電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（2）ppt-第二章同步發(fā)電機(jī)突然三相短

1、第二章同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析 n與無窮大電源的差別n）有限電源n）電機(jī)內(nèi)部有暫態(tài)過程 n）0,GxUconstconstfconstS波形特征n短路電流包絡(luò)線中心偏離時(shí)間軸，說明短路電流中含有衰減的非周期分量；n交流分量的幅值是衰減的，說明電勢(shì)或阻抗是變化的。n勵(lì)磁回路電流也含有衰減的交流分量和非周期分量，說明定子短路過程中有一個(gè)復(fù)雜的電樞反應(yīng)過程。第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析 n一、空載機(jī)端短路電流的組成 n、設(shè)定條件 n）轉(zhuǎn)子上既有工作繞組（），又有阻尼繞組（） n）發(fā)電機(jī)保持同步轉(zhuǎn)速 n）勵(lì)磁電壓為常數(shù)，不考慮強(qiáng)勵(lì) n）短路點(diǎn)在機(jī)端fqD,SconstUf第一節(jié) 物理過程及短路

2、電流近似分析acbzabxyc第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析nax、by、cz為定子三相繞組nff為勵(lì)磁繞組n轉(zhuǎn)子鐵心中的渦流（隱極機(jī)）或閉合短路環(huán)（凸極機(jī)）為阻尼繞組第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、電流組成n）定子電流 n交流穩(wěn)態(tài)分量n由轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)直流分量生成 n交流暫態(tài)分量 n 由的直流暫態(tài)分量生成，以衰減 pi 0fipaifdT第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n 由 的直流暫態(tài)分量生成，以衰減 n直流暫態(tài)分量以衰減保持定子電流不突變 n合成電流偏離軸 pai dT papappiiii aiaTD第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n）轉(zhuǎn)子主繞組（）的電流 n直流穩(wěn)態(tài)分量 n由

3、外施勵(lì)磁電壓產(chǎn)生 n直流暫態(tài)分量 n保持的電流不突變 n交流暫態(tài)分量 n由定子直流生成 f0fifUfaiffi第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n3)阻尼繞組n定子 時(shí)，定子基頻交流純無功，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) n反過來, 又在定子上生成次暫態(tài)電流n QD0R 0,QaQDADDii不穿過產(chǎn)生自由分量在穿過DAipai 第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n定子直流分量在 ， 上產(chǎn)生基頻交流,n反過來,在定子上產(chǎn)生直流分量 n 與 同軸，使兩個(gè)繞組自由分量相互影響（改變等效電抗時(shí)間常數(shù)） DQQDiiaiDf第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、定、轉(zhuǎn)子回路電流分量的對(duì)應(yīng)關(guān)系n直流分量（自由電流分量）：維

4、持繞組本身磁鏈不突變而感生的電流，其衰減主要由該繞組的電阻所確定；n交流分量（強(qiáng)制電流分量）：由電勢(shì)產(chǎn)生的電流。第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n定子直流暫態(tài)分量n與轉(zhuǎn)子交流暫態(tài)分量 相對(duì)應(yīng)（用以抵消產(chǎn)生穿過定子繞組的磁通）n 截割定子直流分量生成的磁通產(chǎn)生基波交流，合成磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子上反向旋轉(zhuǎn)與電流磁場(chǎng)相對(duì)靜止（相互對(duì)應(yīng)） 2ifif第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)不對(duì)稱時(shí) n 由于不能生成恒定磁場(chǎng)（以 為周期變化）為保持初始磁鏈不變，定子產(chǎn)生倍頻交流分量予以補(bǔ)償 0180出現(xiàn)負(fù)峰值磁阻最小時(shí)，出現(xiàn)正峰值磁阻最大時(shí)，22ii第一節(jié) 物理過程及短路

5、電流近似分析n衰減關(guān)系：n續(xù)表第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n三、空載下突然短路定子基頻分量穩(wěn)態(tài)值與初始值的確定 n初始條件 n轉(zhuǎn)子 (為勵(lì)磁電流 的空載電動(dòng)勢(shì)有效值) n定子 0fi0fi0qE0i第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、穩(wěn)態(tài)電流（）與轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止，不在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)電勢(shì)n定子電抗磁通 ， 定子漏磁通 n穩(wěn)態(tài)電抗 piadRxx0/dadpdqxxxIEx第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、初始值n）無（只有）n暫態(tài)電抗 n有效值： Df(/)dadadfxxxxxxdqpxEI/0第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n）有 n次暫態(tài)電抗 n次暫態(tài)電流有效值 D)/(Dfadd

6、xxxxx dqpxEi /0第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n四、基頻交流過渡過程表達(dá)式 n 3個(gè)分量 ， n、有效值變化過程 pipaipai dTtddTtddqppapapxexxexxEIIItIdd1)11()11()(0第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、瞬時(shí)值)120cos(2)120cos(2)cos(200000tIitIitIippCppBppA第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、全電流 （含直流分量）0000011111()2()()cos()2cosddattTTaqdddddtqTdi tEeetxxxxxEex第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、時(shí)間常數(shù)

7、的確定n設(shè)定：n僅計(jì)主要繞組（產(chǎn)生直流暫態(tài)分量繞組）的電阻n取,ddaT T TfDxxx第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n）-取決于在中的衰減dTfaifW/1(/)11()/faddfadffaddffdfadxxxTxxxRRxxxRRxxxx第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n）-取決于在中的衰減dTDaiDW1(/)1/dDfadDdDdDfadTxxxxRxRxxxxx第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n）-取決于在中的衰減aTaisW1(2/)1(2/)dqdqxxRxxRaaTT第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n）-定子開路狀態(tài)下轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)n n）經(jīng)外接阻抗短路時(shí)的電流n

8、 在定子中串接fT1()fadfddfdxxRxTTxfTlxlx 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n二、同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程，向量圖及等值電路 n、方程)0()0()1 ()1 (000QQQQQDDDDDffffdqqqqdddUirUUirUirUriUsriUsriU第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n對(duì)稱時(shí) n穩(wěn)態(tài)時(shí)n 僅保留3個(gè)方程00U00i00,0D QSi ifffdqqqddirUriUriUfaddddqqqixxixi第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n代入電壓方程，得 n定子n轉(zhuǎn)子 ()ddq qqqd dfadqd dqqfadUrii xUri

9、i xi xrii xE Ei xfffirU)qffqEi同步電勢(shì)，的直流（所產(chǎn)生的磁通在上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電勢(shì)。（空載電動(dòng)勢(shì)）第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n、相量圖 n作圖原則：沿轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向，超前于，q軸相量超前于d軸相量qW090dW09000(9090dqjqdj用軸相量表達(dá) 軸相量時(shí)應(yīng)乘前轉(zhuǎn)）用 軸相量表達(dá)軸相量時(shí)應(yīng)乘后轉(zhuǎn)第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路ddqqq第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路dqqrdqqqqqddqqqqrqqddxI jUxI jI rUEExI jI rUxI jxI jI rU00或程將代數(shù)方程換為相量方第二節(jié) 同步電機(jī)的基

10、本方程、參數(shù)和等值電路qdddqqrjdxd第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n3、等值電路n）d,q分開 djxd q qEqqjxq d d第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n2）全電流等值電路)()()(qddQqddqqdddqdqqqdqdqddqqqqddqqqdxxI jExxI jx I jUxI jxI jxI jxI jUEx I jUExxxI jxI jUEExI jxI jUUU（凸極機(jī)）隱極機(jī)）)進(jìn)行計(jì)算虛構(gòu)電勢(shì)（用得QqQEx I jUE()()()()dqdqqqddqqqqddqdqdqqqdqdddqqddqQddqUUUr IIjI xjI

11、 xEEUrIjI xjI xxxEUrIjIxEUrIjI xjI xjI xjI xUrIjIxjIxxEjIxx 隱極機(jī)）凸極機(jī)）（第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n根據(jù)電壓、電流，確定q、d軸的位置 rjxqdq第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n凸極機(jī)：物理過程及短路電流近似分析n五、負(fù)載下突然短路基頻電流初值 n、初始條件：n短路前的電流，電壓 .|0 |.|0 |0 |0 |0 |.|0 |0 |c o ssinqqqdUUUUjIxUU 端 電 壓 （ 消 耗 在 負(fù) 載 上 ）第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析.|0 |.|0 |0 |.|0 |0 |.|0

12、 |0 |0 |c o s ()s i n ()qdqqddIIIIIEUj Ix 定 子 電 流第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、無下的基頻電流初始值n1）d 軸 n原電流 經(jīng)產(chǎn)生壓降n增量 經(jīng)產(chǎn)生壓降 （頂替原負(fù)載降壓） D0dIdxddxjI0dIdx0qddUxI j第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析nd軸電流n記 q軸暫態(tài)電勢(shì)初值 dqdqddddddddddxjExjUxI jxjxIjxI jIII/)(/)(00000000qddqUxI jE第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n2）q軸 n原電流 經(jīng) 產(chǎn)生壓降 n增量 經(jīng) 產(chǎn)生壓降 n（q軸上無 ） （頂替原負(fù)載降壓） n

13、因此有 0qIdx00ddqUxI jqIqx0dqqUxIjf0qqII00qqqIII第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n3)基頻電流n簡(jiǎn)化暫態(tài)電勢(shì)0/dqddqIIIIExdqxEI/0.|0 |0 |0dEUjxI0/dIEx第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n、有下的基頻電流初值 （類似推導(dǎo)） n）d軸電流n nq軸次暫態(tài)電勢(shì) Ddqdqddddddddddx jEx jUxI jx jxIjxI jIII /)(/)(00000000qddqUxI jE 第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n）q軸n）定子基頻電流0/qqdIEjxqddqqdx jEx jEIII /00.|0|0

14、|0qdqdEUjxId 軸 次 暫 態(tài) 電 抗第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析n）近似算法n近似條件 視 n簡(jiǎn)化 n dqxx qdqxjEI /0dqqdxI jUE 000第一節(jié) 物理過程及短路電流近似分析000000000() /() /() /dqdqddddqddqdddIIIEEjxUjIxUjIxjxUjI xjxEjx000dEUjI x次暫態(tài)電勢(shì)1/dIx第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n一、基本方程與坐標(biāo)變換n（一）正方向的規(guī)定 n）各繞組軸線正方向定義為磁鏈的正方向n）按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向確定各繞組的相對(duì)位置n）轉(zhuǎn)子電流的正方向?yàn)楫a(chǎn)生正向磁通的方向n定子電流的正方

15、向?yàn)楫a(chǎn)生負(fù)向磁通的方向第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n、轉(zhuǎn)子電壓的正方向?yàn)楫a(chǎn)生正向電流的方向n定子電壓的正方向?yàn)楫a(chǎn)生負(fù)向電流的方向n6繞組模型，定子abc三相繞組，勵(lì)磁繞組ff，d軸阻尼繞組DD，q軸阻尼繞組QQ第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路cDabdqzabxycDDffQ Q第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路rfLffifufrDLDDiDuDrQLQQiQuQrbrcraLaaLbbLccuaubucicibia第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n（二）基本方程與坐標(biāo)變換n電壓方程 （6個(gè)繞組） n dtdirdtdirdtdirUdtdriUdt

16、driUdtdriUQQQDDDffffCCCBBBAAA00第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n、磁鏈方程 （）n,同理， 下標(biāo)相同時(shí)為自感L,下標(biāo)不同時(shí)為互感M 自磁鏈互磁鏈aaaababcacfafDadQaqi Li Mi Mi Mi Mi Mbc第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路QDfcbaQQQDQfQcQbQaDQDDDfDcDbDafQfDfffcfbfacQcDcfcccbcabQbDbfbcbbbaaQaDafacabaaQDfcbaiiiiiiLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMML第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路

17、n、磁鏈方向中的電感 n（大部分為變量隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化） 第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n、坐標(biāo)變換Park變換 n）變換的數(shù)學(xué)概念 n對(duì)定子參數(shù)實(shí)施變換 n從靜止的A、B、C坐標(biāo)系d、q、0坐標(biāo)系（其中d、q坐標(biāo)以旋轉(zhuǎn)）n轉(zhuǎn)子速度RR第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n可視為引入中間變量n對(duì)原變量實(shí)施代換，使新方程中不出現(xiàn)變量電感 n原變量n換成新變量 CBAF,CBAPFqdF,0 ,0,1qdFPCBAF第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n）變換的物理概念 n在定子上建立三個(gè)假想繞組，等效代替繞組，n，分別與d，q軸重合，并以旋轉(zhuǎn)n將，d軸分量注入n將，q

18、軸分量注入 dq0ABCdqRABCdABCq第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n將原零軸分量保留在原繞組上 n零軸分量同頻，通相，同幅的分量，在d,q軸上投影為0，因此應(yīng)有n變換表達(dá)式： 0000002coscos(120 )cos(120 )32sinsin(120 )sin(120 )31()3dABCqABCABCFFFFFFFFFFFF 第二節(jié) 同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路n矩陣形式： CBAPFqdF,0 ,0 ,1qdFPCBAF212121sinsinsincoscoscos32212121)120(sin)120(sinsin)120cos()120cos(cos320000CBACBAaaP1sincos1sincos1