Цитируется по: Важнов А. И. Переходные процессы в машинах переменного тока. -Л.:Энергия, 1980. -256с.

Наиболее частым видом КЗ являются несимметричные КЗ – однофазные, двухфазные, двухфазные на нейтраль.

Если с точки зрения динамической устойчивости системы наиболее тяжелым является трехфазное КЗ (правда, из-за малой вероятности оно не является определяющим в расчетах динамической устойчивости), то несимметричные короткие замыкания неприятны появлением больших знакопеременных моментов и значительных перенапряжений на свободной фазе при отсутствии поперечной демпферной обмотки. Кроме того, при несимметричных коротких замыканиях появляется полный спектр гармоник в токах, которые при наличии соответствующей емкости в цепи статора могут значительно усилиться. Подобные резонансные явления возможны, например, при работе генераторов через линию передачи значительной протяженности. Наконец, следует отметить, что при однофазном коротком замыкании ударный ток в статоре превышает аналогичный ток при трехфазном коротком замыкании.

Анализ несимметричных коротких замыканий будет произведен для случая, когда внешняя цепь до точки короткого замыкания замещается последовательно соединенными сопротивлениями Rвн и Xвн. Этим условиям удовлетворяет, в частности, и случай, когда между точкой КЗ и зажимами включен трансформатор. Ограничимся рассмотрением только однофазного и двухфазного коротких замыканий, возникающих при работе генератора в режиме холостого хода, когда он не имеет связи с электрической сетью.

При однофазном и двухфазном коротких замыканиях физическая картина явления одна и та же. Объясняется это тем, что в обоих случаях на статоре образуется однофазный короткозамкнутый контур, создающий пульсирующее магнитное поле, если по нему протекает переменный ток. Используя теорему постоянства потокосцеплений, можно нарисовать следующую картину на примере однофазного короткого замыкания.

При возникновении короткого замыкания в цепи якоря генератора (при коммутации цепи якоря) в машине образуются свободные магнитные потоки, один из которых практически неподвижен относительно короткозамкнутого контура на статоре, другой – относительно обмотки возбуждения. Если активные сопротивления контуров равны нулю, то эти потоки остаются неизменными по значению. Постоянство потокосцеплений с однофазной обмоткой на статоре обеспечивается в первую очередь постоянным током; поэтому в обмотке статора появляется такой уравнительный ток. Неподвижный в пространстве свободный поток статора индуктирует ЭДС основной частоты в обмотке ротора, вращающегося с синхронной частотой. Поскольку обмотка ротора замкнута через возбудитель, в ней возникает ток основной частоты, обусловливающий пульсирующее поле. Это поле оказывает, в свою очередь, электромагнитное воздействие на статор, определить которое можно проще всего, заменив однофазное пульсирующее поле двумя вращающимися полями.

Известно, что однофазное пульсирующее поле обмотки можно разложить на прямо- и обратновращающиеся поля, причем частота их вращения относительно обмотки равна угловой частоте пульсирующего потока. Поэтому прямовращающееся поле обмотки возбуждения, движущееся относительно ротора в направлении его вращения, индуктирует в статоре вторую гармонику ЭДС, в результате чего в статоре образуется вторая гармоника тока; обратновращающееся поле остается в пространстве неподвижным и, таким образом, участвует в создании свободного потока статора. Вторая гармоника тока в однофазной обмотке статора создает свое магнитное поле, пульсирующее с двойной частотой. Это поле, являясь полем взаимной индукции обмоток статора и ротора, будет оказывать электромагнитное действие на обмотку возбуждения. Заменив это поле прямо- и обратновращающимися полями, которые перемещаются относительно обмотки статора с двойной синхронной частотой, найдем, что первое из них неподвижно относительно прямовращающегося поля обмотки возбуждения, а второе индуктирует в роторе ЭДС утроенной частоты. Таким образом, в обмотке возбуждения появляется третья гармоника тока. Продолжая последовательное рассмотрение прямо- и обратновращающихся полей, заменяющих однофазные пульсирующие поля, создаваемые гармониками тока в обмотках, придем к выводу, что как в обмотке статора, так и обмотке ротора образуются новые гармоники тока, более высокого порядка. При этом ток статора будет содержать гармоники четного, а ток ротора – нечетного порядка.

Аналогичные рассуждения, основанные на постоянстве потокосцеплений с обмоткой ротора при равенстве нулю ее активного сопротивления, приведут к выводу, что в роторе появятся уравнительные составляющие тока постоянного направления (f=0) и четные гармоники, а в статоре – магнитно-связанные с ними нечетные гармоники. Вся эта замкнутая система токов будет затухать до установившегося значения, поскольку свободный поток ротора в конце переходного процесса достигнет установившегося значения потока возбуждения. Постоянная времени затухания указанной системы токов должна определяться активным сопротивлением обмотки возбуждения, в которой протекает ток постоянного направления.

Итак, при несимметричном коротком замыкании в однофазных контурах статора и ротора возникают постоянные составляющие токов и полные спектры гармоник, затухающие с двумя различными постоянными времени.

Теоретически бесконечный ряд гармоник тока обусловлен характером короткозамкнутых контуров статора и ротора: однофазные контуры создают физически пульсирующие, а не вращающиеся магнитные поля.

Отметим, что следствием общности физических процессов при однофазном и двухфазном коротких замыканиях является подобие аналитического их исследования: уравнения однофазного короткого замыкания могут быть получены из уравнений двухфазного замыкания увеличением параметров машины на величину, равную 0.5Xo.