6.3. Переходные эдс и реактивность синхронной машины
В дальнейшем будем предполагать, что обмотки ротора приведены к виткам обмотки статора и все величины выражены в относительных единицах; в этом случае реактивные сопротивления обмоток равны их индуктивностям.
Будем считать,
что ротор машины неидеальный, т.е. обмотка
возбуждения имеет рассеяние. Рассмотрим
баланс потоков машины без учёта демпферных
контуров. При этом ЭДС
и сопротивление
синхронной машины, характеризующие
переходный процесс в начальный момент
КЗ, называются переходными. Переходные
ЭДС и сопротивление используются для
расчёта начального переходного тока
КЗ
для синхронных машин без демпферных
обмоток.
Потоки в продольной
оси ротора в нагрузочном симметричном
режиме показаны на рис.6.4. Полный поток,
создаваемый обмоткой возбуждения,
состоит из полезного потока
,
пронизывающего обмотки статора, и потока
рассеяния
.
Индуктивный ток статора создаёт
продольную составляющую реакции статора
.
Результирующий поток в воздушном зазоре
определяется разностью абсолютных
значений потоков
.
Результирующий поток, сцеплённый с
обмоткой возбуждения,
.
Рис. 6.4. Баланс потоков синхронной машины в начальный момент КЗ с
Неидеальным ротором (имеющим рассеяние)
В соответствии с
первым законом коммутации поток обмотки
возбуждения (внутри ротора) в начальный
момент КЗ не изменяется, а приращение
реакции статора
компенсируется ответной реакцией ротора
,
т.е.
.
Учитывая, что
,
последнее соотношение перепишем в виде
,
где
- сопротивление рассеяния обмотки
возбуждения.
Из последнего равенства видно, что приращения токов в обмотках ротора и статора пропорциональны друг другу, а различие между ними обусловлено рассеянием обмотки возбуждения. Поток рассеяния характеризуется коэффициентом рассеяния
.
Как видно из
рис.6.4 поток
при КЗ увеличивается, поэтому и
увеличивается и поток рассеяния
.
Однако в первый момент КЗ результирующий
поток обмотки возбуждения
остаётся неизменным. Следовательно,
возрастание реакции статора внутри
ротора полностью компенсируется ответной
реакцией ротора. Однако в воздушном
зазоре происходит неполная компенсация,
так как ротор имеет рассеяние. Поэтому
результирующий поток в воздушном зазоре
и, соответствующая ему ЭДС в обмотке
статора
,
в первый момент КЗ уменьшаются и выражение
(6.2) не может быть использовано для
расчёта начального тока КЗ.
Расчёт тока в начальный момент КЗ синхронной машины, ротор которой не имеет демпферных обмоток, производится с использованием переходной ЭДС и переходного сопротивления. Эти параметры можно определить из схемы замещения СМ.
Синхронную машину можно представить как двухобмоточный трансформатор, схема которой для токов в продольной оси показана на рис.6.5, а. Первичный ток протекает в обмотке возбуждения, вторичный – в обмотке статора. В отличие от трансформатора по первичной обмотке (обмотке возбуждения) протекает постоянный ток; но благодаря вращению ротора обмотка статора пронизывается переменным потоком, как и вторичная обмотка трансформатора. Следовательно, постоянному току обмотки ротора соответствует переменный ток обмотки статора. При индуктивной нагрузке намагничивающая сила обмотки возбуждения превышает намагничивающую силу обмотки статора, так как часть первой затрачивается на создание магнитного потока.
В схеме на рис.6.5,
а ЭДС
создаётся результирующим потоком
обмотки возбуждения
.
Так как все величины приведены к виткам
обмотки статора, то магнитную связь
между ротором и статором можно заменить
электрической; при этом получим схему
замещения, приведенную на рис.6.5, б.
Заменив параллельные ветви одной
эквивалентную генерирующую ветвь с
параметрами (рис.6.5, в)
;
.
ЭДС
называется переходной ЭДС по поперечной
оси, а реактивность
переходным сопротивлением по продольной
оси. Таким образом, в начальный момент
КЗ при отсутствии демпферных обмоток
на роторе генератора относительно
большое сопротивление реакции статора
шунтируется небольшим сопротивлением
рассеяния обмотки возбуждения
.
Для типового турбогенератора мощностью
до 100 МВт:
= 1,32;
= 0,11;
= 0,21. Если рассеяние ротора отсутствует
=0,
то сопротивление реакции статора
полностью закорочено и в первый момент
КЗ ЭДС воздушного зазора
сохраняется неизменной.
Рис. 6.5. К определению переходных ЭДС и реактивности синхронной машины
а) – исходная принципиальная схема, б и в – схемы замещения
При расчёте переходных ЭДС, реактивностей и токов, так как обмотка возбуждения ориентирована в продольной оси, а демпферные обмотки не учитываются, или отсутствуют, поэтому в переходном режиме:
= 0; 
.
У явнополюсных
машин зазор в поперечной оси ротора
значительно больше, чем в продольной,
поэтому при одной и той же намагничивающей
силе поток в поперечной оси меньше
потока в продольной, следовательно,
всегда
.
У турбогенераторов в продольной оси
имеется лишь большой зубец, зазор в
продольной и поперечной осях примерно
одинаков и
.
Переходную ЭДС
по поперечной оси можно найти из
предшествующего нагрузочного режима
,
или приближённо
.
Переходная ЭДС сохраняет своё значение неизменным в начальный момент КЗ, поэтому используется для расчёта переходного тока. При неучёте или отсутствии демпферных обмоток, ответная реакция ротора имеется только в продольной оси (в обмотке возбуждения). Поэтому при индуктивной цепи КЗ переходный ток будет только продольным
. (6.3)