Физические процессы при ВТКЗ

При трехфазном КЗ напряжение в точке КЗ скачком падает до нуля. В цепи возникает переходный процесс. Токи переходного процесса в обмотках статора и возбуждения состоят из периодических и апериодических составляющих.

Поскольку принужденный ток обмоток статора СГ в начальный момент времени изменяется скачком, а результирующее потокосцепление обмоток в соответствии с законом коммутации, скачком измениться не может, то в обмотках СГ возникают свободные составляющие потоков. Одни из потоков неподвижны относительно обмоток статора, другие – относительно ротора. В обмотках возникают соответствующие апериодические составляющие токов. Взаимное перемещение потоков, созданных токами в обмотках статора и ротора приводит к появлению при переходном процессе в этих обмотках гармонических составляющих токов. Они также затухают во времени.

Рассмотрим более подробно физические процессы с помощью рис.2.

Установившаяся ЭДС обуславливает протекание в трех фазных обмотках статора установившихся периодических токов синхронной частоты . Эти токи создают результирующее вращающееся с синхронной частотой магнитное поле. Относительно ротора оно неподвижно и, следовательно, оказывает на ротор реакцию размагничивающего характера.

В соответствии с первым законом коммутации в статоре (в общем случае во всех трех фазах) возникают апериодические токи , затухающие с постоянной времени Та. Их начальные значения противоположны по знаку соответствующим установившимся составляющим. Эти токи создают результирующее неподвижное в пространстве магнитное поле, затухающее с постоянной времени Та.

Поэтому оно наводит в обмотке возбуждения периодический ток синхронной частоты , затухающий с такой же постоянной времени Та. Это ток в роторе создает пульсирующее с синхронной частотой магнитное поле. Оно изменяется по величине, но не изменяет своего положения по отношению к ротору. Рассмотрим влияние пульсирующего поля, разложив его на два вращающихся. Амплитуды вращающихся полей одинаковы и равны половине амплитуды пульсирующего поля. Одно поле вращается в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора (прямо вращающееся), второе – в обратном (обратно вращающееся). Обратно вращающееся поле относительно статора неподвижно и, следовательно, оказывает на статор реакцию размагничивающего характера. Прямо вращающееся поле относительно статора перемещается с двойной частотой и наводит в нем свободный периодический ток двойной частоты , который затухает с постоянной времени Та.

Периодический ток двойной частоты в статоре создает результирующее вращающееся с такой же двойной частотой магнитное поле. Относительно ротора оно перемещается с синхронной скоростью и, следовательно, оказывает на пульсирующее поле ротора реакцию размагничивающего характера.

В соответствии с принципом инерции магнитного потока, сцепленного с обмоткой возбуждения, в этой обмотке возбуждения возникает бросок намагничивающего тока (апериодическая составляющая ), затухающая в дальнейшем с постоянной времени обмотки возбуждения при короткозамкнутом состоянии обмотки статора.

Апериодический ток в ОВГ создает неподвижное относительно ротора магнитное поле. Вращаясь вместе с ротором с синхронной частотой, оно наводит в статоре свободный периодический ток синхронной частоты, затухающий с той же постоянной времени. По отношению к установившемуся периодическому он оказывается синфазным. Магнитное поле, созданное свободным периодическим током синхронной частоты в статоре, оказывает на ротор реакцию размагничивающего характера.

Рассмотрим осциллограммы токов в обмотках статора и ротора. Соответственно для машины без демпферных обмоток они показаны на рис. 2 и рис.3.

Из выполненного анализа следует, что физической причиной возникновения в обмотках статора составляющей тока двойной частоты является магнитная и электрическая асимметрия ротора. При наличии по поперечной оси ротора обмотки с параметрами такими же, как и параметры обмотки возбуждения, составляющая тока двойной частоты будет отсутствовать.