Возникновение КЗ на зажимах синхронной машины или вблизи расположенных точек сети приводит к появлению в машине переходного процесса, обусловленного изменением результирующего магнитного потока в ее воздушном зазоре. Во время переходного процесса изменяются э. д. с. и ток короткозамкнутой цепи от их номинальных значений, которые они имели перед КЗ, до новых значений, соответствующих установившемуся режиму КЗ.
| Рис.46. Диаграммы магнитных потоков синхронной машины при нормальном режиме (а) и внезапном КЗ на ее зажимах (б) |
При нормальном режиме работы синхронной машины без демпферных обмоток полный поток ее обмотки возбуждения при холостом ходе состоит из полезного потока и потока рассеяния (рис.46, а). В свою очередь, полезный поток равен геометрической разности продольного потока в воздушном зазоре и потока продольной реакции статора . Результирующий магнитный поток , сцепленный с обмоткой возбуждения, равен сумме потоков и .
При внезапном КЗ на зажимах синхронной машины происходит увеличение магнитного потока реакции статора на из-за изменения тока в обмотке статора. Ввиду малого активного сопротивления обмотки статора этот поток направлен против основного потока возбуждения и стремится изменить его в сторону уменьшения. Однако баланс магнитных потоков в начальный момент не изменится (рис.46, б), так как согласно закону Ленца изменение потока на вызывает ответный поток реакции обмотки возбуждения , компенсирующий поток . В результате сумма приращений потокосцеплений
(143)
или
(144)
где и — соответственно приращения токов статора и ротора, которые отличаются между собой на величину, обусловленную рассеянием обмотки возбуждения.
Поток рассеяния в ненасыщенной машине характеризуется коэффициентом рассеяния обмотки возбуждения
(145)
Увеличение потока до приводит к пропорциональному увеличению потока до и соответствующему уменьшению потока до . При этом результирующий поток , сцепленный с обмоткой возбуждения, остается неизменным и равным .
Неизменность результирующего потока, сцепленного с обмоткой возбуждения, позволяет характеризовать машину в начальный момент переходного процесса результирующим потокосцеплением этой обмотки . Если рассматривать как потокосцепление на холостом ходу машины, то часть этого потокосцепления, связанная со статором,
(146)
Этому потокосцеплению соответствует э. д. с. статора , которая в начальный момент переходного процесса остается такой же, как и до его появления (до КЗ).
Потокосцепление (146) можно выразить через соответствующие токи и сопротивления, записав
Потокосцепление соответствует э. д. с. в статоре
(147)
Э. д. с. называют поперечной переходной э. д. с., а сопротивление
(148)
— продольным переходным индуктивным сопротивлением.
Значение можно определить по формуле (147), если подставить в нее значения и , с которыми машина работала до появления переходного процесса.
Векторная диаграмма явнополюсной синхронной машины, работающей с отстающим током, показана на рис.47. По направлению э.д.с. совпадает с э.д.с. , а по значению меньше ее на . Поскольку э. д. с. Ё„ остается неизменной в начальный момент КЗ, эта э. д. с. совместно с позволяет оценить внезапный переход от одного режима работы машины к другому.
Рис.47. Векторная диаграмма явнополюсной синхронной машины, работающей с отстающим током
Переходные э. д. с. и индуктивное сопротивление машины без демпферных обмоток могут быть получены также из ее схемы замещения (рис.48, а), которая аналогична схеме замещения двухобмоточного трансформатора (рис.48, б).
Рис.48. К рассмотрению переходного процесса в синхронной машине без демпферных обмоток
Заменив ветви с и одной эквивалентной ветвью, можно получить схему замещения машины с параметрами и (рис.48, в). При этом
(149)
а
(150)
Если в поперечной оси ротора замкнутых контуров нет, то =0, и периодическая составляющая тока в начальный момент переходного процесса, называемая начальным переходным током, определяется выражением
(151)
где хВН — внешнее индуктивное сопротивление цепи статора.