Тема №6: «Начальный момент внезапного изменения режима синхронной машины»

План:

1. Физические процессы в начальный момент КЗ.

2. Переходные ЭДС и индуктивные сопротивления.

3. Схемы замещения и ВД СМ без демпферных обмоток.

4. Сверхпереходные ЭДС и индуктивные сопротивления.

5. Схемы замещения и ВД СМ с демпферной обмоткой.

6. Определение начальных значений токов КЗ.

7. Учет влияния нагрузки в начальный момент переходного процесса.

Литература: Л1 – с. 112-144, Л2 – с. 42-48, Л3 – с. 87-97.

1. В основу анализа положим принцип неизменности первоначального потокосцепления применительно к результирующему потокосцеплению обмотки возбуждения (рис. 6.1).

Рисунок 6.1

При нормальном режиме работы СМ без демпферных обмоток (верхняя часть рис. 6.1) полный поток ее обмотки возбуждения при холостом ходе состоит из полезного потока , который проникает в статор и наводит в его обмотке ЭДС, и потока рассеяния . Ток в статоре создает ответную реакцию в виде потока . При этом полезный поток представляет собой геометрическую разность продольного потока в воздушном зазоре и продольной реакции обмотки статора . Результирующий магнитный поток , сцепленный с обмоткой возбуждения, складывается из потока и потока рассеяния . При внезапном КЗ в статоре увеличивается ток статора, что приводит к увеличению потока из-за внезапного увеличения потока продольной реакции статора на .

Поскольку результирующий поток, сцепленный с обмоткой возбуждения, мгновенно измениться не может, то на такую же величину, но противоположную по знаку, должен увеличиться полный поток, созданный током возбуждения (по закону Ленца). Это произойдет за счет возникновения в обмотке возбуждения апериодического тока.

Коэффициент рассеяния – это некоторый постоянный коэффициент:

.

Поскольку коэффициент рассеяния постоянный, то увеличение полного потока возбуждения будет соответственно увеличивать поток рассеяния обмотки возбуждения, а следовательно изменится (т.е. уменьшится) поток в воздушном зазоре . Таким образом в первый момент возникновения КЗ изменяются все потоки, кроме результирующего потока, сцепленного с обмоткой возбуждения .

Установившуюся ЭДС , зависящую от тока возбуждения, для расчета начального момента КЗ использовать нельзя, так как она в начальный момент изменяется.

2. Рассчитаем ЭДС, наведенную в статоре от результирующего потока, сцепленного с обмоткой возбуждения. Свойство этой ЭДС заключается в том, что она не изменяется в первый момент КЗ. Это позволяет нам, рассчитав ее по параметрам предшествующего режима, использовать для расчета начального значения тока КЗ. Эту ЭДС называют переходной ЭДС.

3. Схемы замещения машины без демпферной обмотки.

Первый случай (вторичная обмотка разомкнута).

Рисунок 6.2

Второй случай (вторичная обмотка замкнута).

Рисунок 6.3

Для СМ картина магнитных потоков дано на рис. 6.4.

Рисунок 6.4

В первый момент КЗ (по продольной оси).

Рисунок 6.5

.

Если преобразуем три сопротивления, то получим переходное индуктивное сопротивление по продольной оси .

Схема замещения по поперечной оси будет такой же, как и в установившемся режиме.

; .

.

Из схемы замещения в первый момент следует выражение для определения переходной ЭДС.

.

Векторная диаграмма (рис. 6.6).

Рисунок 6.6

4. Сверхпереходные ЭДС и сопротивления.

Наличие демпферной обмотки по продольной оси приведет к тому, что эта обмотка, так же, как и обмотка возбуждения, будет поддерживать неизменным свое первоначальное потокосцепление.

Картина магнитных потоков (рис. 6.7).

Рисунок 6.7

.

Наличие демпферной обмотки увеличивает ток КЗ – в этом отрицательное явление.

5. Схема замещения с демпферной обмоткой:

по оси d

Рисунок 6.8

Продольная сверхпереходная реактивность:

.

по оси q

Рисунок 6.9

Продольная сверхпереходная реактивность:

;

.

Сверхпереходная ЭДС:

;

;

где , , , – составляющие напряжения и тока предшествующего режима.

Для турбогенераторов демпферные обмотки не выполняют.

Векторная диаграмма для СМ с демпферными обмотками (рис. 6.10).

Рисунок 6.10.

Если СМ без демпферной обмотки, то по продольной оси:

; .

6. .