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

Рассуждения, подобные приведенным в рассмотренном выше слу­ чае (п. А), показывают, что картина потоков на рис. 38-9, б и в в ос-

Рис. 38-9. Потокосцепление при внезапном коротком замыкании при і|)п =*= ТлпР а — потокосцепление до короткого замыкания, б и в — совмещенные и резуль­ тирующие потокосцеплешш в процессе короткого замыкания

новном подобна картине потоков на рис. 38-5 и 38-6. Но имеется и существенная разница, определяемая тем, что в данном случае вне­ запное короткое замыкание происходит в момент, когда пронизы­ вающий катушку А — X поток фп = Ч ^ . Если по-прежнему счи­ тать катушку А — X сверхпроводящим контуром, то, согласно принципу постоянства потока, сцепленного с таким контуром, поток должен оставаться постоянным и в последующие моменты времени короткого замыкания (ЧГП1П = const), а для этого по обмотке статора должен течь соответствующий по величине и направлению постоян­ ный во времени ток.

При гJ = 0 этот ток оставался бы постоянным неопределенно долгое время. В действительности он не будет постоянным, а затухнет по закону показательной функции со скоростью, определяемой по­ стоянной времени затухания Та = L1!r1 обмотки якоря. Этот ток называют апериодической составляющей тока внезапного короткого замыкания. Следует заметить, что эта составляющая тока внезапного короткого замыкания синхронного генератора имеет тот же смысл и возникает при тех же условиях, что и апериодическая составляю щая сверхтока в трансформаторе (§ 16-2).

447

Таким образом, в данном случае в статоре, кроме трех составляю­ щих тока внезапного короткого замыкания, указанных раньше, имеется еще четвертая — апериодическая составляющая этого тока, налагающаяся на три верных и совмес тно с ним в образующая резуль­ тирующую кривую тока внезапного короткого замыкания.

Полная картина тока внезапного короткого замыкания синхрон­

замыкания достигает наибольшего значения Гтс. На рис.38-10 перно-

Рис. 38-10. Токп внезапного короткого замыкания при грп = Тгтщ

дическая составляющая тока і к изображена пунктирной линией 1, а огибающие кривые — штриховой линией.

Апериодическая составляющая тока г„ представлена сплошной линией 2; так как, согласно условию, в начальный момент времени ток ік =■=0, то начальная амплитуда апериодической составляющей тока I та должна быть равна по величине I тс, но направлена в обрат­ ную сторону.

В результате сложения линий 1 и 2 получается линия 3 резуль­ тирующего тока внезапного короткого замыкания. Штриховая ли­ ния 4 представляет собой огибающую амплитуд результирующего тока.

Наличие апериодической составляющей в токе якоря изменяет характер токов, возникающих при внезапном коротком замыкании в обмотках ротора. В самом деле, апериодический ток является током постоянного направления. Поэтому он создает в пространстве непод­ вижное магнитное поле, в котором вращается ротор с синхронной скоростью п. В этом случае в обмотках ротора наводятся перемен­

448

ные токи основной частоты, налагающиеся на токи, показанные на рис. 38-4, б и в, и взаимодействующие с апериодической составляю­ щей тока в статоре. Результирующие токи в обмотках ротора пока­ заны на рис. 38-11, а и б.

Рис. 38-11. Токи короткого замыкания: а — в обмотке возбуждения, 6 — в успокоительной обмотке

Согласно ГОСТ 183-66, синхронные машины должны выдерживать внезапный ток (в ГОСТ — «ударный») короткого замыкания при напряжении холостого хода, равном 105% номинального.

38-3. Переходные и сверхпереходные индуктивные сопротивления

Затухание тока ік при внезапном коротком замыкании можно учесть изменением параметров короткозамкнутой системы, т. е, индуктивных сопротивлений ее. Для этого достаточно рассмотреть

двух потоков: потока рассеяния г|)а и потока продольной реакции якоря rjJad, вытесненного на пути рассеяния успокоительной обмотки и обмотки возбуждения, т. е.

Поток ifâd должен преодолеть магнитные сопротивления трех последовательно соединенных участков магнитной цепи: сопротивле­ ние Rad участка пути по якорю и воздушному зазору, сопротивле­ ние Rу на пути потока рассеяния успокоительной обмотки и сопро­

Сопротивление Rad практически равно сопротивлению пути по­ тока реакции якоря при установившемся коротком замыкании, так как оно, в основном, определяется сопротивлением зазора.

Каждое магнитное сопротивление может быть выражено обратной

Если к тому же А а — проводимость потока рассеяния якоря, то полная проводимость Лд, соответствующая потоку фд, будет:

и при заданной частоте — определенное индуктивное сопротивление

я.) б)

Рис. 38-12. Схемы замещения синхронной машины: а — для сверхпереходного режима, б — для переходного режима

(X = соL). Таким образом, xd — сверхпереходное продольное ин­ дуктивное сопротивление синхронной машины; ха — индуктивное сопротивление рассеяния якоря; x'âd — сверхпереходное продоль­ ное индуктивное сопротивление реакции якоря; xad — продольное синхронное индуктивное сопротивление реакции якоря; ху и хв — индуктивные сопротивления рассеяния успокоительной обмотки и обмотки возбуждения. Тогда

Уравнению (38-4) соответствует схема на рис. 38-12, а. Обычно сопротивление ху весьма невелико; поэтому Иху ж оо и xd ж ха. Физически это объясняется тем, что в начальный момент внезапного короткого замыкания синхронная машина представляет собой замкну­ тый накоротко трансформатор, в котором роль вторичного контура играет по существу только успокоительная обмотка. Результирую­ щий поток такого трансформатора должен создавать только э. д. с., достаточную для преодоления падения напряжения во вторичном контуре. Если сопротивление последнего близко к нулю, то и резуль­ тирующий поток очень мал, а это эквивалентно отсутствию реакции якоря. Практически остается только поток рассеяния, который опре­ деляет сопротивление xd. Численные значения x'ât (в относительных

450

единицах) приводятся в табл. 38-1. В числителе дано средпее, а в зна менателе — минимальное и максимальное значения.

Примерно через 0,4—0,6 сек ток в успокоительной обмотке зату­ хает, т. е. все происходит так, как если бы сопротивление ху возросло до бесконечности. Картина распределения потока для этого случая

хронной машины. Уравнению (38-5) соответствует схема на рис. 38-12,6.

вобмотке возбуждения, затухает примерно в 7—8 раз медленнее, чем сверхпереходная составляющая, после чего генератор переходит

врежим установившегося короткого замыкания с обычной картиной распределения потока якоря (рис. 38-7) и обычной продольной синх­ ронной индуктивностью xd = х0 + xad.

38-4. Величина внезапных токов трехфазного короткого замыкания

Наиболее существенным является действующее значение тока внезапного короткого замыкания, рассчитанное на начальный мо­ мент времени t = 0. Если бы имелась только симметричная соста­ вляющая тока внезапного короткого замыкания (рис. 38-4, а), то его начальное действующее значение Ц можно было бы определить, так же как и тока установившегося короткого замыкания, с той разни­ цей, что индуктивное сопротивление синхронной машины следует считать не xd, а х'а или, если генератор не имеет успокоительной об­ мотки, ха. Таким образом,

В действительности на ток /£ или Г0 налагается еще апериодиче­ ская составляющая тока внезапного короткого замыкания / та,