§6 Начальный момент пп в синхронной машине (внезапное изменение режима)

Рассмотрим потоки, проходящие через тело ротора в установившемся режиме. Установившийся режим примем в качестве исходного для последующего переходного процесса.

– поток в обмотке возбуждения. Часть этого потока замыкается через тело статора , а часть замыкается по воздуху .

– поток продольной реакции статора.

Момент короткого замыкания в цепи статора (на выводах генератора). Ток в момент КЗ: . Полный ток мгновенно измениться не может, поэтому: .

Так как у СМ ротор вращается, то ПП оказывается более сложным и, кроме двух рассматриваемых составляющих тока, имеются и другие.

Теория ПП в синхронных машинах рассматривает раздельное действие составляющих полного тока статорной обмотки, поэтому допускается скачкообразное изменение одной составляющей (периодической) при условии, что остальные составляющие компенсируют это изменение.

Поток, создаваемый апериодической составляющей, неподвижен относительно статора, действие его на ротор имеет пульсирующий характер и среднее значение равно нулю.

В первый момент внезапного нарушения режима результирующий поток не меняется, следовательно, изменение реакции якоря в роторе никак не проявляется:

.

Установившийся режим КЗ.

Полное потокосцепление обмотки возбуждения:

. (1)

Потокосцепление статорной обмотки:

. (2)

Из (1) выразим и подставим в (2):

,

.

При неизменной частоте вращения синхронного генератора, напряжение пропорционально потокосцеплению обмотки статора , а в относительных единицах равно ему:

,

,

– переходное индуктивное сопротивление СМ по продольной оси;

– переходная ЭДС синхронной машины (расчетная величина).

– расчетная величина, которую физически нельзя измерить, представляет собой величину пропорциональную полному потокосцеплению обмотки возбуждения и поэтому остается неизменной в первый момент ПП. Переходная ЭДС позволяет представить СМ с помощью ЭДС, рассчитанной по параметрам нормального режима и не меняющейся в первый момент ПП.

В дальнейшем изменяется с постоянной времени , стремясь к установившемуся значению, соответствующему установившемуся значению тока возбуждения.

.

Так как в машине без успокоительных (демпферных) обмоток вдоль поперечной оси никаких замкнутых контуров (обмоток) нет, то

.

, так как вдоль поперечной оси токов нет, следовательно, явнополюсная машина в переходном режиме может быть представлена ЭДС за сопротивлением .

§7 Сверхпереходные эдс и индуктивность

У явнополюсных СМ (гидрогенератор) на роторе, кроме обмотки возбуждения, находятся продольная и поперечная успокоительные обмотки.

1d – продольная успокоительная обмотка;

1q – поперечная успокоительная обмотка.

Успокоительные обмотки выполняются в виде стержней, закороченных с обоих концов. Источники и токи нормальных режимов отсутствуют. У неявнополюсных машин (турбогенераторы) как таковых успокоительных обмоток нет, их роль выполняют проводники, замкнутые контуры, появляющиеся в массивном теле ротора.

Назначение успокоительных обмоток: гашение свободных колебаний (качаний ротора). Во время ПП в обмотках ротора, а также в самом роторе, наводятся свободные токи. При взаимодействии их с магнитным полем статора появляется успокоительный момент, стремящийся восстановить синхронную скорость вращения генератора.

Наличие успокоительных обмоток уменьшает электрическую несимметрию ротора во время ПП.

При резком изменении режима появляется ток реакции статора.

– реакция статора;

– ответная реакция ротора.

Реакция статора и ответная реакция ротора направлены встречно.

При внезапном изменении режима, в обмотках статора появляются и , и создаются потоки реакции якоря. Вследствие этого, в обмотках ротора наводятся свободные токи, которые создают потоки, направленные навстречу изменения реакции якоря.

При наличии демпферных обмоток, компенсация реакции статора продольной оси машины, обеспечивается токами не только в обмотке возбуждения, но и в демпферных обмотках. Внезапное приращение вызовет ответную реакцию ротора, которая образуется из приращений потоков обмотки возбуждения и продольной (демпферной).

Баланс результирующих потокосцеплений должен сохраниться неизменным.

(о.в.) , (1)

(п.д.о.) . (2)

Приравняв левые части (1) и (2), получим соотношение между токами обмотки возбуждения и продольной демпферной обмотки :

, (3)

– скачок тока возбуждения, приведенный к статору;

– начальный ток продольной демпферной обмотки, приведенный к статору;

и – реактивности рассеяния обмоток возбуждения и продольной демпферной.

Из (3) следует, что чем меньше рассеяние обмотки возбуждения, тем больше наведенный в ней ток, и тем больше ее участие в создании ответной реакции ротора.

По аналогии с машиной без демпферных обмоток, для машины с демпферными обмотками:

,

– сверхпереходное сопротивление по продольной оси СГ.

.

,

– сверхпереходное сопротивление по поперечной оси СГ.

Напряжения:

и – сверхпереходные ЭДС.

Приставка «сверх» показывает, что эти величины учитывают влияние демпферных обмоток. Эти ЭДС сохраняются в начальный момент переходного процесса неизменными.

При трехфазном коротком замыкании на выводах генератора:

.

Для неявнополюсной машины: .