電機(jī)的暫態(tài)問題.ppt

3 0緒論3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍? 2變壓器的暫態(tài)過程3 3同步發(fā)電機(jī)的突然短路 電機(jī)的暫態(tài)問題 3 0緒 1 什么是暫態(tài) 1 4 什么是穩(wěn)態(tài) 系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程例如 同步發(fā)電機(jī)的短路 變壓器的合閘 甚至感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速等 3 0緒 2 研究暫態(tài)穩(wěn)態(tài)的方法 2 4 A 超導(dǎo)回路磁鏈?zhǔn)睾阍?物理方法 B 求解微分方程法 數(shù)值方法 3 什么是磁鏈 磁場(chǎng)交鏈線圈回路的多少就是磁鏈 磁鏈表達(dá) 3 4 3 什么是磁鏈 磁場(chǎng)交鏈線圈回路的多少就是磁鏈 磁鏈表達(dá) 變化的磁鏈引起感應(yīng)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)電勢(shì) 由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)在線圈中引起的電勢(shì)變壓器電勢(shì) 磁場(chǎng)不動(dòng)但磁場(chǎng)大小 If變化 變化而在線圈中引起的電勢(shì)自感電勢(shì) 線圈本身的電流變化在線圈中引起的電勢(shì) 3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?超導(dǎo)回路的磁鏈 電動(dòng)勢(shì)和電流 1 4 外磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 自感電動(dòng)勢(shì) N S 3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?超導(dǎo)回路的磁鏈?zhǔn)睾鉷239 2 4 回路電壓平衡方程 回路磁鏈性質(zhì) 說明無論外部從磁場(chǎng)交鏈線圈的磁鏈如何變化 由感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁鏈均會(huì)恰好抵消這種變化 超導(dǎo)磁鏈?zhǔn)睾?3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?超導(dǎo)磁鏈?zhǔn)睾憷?1 4 由于超導(dǎo)R 0 故ia不會(huì)消耗能量 永不衰減地流動(dòng)下去 實(shí)際上就將磁極運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能變?yōu)殡娔艽鎯?chǔ)在了線圈a中 這就是所謂的 超導(dǎo)儲(chǔ)能 的原理 3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?普通線圈電流和磁鏈的衰減 3 4 感應(yīng)電流的衰減 衰減時(shí)間常數(shù) 回路磁鏈的衰減 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量自由分量 3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?用磁鏈?zhǔn)睾惴治鲭姍C(jī)瞬變過程的基本思路 4 4 利用瞬變發(fā)生的那一瞬間假設(shè)R 0 繞組磁鏈?zhǔn)睾?可確定瞬變過程的各繞組磁鏈初值和電流初值 通過分析各繞組電流的衰減模式 在確定電流和磁鏈的衰減時(shí)間常數(shù)后 得到電流和磁鏈隨時(shí)間變化的暫態(tài)表達(dá)式 3 2 1空載合閘到電網(wǎng)3 2 2二次側(cè)突然短路 3 2變壓器的暫態(tài)過程 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 空載合閘到電網(wǎng)示意圖p71磁鏈?zhǔn)睾?1 8 電源電壓 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 合閘后的電壓平衡方程 2 8 忽略電阻后 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 合閘后的磁鏈 3 8 由于合閘瞬間磁鏈?zhǔn)睾?得 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 合閘后的磁鏈 續(xù) 4 8 說明合閘瞬間t0 時(shí)刻的磁鏈或磁通大小與合閘初始條件有關(guān) t0 時(shí)刻 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量自由分量直流分量 直流分量隨時(shí)間衰減 穩(wěn)態(tài)分量隨時(shí)間穩(wěn)定變化 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 如果短路瞬間時(shí) 90 電壓為最大值時(shí)刻合閘 5 8 此時(shí)不發(fā)生瞬變過程 直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 磁通為穩(wěn)態(tài)磁通 一次側(cè)電流為穩(wěn)態(tài)空載電流 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 如果短路瞬間時(shí) 0 電壓大小為0時(shí)刻合閘 6 8 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量自由分量 不衰減 則衰減 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 如果短路瞬間時(shí) 0 電壓為0時(shí)刻合閘 6 8 瞬變過程中 合閘后半個(gè)周期時(shí) 磁通可達(dá)穩(wěn)態(tài)分量最大值的兩倍 激磁電流峰值可達(dá)正?？蛰d電流的100倍以上 也可由求得電流 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 磁通和電流的衰減P72T2 39 7 8 一般小容量變壓器衰減得快 經(jīng)幾個(gè)周期就基本達(dá)到穩(wěn)態(tài) 大型變壓器衰減慢 有的甚至可延續(xù)幾十秒 衰減時(shí)間常數(shù) L1為一次側(cè)繞組的全電感 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 小結(jié) 8 8 空載合閘到電網(wǎng)的時(shí)機(jī)會(huì)影響沖擊電流的大小 空載合閘電流對(duì)變壓器的直接危害不大 但可能引起過流保護(hù)裝置動(dòng)作 從而合不上閘 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 分析二次側(cè)突然短路的意義 1 13 當(dāng)變壓器的一次側(cè)接在額定電壓的電網(wǎng)上 二次側(cè)不經(jīng)過任何阻抗突然短接 從發(fā)生短路到斷路器跳閘需要一定的時(shí)間 在此期間 變壓器繞組要承受短路電流的沖擊 其幅值往往超過穩(wěn)態(tài)短路電流 很容易損壞變壓器 設(shè)計(jì) 制造時(shí)應(yīng)予以充分考慮 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路微分方程 短路后的回路方程 2 13 短路電感 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 短路電流表達(dá)式 3 13 突然短路電流的穩(wěn)態(tài)分量 突然短路電流的暫態(tài)分量 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量自由分量直流分量 就是穩(wěn)態(tài)短路電流 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 確定穩(wěn)態(tài)短路電流Ik有效值 4 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 確定短路時(shí)的一次側(cè)功率因數(shù)角 5 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 確定暫態(tài)分量衰減時(shí)間常數(shù) 6 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 確定微分常數(shù)C 7 13 一般在突發(fā)短路之前 變壓器已帶上負(fù)載 但由于負(fù)載電流比短路電流小得多 可忽略負(fù)載電流 即認(rèn)為短路前變壓器是空載 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 最后短路電流表達(dá)式 8 13 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 90 時(shí) 短路時(shí)刻 電壓為最大值 9 13 此時(shí)短路電流暫態(tài)分量為0 不發(fā)生瞬變過程 直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 0時(shí) 短路時(shí)刻 電壓為0時(shí)刻 10 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 突然短路電流最大值出現(xiàn)在短路后半個(gè)周期時(shí)刻 t 11 13 大型變壓器ky 1 7 1 8中小型變壓器ky 1 2 1 4 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 突然短路電流最大值 標(biāo)幺值 12 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 突然短路時(shí)的電磁力 13 13 13 13 3 2變壓器暫態(tài)過程思考題及作業(yè) 13 13 3 2變壓器暫態(tài)過程思考題及作業(yè) 3 3 1概述3 3 2電樞繞組的磁鏈3 3 3短路電流及其衰減3 3 4突然短路的影響 3 3同步發(fā)電機(jī)的突然短路 3 3 1同步發(fā)電機(jī)突然短路概述 基本特點(diǎn) 1 2 電樞繞組 勵(lì)磁繞組 阻尼繞組中的電流要相互影響 突然短路瞬間 由于時(shí)間很短 能量損失不多 可認(rèn)為磁鏈?zhǔn)睾?隨著時(shí)間推移 能量損失上升為主要矛盾 電流中的自由分量要衰減 3 3 1同步發(fā)電機(jī)突然短路概述 基本假設(shè) 2 2 突然短路前 發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行 短路發(fā)生在機(jī)端 且為三相同時(shí)短路 短路后轉(zhuǎn)速仍為同步速度 突然短路前后勵(lì)磁電流相同 磁路不飽和 可用疊加原理 3 3 2 1短路前的磁鏈3 3 2 2短路后的磁鏈 3 3 2短路前后電樞繞組的磁鏈 3 3 2 1短路前的磁鏈 空載磁場(chǎng) 1 3 3 3 2 1短路前的磁鏈 空載磁鏈表達(dá)式 2 3 3 3 2 1短路前的磁鏈 空載穩(wěn)態(tài)的時(shí) 空矢量圖 3 3 3 3 2 2短路后的磁鏈 發(fā)生短路時(shí)的轉(zhuǎn)子位置和時(shí) 空矢量圖 1 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 短路瞬間的磁鏈初值 2 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 忽略繞阻電阻 短路后的磁鏈 3 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 忽略繞阻電阻 短路電流產(chǎn)生的磁鏈 4 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 短路電流產(chǎn)生磁鏈的非周期分量 5 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 短路電流產(chǎn)生磁鏈的周期分量 6 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 短路后任意時(shí)刻的時(shí) 空矢量圖 7 7 3 3 3 1短路電流的初值3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù)3 3 3 3短路電流的衰減 3 3 3電樞短路電流及其衰減 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路電流的兩個(gè)分量 1 10 周期性分量 又稱交流分量 產(chǎn)生電樞磁鏈的周期性分量 非周期性分量 又稱直流分量 產(chǎn)生電樞磁鏈的非周期性分量 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路電流周期性分量的特點(diǎn) 2 10 電樞突然短路電流的周期性分量是用于抵消勵(lì)磁磁鏈的 而勵(lì)磁磁場(chǎng)以同步速度旋轉(zhuǎn) 勵(lì)磁磁密沿氣隙按正弦規(guī)律分布 因此 三相突然短路電流周期分量所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 其磁密在空間按正弦規(guī)律分布 三相突然短路電流周期性分量應(yīng)當(dāng)是三相對(duì)稱的電流 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路后的時(shí) 空矢量圖 3 10 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路后的磁場(chǎng)分布示意圖 4 10 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路后的電樞磁通的路徑 5 10 直軸電樞磁通 3 3 3 1電樞短路電流的初值 直軸電樞磁通對(duì)應(yīng)的磁導(dǎo)與電抗 6 10 3 3 3 1電樞短路電流的初值 突然短路后的電壓平衡方程 7 10 直軸超瞬變電抗 3 3 3 1電樞短路電流的初值 超瞬變電流 8 10 瞬時(shí)值 幅值 3 3 3 1電樞短路電流的初值 突然短路電流周期性分量的初值 9 10 3 3 3 1電樞短路電流的初值 突然短路電流非周期性分量的初值 10 10 3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù) 直軸超瞬變電抗 1 4 3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù) 直軸瞬變電抗 2 4 3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù) 交軸超瞬變電抗 3 4 3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù) 交軸瞬變電抗 4 4 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞繞組突然短路電流非周期性分量的衰減 1 11 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞時(shí)間常數(shù) 2 11 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞突然短路電流周期性分量的衰減特點(diǎn) 3 11 隨轉(zhuǎn)子繞組的突然短路電流非周期分量的衰減而衰減 直軸阻尼繞組和勵(lì)磁繞組的突然短路電流非周期分量是同時(shí)開始衰減的 但前者的衰減速度更快 將電樞突然短路電流周期性分量的衰減過程分為兩個(gè)階段 超瞬變階段和瞬變階段 3 3 3 3短路電流的衰減 超瞬變狀態(tài)的初值和時(shí)間常數(shù) 4 11 3 3 3 3短路電流的衰減 直軸阻尼繞組電流非周期分量產(chǎn)生的磁場(chǎng) 5 11 3 3 3 3短路電流的衰減 D繞組電流非周期分量對(duì)應(yīng)的電抗 6 11 3 3 3 3短路電流的衰減 瞬變電流初值和時(shí)間常數(shù) 7 11 3 3 3 3短路電流的衰減 勵(lì)磁繞組電流非周期分量產(chǎn)生的磁場(chǎng) 8 11 3 3 3 3短路電流的衰減 勵(lì)磁繞組電流非周期分量對(duì)應(yīng)的等效電抗 9 11 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞繞組的穩(wěn)態(tài)短路電流 10 11 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞繞組突然