6.2. Баланс потоков синхронной машины с идеальным ротором

Рассмотрим начальный момент короткого замыкания синхронной машины (аналогичные явления возникают и при переключении на другой нагрузочный режим, отключении и т.п.). Предположим, что её ротор является идеальным без рассеяния.

Все обмотки статора и ротора синхронной машины связаны взаимоиндукциями. В соответствии с первым законом коммутации токи в цепях с индуктивностями не могут измениться скачком, следовательно, они сохраняются такими же, как и в предшествующем режиме. Однако в изменившемся режиме токи состоят из новых слагающих, соответствующих новому режиму. Магнитные потоки машины также в начальный момент сохраняют свои прежние значения, так как энергия контура с током не может измениться мгновенно.

В переходном режиме ток статора состоит из периодической и апериодической слагающих. Периодическая слагающая обусловлена ЭДС, наводимой потоком ротора; апериодическая обеспечивает в момент изменения режима сохранения неизменным мгновенного значения тока. В этом разделе рассматривается только периодическая слагающая тока; при этом предполагается её мгновенное изменение в первый момент КЗ.

Для упрощения анализа магнитный поток машины представляют в виде отдельных составляющих, которые создаются обмотками ротора и статора. Обмотка возбуждения создаёт в продольной оси ротора поток , который пронизывает обмотку статора и наводит в ней отстающую на 90^о градусов ЭДС . Под действием этой ЭДС в обмотке статора (в индуктивности) протекает ток (отстающий от неё на 90^о градусов), который создаёт поток реакции статора в продольной оси , направленный против потока ротора ( ), но вращающийся синхронно с ним (эти потоки взаимно неподвижны). В зазоре машины по продольной оси образуется результирующий поток

.

На рис. 6.3. изображены потоки машины в начальный момент КЗ при идеальном роторе без рассеяния. Так как апериодическая слагающая тока статора не учитывается, то периодическая слагающая в момент КЗ скачком возрастает и, соответственно, возрастает размагничивающаяся реакция статора на величину (со временем результирующий поток, сцеплённый с обмоткой возбуждения , начинает уменьшаться). В обмотках возбуждения и демпферных возникают ЭДС , вызывающие дополнительный свободный ток в обмотке возбуждения и демпферной обмотке (включая и тело ротора). Эти токи и соответствующие им потоки называются ответной реакцией ротора, которая в первый момент КЗ компенсирует возросшую реакцию статора.

Рис. 6.3. Баланс потоков синхронной машины в начальный момент КЗ с

Идеальным ротором без рассеяния

При идеальном роторе в начальный момент КЗ результирующий поток ротора и наводимая им в обмотке статора ЭДС остаются неизменными и могут быть определены по предшествующему режиму. Поэтому начальный сверхпереходный периодический ток в первый момент КЗ может быть найден, используя величину ЭДС воздушного зазора и реактивность рассеяния обмотки статора

, (6.2)

где - сопротивление внешней реактивности.

В действительности из-за рассеяния обмотки возбуждения поток в зазоре и, соответствующая ему ЭДС , несколько снижаются, так как в зазоре возрастание реакции статора не полностью компенсируется ответной реакцией ротора. Поэтому выражением (6.2) нельзя пользоваться для расчёта тока, если ротор имеет рассеяние. Для этих целей используются либо переходные ЭДС и сопротивление, если не учитывается влияние демпферных обмоток, либо сверхпереходные ЭДС и сопротивление, если учитывается влияние демпферных обмоток (или массивного ротора турбогенератора).