Физика индуктивных сопротивлений синхронной машины

Если в каком либо электрическом устройстве индуктируется синусоидальная ЭДС, то для ее учета используют понятие индуктивно­го сопротивления, и определяют его по аналогии с законом Ома как отношение ЭДС к току который создал эту ЭДС (см. § 4)

.

Индуктивные сопротивления x_d, x_q.Рассмотрим действие поля реакции якоря Ф_а , так как именно с ним связаны важнейшие параметры машины. Ток якоря I_а создает поле реакции Ф_а которое, двигаясь относительно обмотки якоря, индуктирует в ней электродвижущую силу Е_а

.

Отсюда можно было бы ввести понятие индуктивного сопротивления реакции якоря

. (3.2)

Но определенное таким образом сопротивление х_а не может выступать в качестве параметра машины, так как оно не постоянно. Действительно, при изменении характера нагрузки поток Ф_а изменяет свое положение относительно ротора и при этом изменяется воздушный зазор, через который это поток проходит (рис. 3.5). А с изменением воздушного зазора в цепи магнитного потока изменяется и индуктивное сопротивление, созданное этим потоком.

Чтобы учесть действие реакции якоря в виде постоянных параметров реальное поле Ф_а заменим его составляющими Ф_аd и Ф_аq . Поскольку эти потоки проходят по постоянным зазорам, они создают постоянные индуктивные сопротивления, которые становятся параметрами машины

,

.

Здесь х_ad, х_aq – главные синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям(главные – означает, что они созданы главными магнитными потоками реакции якоря, синхронные – означает, что они определены в синхронном установившемся режиме, когда поле реакции постоянно по величине и неподвижно относительно ротора).

Кроме главного магнитного поля ток якоря создает поток рассеяния Ф_аϭ и поэтому вводят понятие индуктивного сопротивления рассеяния

.

Совместное действие магнитных полей реакции якоря главного Ф_а ирассеяния Ф_аϭ приводит к понятию полных синхронных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям

, (3.3)

. (3.4)

Переходные и сверхпереходные сопротивления.Когда ток якоря изменяется по амплитуде, например, при изменении нагрузки машины или при коротких замыканиях, главное магнитное поле реакции якоря Ф_а также изменяется по амплитуде, при этом в обмотках индуктора наводятся ЭДС. Наличие ЭДС в обмотках индуктора принципиально меняет энергетическое состояние машины.

Под действием ЭДС в обмотках индуктора возникают токи, которые создают свои магнитные потоки. Эти потоки вытесняют главный магнитный поток Ф_а из тела индуктора в воздух (рис. 3.7,а). А поскольку воздушный зазор для потока реакции якоря многократно увеличился индуктивные сопротивления, созданные им, значительно уменьшатся. Сопротивления, определённые для этого момента времени называются сверхпереходными и обо­значаются и или

(3.5)

Так как успокоительная обмотка индуктора выполняется с повышен­ным активным сопротивлением, то индуцированный в ней ток затухнет раньше чем в обмотке возбуждения.

Рис. 3.7. Распределение главного магнитного поля реакций якоря: а) в начальный момент короткого замыкания, б) после затухания тока в успокоительной обмотке

После затухания тока в успокоительной обмотке поле реакции якоря будет вытесняться из тела индуктора только обмоткой возбуждения (рис. 3.7, б).

Поскольку путь поля реакции якоря по воздуху сократился, индуктивные сопротивления возрастут, они на­зываются переходными индуктивными сопротивлениями и обо­значаются и или

. (3.6)

После того, как индуцированный ток затухнет и в обмотке возбуждения, главное поле реакции якоря снова проникнет в тело индуктора, и восстановятся индуктивные сопротивления x_d и x_q.

Вывод. Из рассмотренных физических процессов в синхронной машине следует, что ее индуктивные сопротивления изменяются при изменениях режимов работы, это означает, что при экспериментальном определении индуктивных сопротивлений необходимо обеспечивать те физические условия, при которых возникают указанные сопротивления. Во-первых, это соответствующее по­ложение поля реакции якоря относительно индуктора и;во-вторых, прохождение магнитного потока по путям, соответствующим режиму, для которого это сопротивление измеряется.