3.9.1. Гашение магнитного поля

При внутренних коротких замыканиях, в обмотке якоря синхронного генератора (рис. 3.28), ток возбуждения продолжает создавать основной магнитный поток и индуктировать ЭДС в обмотке якоря, поэтому в ней продолжают протекать большие токи. Чтобы не допустить повреждений генератора, необходимо быстро довести ток возбуждения и поток до нуля. Такая операция называется гашением магнитного поля.

Рис. 3.28

1 - якорь генератора; 2 - обмотка возбуждения генератора; 3 - выключатель генератора; 4 - якорь возбудителя; 5 - обмотка возбуждения возбудителя; 6 - реостат регулирования тока возбуждения возбудителя; 7 - сопротивление гашения поля; 8 и 9 - контакты автомата гашения поля (АГП)

Гашение поля возможно путем разрыва цепи обмотки возбуждения генератора с помощью контактов 8. Однако, это недопустимо, так как при этом в обмотке возбуждения генератора индуктируется весьма большая ЭДС, способная вызвать пробой изоляции. При нормальной работе контакты 8 замкнуты, а контакты 9 разомкнуты. При внутренних замыканиях релейная защита замыкает контакты 9 и размыкает контакты 8. Обмотка возбуждения генератора остается замкнутой через сопротивление 7 гашения поля, которое в раз больше сопротивления самой обмотки возбуждения. При этом ток затухает тем быстрее, чем больше сопротивление гашения поля.

3.9.2. 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 полное потокосцепление этой цепи, обусловленное как собственным потоком, так и потоками взаимной индукции других электрических цепей, индуктивно связанных с ней.

Если то получим откуда Следовательно, потокосцепление сверхпроводящей электрической цепи остается постоянным.

Периодические и апериодические токи обмотки якоря. Согласно теореме о постоянстве потокосцепления, при потокосцепления фаз якоря должны оставаться неизменными, где - активные сопротивления обмоток якоря (фазы), возбуждения, успокоительной, соответственно.

Рис.3.30 Рис.3.29

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 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 апериодический поток якоря вызывает периодические токи в индукторе и успокоительной обмотке, а периодический поток якоря вызывает апериодические токи в индукторе и в успокоительной обмотке

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

где мгновенное значение периодического тока обмотки якоря; мгновенное значение апериодического тока обмотки якоря.

Рис.3.31

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

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

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

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

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания при равна нулю. Периодическая составляющая тока короткого замыкания при равна установившемуся току короткого замыкания.

Ударный ток короткого замыкания (сверхпереходный)

где - амплитудное значение ЭДС фазы обмотки якоря.

где 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.