора. Роль замкнутых контуров на роторе (роль короткозамкнутой клетки) играют обмотки возбуждения и демпферная. Вследствие очевидной несимметрии такой «беличьей клетки» асинхронный момент имеет помимо постоянной составляющей ещё и переменную, пульсирующую с двойной частотой скольжения.

Постоянная составляющая пропорциональна

(3.41)

а переменная

(3.42)

При резком изменении режима синхронной машины по активной мощности, но при сохранении устойчивости её параллельной работы с сетью, возникают качания ротора. Они представляют колебания оси ротора относительно оси вращающегося магнитного поля. Абсолютное значение угла нагрузки Θ может быть представлено как его постоянное значение Θ и приращения + δ:

где Θ₌ - постоянный угол нагрузки; Δδ – его переменная составляющая.

Формула постоянного электромагнитного момента явнополюсного генератора с ЭДС и напряжении сети U для установившегося режима имеет вид:

(3.43)

При колебаниях угла Θ соответственно будет изменятся (колебаться) и величина момента, и величина мощности.

3.10 Влияние параметров на перенапряжения

При двухфазном коротком замыкании на свободной фазе кратность напряжения может составить величину [2]

(3.44)

Если, например, синхронная машина, не имеющая на роторе демпферной системы, имеет параметры х''_q = х_q = 0,65 и х''_d = 0,26, то максимальная кратность перенапряжения на свободной фазе, по отношению к номинальному фазовому напряжению, составит при двухфазном коротком замыкании машины, ранее работавшей в режиме холостого хода с номинальным напряжением, величину

.

Если машина включена на нагрузку, обладающую значительной ёмкостью, то могут получиться ещё большие перенапряжения вследствие явления резонанса с ёмкостью на одной из гармоник кривой напряжения.

Величина напряжения при этом будет ограничена в основном величиной активного сопротивления в цепи статора. Резонанс бывает когда

1, 4, 9 (3.45)

здесь х_с – реактивное сопротивление ёмкости нагрузки.

Практически опасность представляет резонанс на 3-й 5-й и 7-й гармониках, то есть когда отношение (3.45) близко к 9, 25 и 49 , Решающей мерой в борьбе с перенапряжениями в цепи статора при несимметричных коротких замыканиях является устройство полной демпферной обмотки ( близко к ).

При симметричном неявнополюсном роторе машины ( ), ток короткого замыкания (ток статора) не содержит высших гармонических, которые единственно являются причиной простых и резонансных перенапряжений.