Переходный процесс при КЗ на шинах синхронного генератора

В следующем разделе обсуждается вопрос переходного процесса при трехфазном КЗ на шинах синхронной машины или вблизи нее в электрическом смысле.

Разницу в осциллограммах токов при питании от ШБМ и КЗ вблизи генератора можно понять из следующих иллюстраций.

Из рисунков можно заметить, что в первом случае периодический ток (синий) после возникновения КЗ по амплитуде неизменен, в то время как во втором наблюдается всплеск периодического тока, амплитуда которого затем убывает по экспоненте до своего установившегося значения (для удобства восприятия на графиках отмечены огибающие периодических токов пунктиром). Это ведет и к соответствующему изменению результирующего тока КЗ (красный).

Ц ель данного раздела — показать, как влияет синхронная машина на переходный процесс и какими э.д.с. и реактивностями можно характеризовать ее в переходном процессе?

Выяснить ответ на этот вопрос возможно при рассмотрении балансов магнитных потоков в синхронной машине. При отсутствии насыщения каждый поток и отдельные составляющие можно рассматривать независимо один от другого.

Будем последовательно рассматривать режимы: а) режим холостого хода машины; б) нормальный нагрузочный режим; в) начальный момент КЗ; г) режим установившегося КЗ.

Режим холостого хода

В режиме холостого хода машины полный поток обмотки возбуждения Фf, вызываемый током возбуждения ротора, состоит из потока рассеяния ротора Фf и полезного потока Фfd равен результирующему суммарному магнитному потоку, сцепленному с обмоткой возбуждения (коричневый вектор Фf).

Слева на рисунке показано протекание потоков в синхронной машине в разрезе. Справа — потоки представлены в векторной форме.

Нагрузочный режим

В нагрузочном режиме возникает ток статора и, соответственно, его поток Фad, называемый потоком реакции статора (якоря). Этот поток направлен встречно потоку ротора и уменьшает результирующий поток.

Потокосцепление магнитного потока Фf, создаваемого током if обмотки возбуждения, определяется как:

.

Поток реакции статора обусловлен продольной составляющей тока статора, также пронизывает обмотку возбуждения:

.

В соответствии с правилом Ленца суммарный поток обмотки возбуждения можно определить по формуле:

.

Вообще, полный поток статора складывается не только из потока, пронизывающего ротор Фad, но и потока рассеяния статора Ф. Учитывая этот факт, можно записать на этот раз для суммы потоков, пронизывающих статор, следующее выражение:

.

В этих выражениях: х - сопротивление рассеяния обмотки статора; xf - сопротивление обмотки ротора; xad - сопротивление реакции статора; xd = х + xad -синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси.

При неизменной частоте вращения поперечная составляющая напряжения генератора Uq пропорциональна полезному потоку ротора, проникающему в статор Фd, а в относительных единицах равна ему.

В тоже время, ток возбуждения if вызывает поток ротора Фf, пропорционально которому индуцируется э.д.с. машины Eq (в относительных единицах э.д.с. равен току возбуждения):

Таким образом, последнее выражение может быть записано так:

,

и схема замещения синхронного генератора:

При симметрии ротора и отсутствии в поперечной его оси каких-либо специальных замкнутых контуров, продольная э.д.с. Ed раван нулю.

Начальный момент КЗ