Начальный момент КЗ в синхронной машине без демпферных обмоток

Рассмотрим баланс магнитных потоков в продольной оси ротора СМ при установившемся синхронном режиме и работе с отстающим током (рис. 6.1)

Полный поток при разомкнутом статоре F_f состоит из полезного потока F_d и потока рассеяния F_sf. В свою очередь поток F_d является геометрической разностью продольного потока в воздушном зазоре F_dd. и продольной реакции якоря F_ad. Результирующий магнитный поток F_fS, сцепленный с обмоткой возбуждения, складывается из потока F_dd.и потока рассеяния F_sf.

Рассмотрим, как изменится баланс, если предположить, что внезапно увеличился поток продольной реакции статора на DF_ad(0).На роторе, кроме обмотки возбуждения других контуров в продольной оси нет. В соответствии с законом Ленца приращение потока DF_ad(0) вызовет ответную реакцию обмотки возбуждения DF_f(0), причем приращения потокосцеплений DF_ad(0), DF_f(0) должны компенсировать друг друга, т.е. . Считая, что потокосцепления выражены в о.е. и величины ротора приведены к статору, это равенство можно записать так:

Из равенства видно, что приращения тока статора и ротора связаны между собой простым соотношением и различие в их величинах обусловлено только рассеянием обмотки возбуждения.

В ненасыщенной СМ поток F_sf составляет некоторую постоянную долю потока F_f, которая характеризуется коэффициентом рассеяния обмотки возбуждения

С увеличением потока F_f от F_f0 до F_f(0) пропорционально ему увеличивается поток рассеяния F_sf0 до F_sf(0), что приводит к уменьшению потока

F_dd0. до F_dd(0). Однако результирующий потокF_fS(0), сцепленный с обмоткой возбуждения, как видно из рис. 6.1 сохраняет свое предшествующее значение F_fS0 Это означает, что характеризовать СМ в начальный момент нарушения режима нельзя реактивностью Хs и ЭДС Е_dq(0), наводимой потоком F_dd(0), так как этот претерпевает изменение от приращения тока статора, величина которого еще подлежит определению. Для решения задачи следует использовать неизменность потока сцепленного с обмоткой возбуждения.

Часть потокосцепления связанного с обмоткой возбуждения, связанная со статором , (1) где - коэффициент рассеяния обмотки возбуждения. Этому потокосцеплению соответствует ЭДС статора , которая в начальный момент переходного процесса остается такой же, как и до его появления (до КЗ).

Потокосцепление (1) можно выразить через соответствующие тока и сопротивления

Потокосцеплению соответствует ЭДС

Электродвижущую силу называют поперечной переходной ЭДС, а реактивность (2) продольной переходной реактивностью, которая является характерным параметром синхронной машины.

На рис. 6.2 показаны пути замыкания магнитного потока в начальный момент времени внезапного нарушения нормального режима СМ без демпферных обмоток. Как следует из рис. 6.2, в начальный момент короткого замыкания магнитный поток вытесняется в воздушный зазор индуктированным током в обмотке возбуждения

Такой картине протекания магнитных потоков соответствует схема замещения СМ по продольной оси, которой она характеризуется в начальный момент времени (рис. 6.3).

Переходные индуктивность и ЭДС могут быть получены непосредственно из приведенной схемы замещения.

Поскольку по поперечной оси ротора нет обмоток, то схема замещения в начальный момент времени будет такой же как и в установившемся режиме.

На рис. 6.4 представлена векторная диаграммы явнополюсной машины без ДО при активно индуктивной нагрузке

К концу вектора напряжения статора под углом 90⁰ к току откладываем падение напряжения от тока в индуктивностях: переходной (получаем переходную ЭДС E^’, проектируем на ось q и получаем E^’_q ), синхронной по оси q X_q (получаем фиктивную ЭДС E_Q, конец вектора этой ЭДС находится на оси q), синхронного по оси d X_d (получаем синхронную ЭДС Е, которую проектируем на ось q)

Вектор E^’_q по направлению совпадает с вектором E_q и меньше его на I_d(X_d-X^’_d). Оставаясь неизменной в начальный момент внезапного нарушения режима, переходная ЭДС E^’_q позволяет связать предшествующий режим с новым, в чем и заключается ее практическая ценность.

Влияние электродвигателей и нагрузок в начальный момент КЗ

Влияние СД на ток в месте КЗ в начальный момент времени зависит от режима их работы до КЗ. При работе СД с перевозбуждением их сверхпереходная ЭДС больше напряжения на выводах, поэтому они подобно СГ увеличивают то в месте КЗ. При работе СД с недовозбуждением их влияние в начальный момент КЗ зависит от удаленности точки КЗ:

- если в этот момент остаточное напряжение оказывается меньше сверхпереходной ЭДС, то они увеличивают ток в месте КЗ;

- если же остаточной напряжение больше сверхпереходной ЭДС, то они продолжают потреблять реактивную мощность из сети.

Сверхпереходная ЭДС СД до короткого замыкания при его работе с недовозбуждением в соответствии с упрощенной ВД (), приведенной на рис.6., определяется по формуле

или упрощенно

Асинхронные двигатели в начальный момент КЗ можно рассматривать как СД, работающие с недовозбуждением.

В расчетной схеме АД, как и СД, должны быть учтены сверхпереходными ЭДС и сопротивлением. Сверхпереходное сопротивление АД практически равно его входному сопротивлению при неподвижном роторе (поскольку только в этом случае можно пренебречь активным сопротивлением ротора).

,

где - кратность пускового тока

Обычно при расчете начального значения периодического тока КЗ индивидуально учитывают только мощные электродвигатели подключенные вблизи места КЗ. Остальные ЭД вместе с другими потребителями учитывают в виде обобщенных нагрузок. При отсутствии достоверных данных об относительном составе нагрузок их в расчетной схеме учитывают средними параметрами, полученными на основе анализа результатов эксперимента.

и .

Указанное значение ЭДС отнесено к среднему номинальному напряжению той ступени, где подключена нагрузка, а сопротивления – к тому же напряжению и суммарной мощности нагрузки.

Дата добавления: 2014-01-11