Сопротивления обмотки якоря в несимметричных режимах работы синхронной машины

Несимметричные режимы работы синхронных генераторов обусловлены чаще всего неравномерным распределением приемников по фазам сети. Несимметрия нагрузки приводит к несимметрии токов, напряжений и мощностей в фазах генератора. Многие аварийные режимы, например, обрыв провода линии электропередач, несимметричные короткие замыкания, также относят к несимметричным режимам. Для анализа несимметричных режимов применяют метод симметричных составляющих.

Согласно этому методу действительные несимметричные трехфазные системы токов и напряжений якоря раскладывают на симметричные составляющие прямой, обратной инулевой последовательностей. Действие каждой из составляющих учитывают по отдельности.

Токи прямой последовательности в обмотке якоря существуют толь- ко при симметричной нагрузке. МДС якоря от этих токов образует вращающееся синхронно с ротором магнитное поле взаимоиндукции якоря (см. главу 3), которое не индуктирует никаких ЭДС и токов в обмотках ротора. Поэтому поток взаимоиндукции якоря от токов прямой последовательности Ф_а1 замыкается по магнитопроводам статора и ротора. Индуктивное сопротивление обмотки якоря током прямой последовательности x₁ равно синхронным x_d или x_q в зависимости от характера нагрузки.

Активное сопротивление токам прямой последовательности r₁ равно активному сопротивлению фазы обмотки якоря r.

Так как rмного меньше x_d или x_q обычно принимают полное сопротивление прямой последовательности Z₁ = r₁ + jx₁ ≈ jx₁.

Токи обратной последовательности якоря образуют магнитное поле обратной последовательности, вращающееся по отношению к статору с синхронной частотой n₁ в направлении, противоположном вращению ротора. Магнитный поток Ф_а2 обратной последовательности индуктирует в короткозамкнутой демпферной обмотке и обмотке возбуждения, замкнутой через якорь возбудителя, ЭДС и токи двойной частоты. Индуктированные в замкнутых контурах ротора токи вытесняют поток Ф_а2 из магнитопровода ротора на пути потоков рассеяния. Поэтому индуктивное сопротивление обратной последовательности х₂ невелико и определяется в основном магнитной проводимостью для потоков рассеяния статора и ротора.

В машинах с демпферной обмоткой силовые линии поля обратной последовательности якоря замыкаются также как магнитное поле якоря при сверхпереходном процессе. В зависимости от положения осей потока Ф_а2 и осей d и q ротора сопротивление х₂ меняется от х ^//_d до х ^//_q. Поэтому в синхронных машинах с демпферной обмоткой и массивными ротором или полюсами среднее сопротивление обмотки якоря токам обратной последовательности

. (1)

В соответствии со схемами замещения обмотки якоря при сверхпереходном процессе сопротивление х₂ немного больше сопротивления рассеяния якоря х_σ. Физически это объяснимо наличием небольшой составляющей взаимоиндукции обратносинхронного потока Ф_а2 с контурами ротора. В турбогенераторах х_*2 = 0,135–0,25; в гидрогенераторах с демпферной обмоткой и синхронных компенсаторах х_*2 = 0,15–0,35.

В явнополюсных машинах без демпферной обмотки поток Ф_а2 вытесняется из магнитопровода ротора только токами, индуктированными в обмотке возбуждения, то есть демпфирующее действие контуров ротора снижается и поток Ф_а2 больше, чем в машинах с демпферной обмоткой. Поэтому сопротивление х₂ заметно больше сопротивления рассеяния х_σ.

Обратно синхронный поток Ф_а2 при совпадении его оси с осью d ротора замыкается подобно магнитному полю якоря при переходном процессе. Если ось потока Ф_а2 совпадает с осью q, поток Ф_а2 замыкается также, как поперечный поток взаимоиндукции Ф_аq якоря.