Сверхпереходные ЭДС и реактивность синхронной машины

Продольная составляющая тока статора (индуктивный ток) создаёт поток реакции статора в продольной оси (поток взаимоиндукции между ротором и статором). Поток пронизывает обмотки ротора (обмотку возбуждения и демпферную обмотку в продольной оси) и определяет реактивность продольной реакции статора . Поток , создаваемый обмоткой возбуждения, проходит по тому же пути и поэтому также соответствует реактивности , которая является общей для трёх обмоток (обмотки статора, обмотки возбуждения и демпферной обмотки). Все три обмотки имеют потоки рассеяния, которым соответствуют сопротивления рассеяния , , (рис.6.6, а).

Рис. 6.6. К определению сверхпереходной реактивности синхронной машины в продольной оси

а) – исходная принципиальная схема, б и в – схемы замещения

В теоретической электротехнике разработаны методы преобразования магнитных цепей в электрические; в соответствии с которыми магнитные сопротивления, в которых создаются потоки одной обмоткой, на электрической схеме заменяются параллельно соединёнными индуктивностями.

Результирующему потоку, пронизывающему обмотку возбуждения, соответствует ЭДС , а демпферную обмотку . Так как числа витков обмоток приведены (равны), то напряжения на зажимах трёх обмоток, пронизываемых одним потоком, одинаковы, и их можно соединить параллельно, получив при этом одну эквивалентную обмотку. Таким образом, магнитная связь заменяется электрической (рис.6.6, б).

Используя правила преобразования электрических цепей, заменим три параллельных ветви одной (рис.6.6, в). ЭДС эквивалентной цепи называется сверхпереходной ЭДС по поперечной оси, а эквивалентное сопротивление

,

сверхпереходным сопротивлением по продольной оси. С течением времени результирующие потоки затухают, поэтому также уменьшается.

Таким образом, в начальный момент КЗ при наличии демпферных обмоток на роторе генератора относительно большое сопротивление реакции статора шунтируется небольшими сопротивлениями рассеяния обмоток возбуждения и демпферной . Для типового турбогенератора мощностью до 100 МВт: = 1,32; = 0,11; = 0,125. Следовательно, сверхпереходное сопротивление синхронной машины всегда меньше, переходного.

В поперечной оси ротора имеется только демпферная обмотка, поэтому схема замещения синхронной машины в поперечной оси подобна схеме замещения в продольной оси машины без демпферных обмоток (рис.6.7).

Рис. 6.7. К определению сверхпереходной реактивности синхронной машины

В поперечной оси

а) – исходная принципиальная схема, б и в – схемы замещения

Сверхпереходная ЭДС в продольной оси создаётся результирующим потоком, пронизывающим демпферную обмотку в поперечной оси; поток создаётся поперечной составляющей тока статора и свободными токами этой демпферной обмотки. Эта ЭДС также сохраняет своё значение неизменным в первый момент КЗ. Выполняя такие же преобразования, как и ранее, получим схемы замещения синхронной машины в поперечной оси (рис.6.7, б и в)

Сверхпереходные ЭДС и можно найти из предшествующего нагрузочного режима. Так сверхпереходная ЭДС в поперечной оси равна

,

или приближённо

.

Сверхпереходные ЭДС сохраняют свои значения неизменными в начальный момент КЗ, поэтому используются для расчёта сверхпереходного тока. Если пренебречь током в поперечной оси, что допустимо в практических расчётах, то начальный ток КЗ определяется с помощью выражения

. (6.4)