Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

услотш внезапного короткого замыкания в два различных момента

ротора а. Очевидно, что в начальный момент t = 0, угол а = 0 и, согласно условию, ток короткого замыкания ік = 0.

Если бы машина не была замкнута накоротко, то при повороте ротора от а = 0 до а = л/2 поток г|д,, сцепленный с катушкой, уве­

реакции якоря. Но между потоком реакции якоря при установив­ шемся режиме работы, в частности при установившемся коротком замыкании, и потоком реакции якоря при изучаемом внезапном ко­ ротком замыкании имеется весьма существенная разница.

Действительно, рассматривая поток реакции якоря независимо от основного потока, можно считать, что при установившемся корот­ ком замыкании продольный поток реакции якоря использует те же пути, что и основной поток, а именно сердечники полюсов, ярмо и т. д. (штриховая линия на рис. 38-5, а).

При внезапном коротком замыкании картина резко изменяется. Действительно, согласно условию, обмотка возбуждения и успокои­ тельная обмотка представляют собой сверхпроводящие контуры. Следовательно, сцепленные с ними потоки должны остаться без

442

изменения, а это возможно только в том случае, если в обеих обмот­ ках ротора — возбуждения и успокоительной — возникнут такие по величине и направлению токи, которые не дали бы потоку якоря проникнуть в контуры обмоток ротора, оттеснив поток на путь рассеяния этих обмоток (рис. 38-5, б). Магнитная проводимость такого пути значительно меньше, чем магнитная проводимость нор­

мального пути по стали ротора. Поэтому для создания данного зна­ чения потока якоря i|)ad требуется при внезапном коротком замыка­ нии значительно большая намагничивающая сила якоря и, следо­ вательно, значительно больший ток ік, чем при установившемся ко­ ротком замыкании (т|) = гЛ). В якоре получается бросок тока, дости­ гающий своего наибольшего значения через четверть периода после замыкания машины накоротко (рис. 38-4, а).

Изменение тока в обмотке возбуждения, создающей основной поток машины Фп, может быть определено из следующих соображе­ ний. Если бы поток якоря i|'ad с первого же момента времени внезап­ ного короткого замыкания мог пройти в сердечник полюса, как это

443

показано штриховой линией на рис. 38-5, а, то, будучи направлен встречно относительно основного потока, он, несомненно, уменьшил бы его и, следовательно, уменьшил бы число его иотокосцеплений с обмоткой возбуждения. Но, как было сказано выше, это невоз­ можно, поскольку рассматривают обмотку возбуждения как сверх­ проводящий контур. Чтобы предупредить это уменьшение, в обмотке возбуждения должен возникнуть ток, имеющий то же направление, что и нормальный ток возбуждения (рис. 38-4, б), так как только при этом условии может быть скомпенсировано встречное действие по­ тока якоря и он будет вытеснен на пути рассеяния обмотки возбу­ ждения.

Сказанное можно повторить и в отношении успокоительной об­ мотки с той, однако, разницей, что до момента внезапного короткого

Рис. 38-5. Распределение иотокосцеплений: а —до короткого замыкания, о — в момент короткого за­ мыкания

замыкания ток в ней равен нулю (рис. 38-4, в), тогда как ток обмотки возбуждения имеет величину / в.

При идеально сверхпроводящем контуре картина потоков, пока­ занная на р.ис. 38-5,6, продолжала бы существовать неопределенно долго. 13 действительности обмотки ротора обладают некоторыми активными сопротивлениями, вследствие чего эта картина посте­ пенно меняется, переходя в обычную картину установившегося ко­ роткого замыкания с гораздо меньшим током Іп (правая часть рис. 38-4, а).

Такой переход от одного режима с большим током к другому ре­ жиму с меньшим током называется затуханием процесса. >3 теорети­ ческой электротехнике доказывается, что затухание процесса зави­ сит от так называемой постоянной времени Т данного контура. По величине Т = Ыг, т. е. постоянная времени, выражаемая в секун­ дах, представляет собой отношение индуктивности контура L к его активному сопротивлению г. При г = О (сверхпроводник) постоян­ ная Т = оо, т. е. процесс затухания продолжается бесконечно дол­ гое время. При г Ф- 0 процесс затухает тем быстрее, чем больше г.

Постоянная времени успокоительной обмотки обычно значительно меньше, чем постоянная времени обмотки возбуждения, так как L

444

успокоительной обмотки относительно мала, а г — велико. Поэтому в успокоительной обмотке ток затухает очень быстро, а в обмотке возбуждения значительно медленнее. При затухании тока в каждой из этих обмоток устраняется причина, которая препятствовала про­ никновению потока якоря ф(,гі в соответствующий контур.

Из сказанного следует, что поток якоря проникает сначала в кон­ тур успокоительной обмотки (рис. 38-6), а затем — обмотки возбуж-

•дения (рис. 38-7), после чего режим перейдет в режим установивше­ гося короткого замыкания.

Чтобы выяснить характер процесса затухания токов в обмотках ротора и статора, необходимо принять во внимание, что в режиме внезапного короткого замыкания эти обмотки связаны между собой магнитно, наподобие первичной и вторичной обмоток трансформа­ тора, и должны находиться в постоянном взаимодействии между собой,

а для этого поля обмоток ротора и статора должны вращаться в одну сторону с одинаковой скоростью.

Поле, создаваемое токами внезапного короткого замыкания в ста­ торе, вращается относительно статора с синхронной скоростью п; в ту же сторону и с той же скоростью п вращается ротор; поэтому поля, создаваемые токами в обмотках ротора, должны быть непод­ вижны относительно ротора, так как только в этом случае обеспечи­ вается постоянное электромагнитное взаимодействие между нолями статора и ротора. Неподвижные относительно ротора ноля могут создаваться только такими токами в обмотках ротора, которые имеют постоянное направление, и притом, как это было показано выше, совпадающее с направлением основного тока возбуждения / в (рис. 38-4, б и в).

Из сказанного следует, что в рассматриваемых условиях постоян­ ное электромагнитное взаимодействие между полями статора и ротора осуществляется при условии, что токи в обмотке якоря носят перио­ дический характер и имеют частоту / (рис. 38-8, б и г), а токи в об­ мотках индуктора являются апериодическими (рис. 38-8, а и в). Составляющая тока в якоре, соответствующая успокоительной об­ мотке (рис. 38-8, б), называется сверхнереходпой составляющей тока внезапного короткого замыкания, а составляющая, соответствующая

445

обмотке возбуждения (рис. 38-8, г), — переходной составляющей тока внезапного короткого замы­ кания. Каждая из этих состав­ ляющих тока, будучи электромаг­ нитно связана с соответствующим током в индукторе, затухает, при­ чем, согласно сказанному выше, сначала затухает сверхпереходная составляющая тока, а затем пере­ ходная.

По окончании процесса зату­ хания ток внезапного короткого замыкания переходит в установив­ шийся ток короткого замыкания ік (рис. 38-8, д). Таким образом, ток внезапного короткого замы­ кания в статоре можно рассмат­ ривать как сумму трех токов: сверхпереходного, переходного и установившегося. Если вычертить линии, сгибающие периодические токи в якоре (штриховые линии, на рис. 38-8, б, з и д) и продол­ жить их до пересечения с осью ординат, то получатся начальные, т. е. отнесенные на момент времени t = 0, амплитуды сверхпереход­ ной, переходной и установившей­ ся составляющих тока в статоре

I т 1 І-т, И I т*

Суммарный ток внезапного ко­ роткого замыкания и соответствую­ щая ему огибающая изображены на рис. 38-8, е. Амплитуда этого

446