Назначением регулятора при внезапном снижении напряжения является восстановление напряжения до заданного значения (уставки) путем резкого увеличения напряжения возбуждения.
Короткое замыкание в этом отношении является наиболее наглядным случаем, поскольку напряжение снижается до u=0, так что регулятор напряжения реагирует на такое сильное снижение напряжения на зажимах генератора наибольшим увеличением напряжения возбуждения.
Естественно, установить номинальное напряжение не удается, по крайней мере, при коротких замыканиях вблизи генератора. В этих режимах регулятор устанавливает максимальное напряжение возбуждения (потолочное) и поддерживает его в течение всего процесса короткого замыкания.
При расчетах процесса изменения во времени тока внезапного короткого замыкания мы исходили до сих пор из того, что напряжение возбуждения остается постоянным; мы получили, что при этом ток короткого замыкания затухает монотонно до установившегося значения. Однако, если регулятор увеличивает напряжение возбуждения, то ток короткого замыкания, начиная с определенного момента времени, будет возрастать.
Рассмотрим этот вопрос подробнее. Для определения постоянной времени, характеризующей переходный процесс, мы воспользуемся уравнением (58) из главы 6. Будем исходить из того, что короткое замыкание имеет место на зажимах машины. Тогда иq= 0; после ряда преобразований этого уравнения получаем
(12)
Уравнение (12) имеет тот же вид, что и уравнение (6), поэтому его можно интегрировать графически тем же способом. Отметим, что при выводе обоих уравнений мы пренебрегли сверхпереходными составляющими.
Рассмотрим пример. Вычислим, используя уравнение (12), процесс изменения во времени тока машины при внезапном трехфазном к. з. на ее зажимах, причем до момента короткого замыкания машина работала в режиме холостого хода. Параметры машины, системы возбуждения, а также ряд других исходных величин примем теми же, что и в предыдущем примере, т. е. при расчете кривых на рис. 8. Начальные значения токов 3,33 и 5 мы можем взять из кривых на рис. 1 главы 7, где рассмотрен аналогичный пример, но при постоянном напряжении возбуждения.
Соответственно постоянные времени, определенные в этом примере, равны Td'= 1,5 с и Td'' = 0,05 с. Значение напряжения в начале процесса (при t= 0) определяется из режима холостого хода: uf= 1. Максимальное значение напряжения, обеспечиваемое системой возбуждения, примем, как и ранее, CuF = 3.
Теперь у нас имеются все данные для расчета тока (рис. 10). Построение начнем с тока i', затем определим процесс изменения тока до установившегося значения при коротком замыкании. Общий ток определим методом наложения с учетом приращения сверхпереходной составляющей, которая затухает с постоянной времени Td''.
Общий ток представлен на рис. 10. Оказывается, что хотя в первые моменты времени (при t≤1,5 с) ток при к. з. снижается, но в дальнейшем он возрастает до значения CuF/xd; в рассматриваемом примере это 3IN. Отметим, что в условиях эксплуатации защита отключает короткие замыкания через 0,5—1 с, так что на практике такое возрастание тока не имеет места.
Увеличение напряжения возбуждения в процессе внезапного короткого замыкания весьма желательно, так как приводит к тому, что после отключения короткого замыкания напряжение на зажимах достигает номинального напряжения в более короткий промежуток времени. Если в режиме короткого замыкания продольные оси роторов (оси d) нескольких машин в системе изменили свое взаимное положение по сравнению с исходным, то при увеличении напряжения возбуждения они займут первоначальное положение также быстрее. Однако в случаях, когда короткое замыкание не отключается достаточно длительно, например, если не сработала защита, то повышение регулятором напряжения возбуждения опасно и специальные дополнительные защитные устройства должны предусматривать по возможности быстрое снижение напряжения возбуждения.
В предыдущем примере мы рассмотрели внезапное короткое замыкание машины, которая работала до момента короткого замыкания в режиме холостого хода. Если же машина до этого момента работала в режиме под нагрузкой, то ток id определяется точно так же, как показано на рис. 10. Процесс изменения составляющей тока по поперечной оси iq от напряжения возбуждения не зависит; он может быть определен согласно изложенному в § 2 главы 7. Общий ток находим геометрическим суммированием продольной и поперечной составляющих.
