同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析

1、第七章 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析上章討論了在電源電壓的幅值和頻率保持恒定的情況下，三相電路發(fā)生三相短路的情形。實(shí)際上，發(fā)生短路時(shí)，作為電源的發(fā)電機(jī)的內(nèi)部也發(fā)生暫態(tài)過程，并不能保持其端電壓和頻率不變。般講，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量較大，在分析短路電流時(shí)可以近似地認(rèn)為轉(zhuǎn)子保持同步轉(zhuǎn)速、即頻率保持恒定，但通常應(yīng)計(jì)及發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)過程。第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的物理過程 及短路電流的近似分忻l本節(jié)在實(shí)測的短路電流波形的基礎(chǔ)上，應(yīng)用同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)原理和超導(dǎo)回路的磁鏈?zhǔn)睾阍?，對短路后的物理過程和短路電流的表達(dá)式作近似分析。一、空載情況下三相短路的電流波形l 實(shí)測波形：同步發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子有勵磁而定

2、子回路開路即空載運(yùn)行情況下，定子三相繞組端突然三相短路后的電流波形l 波形的變化規(guī)律及波形分解：定子：三相短路中均有直流，短路電流中的直流分量，三相的大小不等，但衰減規(guī)律相同。交流分量幅值是逐漸衰減今按指數(shù)衰減規(guī)律分析可知交流分量包含有按兩個(gè)時(shí)間常數(shù)衰減的分量，一般將時(shí)間常數(shù)小的稱為Td，大的稱為Td。交流分量最終衰減至穩(wěn)態(tài)短路電流。轉(zhuǎn)子：二、定子短路電流和轉(zhuǎn)子回路電流分量的分祈l 從電機(jī)內(nèi)部物理過程分析產(chǎn)生各種分量的機(jī)理，在分析中主要應(yīng)用超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾?，任意閉合回路磁鏈不能突變原理以及同步電機(jī)電樞反應(yīng)原理。l 假設(shè)同步發(fā)電機(jī)是理想電機(jī)1)電機(jī)轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上對本身的直鈾和交鈾完全對稱，定

3、子三相繞組完全對稱，在空間互相相差120。電角度；2)定于電流在氣隙中產(chǎn)生正弦分布的磁勢，轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組間的互感磁通也在氣隙中按正弦規(guī)律分布：3)定子及轉(zhuǎn)子的槽和通風(fēng)溝不影咱定子及轉(zhuǎn)子繞組的電感，即認(rèn)為電機(jī)的定于及轉(zhuǎn)子具有光滑的表面：4)電視鐵芯部分的導(dǎo)磁系數(shù)為常數(shù)，即忽略磁路飽和的影響，在分橋中可以應(yīng)用疊加原理。l假設(shè)：1)在暫態(tài)過程期間同步發(fā)電機(jī)保持同步轉(zhuǎn)速，即只考慮電磁暫態(tài)過程，而不計(jì)機(jī)械暫態(tài)過程；2)發(fā)生短路后勵磁電壓始終保持不變，即不考慮短路后發(fā)電機(jī)端電壓降低引起的強(qiáng)行勵磁(第四節(jié)除外)；3)短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)的出線端口。如果短路發(fā)生在出線端外，可以把外電路的阻抗看作定子組電阻和漏

4、抗的一部分，故短路后的物理過程和出線端口短路是完全一樣的。為了簡明起見，仍討論空載情況下突然短路的情形(一)定子短路電流分量二)勵磁回路電流分量(三)阻尼回路電流分量三、短路電流基頻交流分量的初始和穩(wěn)態(tài)有效值l工程實(shí)際所關(guān)心的是發(fā)電機(jī)定子短路電流，若能求得其中的基頻交流電流，則短路全電流也基本能確定了，因?yàn)槿袈匀ケ额l分量，則直流分量的起始值在空載短路情況下與基頻交流分量的短路瞬時(shí)值大小相等，方向相反。（一）穩(wěn)態(tài)值l基頻交流分量的穩(wěn)態(tài)值即穩(wěn)態(tài)短路電流。若忽略定子電阻，穩(wěn)態(tài)短路電流的電樞反應(yīng)只有直鈾分量，其表達(dá)式為：(二)初始值基頻交流分量初始值的分析比較復(fù)雜，為簡明起見先不計(jì)阻尼回路的作用1、不

5、計(jì)阻尼回路時(shí)基頻交流分量初始值I（或Id)四、短路電流的近似表達(dá)式五、負(fù)載下短路后的短路電流基頻交流分量初始值l 以下將僅介紹工程實(shí)用上最需計(jì)算的基頻交流電流的初始值(一)不計(jì)阻尼回路時(shí)基頻交流分量初始值I第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的基本方程、參數(shù)及等值電路l本節(jié)將討論同步發(fā)電機(jī)(同樣適用于同步電動機(jī))的基本方程、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的分析以及發(fā)電機(jī)定子回路突然受到擾動時(shí)發(fā)電機(jī)的參數(shù)等一、同步發(fā)電機(jī)的基本方程和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換l下將從電路的般原理來推導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)的基本方程，這樣可以更完整地拿握發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并更清楚地理解有關(guān)參數(shù)的意義。 一)發(fā)電機(jī)回路電壓方程和磁鏈方程下面分別討論這些電感系數(shù)1定子各相繞組的自感系

6、數(shù) 2定于各相繞組間的互感系教3、轉(zhuǎn)子各繞組的自感系數(shù)l轉(zhuǎn)子上各繞組是隨著轉(zhuǎn)子起轉(zhuǎn)的。無論是凸極機(jī)還是隱極機(jī)，轉(zhuǎn)于繞組的磁路總是不變的即轉(zhuǎn)子各繞組的自感系數(shù)為常數(shù)令它們表示為：l4轉(zhuǎn)子各繞組間的互感系數(shù)5定于繞組與轉(zhuǎn)子繞組間的互感系數(shù)1磁鏈方程的坐標(biāo)變換2電壓平衡方程的變換二、同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程、相量圖和等值電路三、基本方程的拉氏運(yùn)算形式和運(yùn)算電抗第三節(jié) 應(yīng)用同步發(fā)電機(jī)基本方程(拉氏運(yùn)算形式) 分析突然三相短路電流二、計(jì)及阻尼繞組時(shí)納短路電流 (五)次暫態(tài)電動勢l 在本節(jié)中、運(yùn)用發(fā)電機(jī)的基本方程分析了發(fā)電機(jī)突然短路的情形。在分析過程中對于繞組的電阻作了某些近似的處理?，F(xiàn)對這兩節(jié)分析的結(jié)果歸

7、納如下幾點(diǎn)：(1)同步發(fā)電機(jī)在三相突然短路后短路電流中除了基頻交流分量外，還有直流分量(嚴(yán)格說是一個(gè)頻率很低的分量)和兩倍基頻交流分量(嚴(yán)格地說近似兩倍基顏)。由于實(shí)際的電機(jī)總有阻尼繞組、故兩倍基瀕交流分量很小可以忽略不計(jì)。因此，這與第一節(jié)的近似分析是一致的。(2)短路電流基頗交流分量初始幅值很大(在例題中是額定電流的34倍)，經(jīng)過衰減而到穩(wěn)態(tài)值。基頻交流分量的初始值是由次暫態(tài)電動勢和次暫態(tài)電抗或暫態(tài)電動勢和暫態(tài)電抗決定的。次暫態(tài)電動勢或暫態(tài)電動勢雖然是虛構(gòu)電動勢(無法測得)但是由于它正比于轉(zhuǎn)子繞組的磁鏈，在突然短路前后實(shí)際上，對于定子方面的其它突然擾動，如負(fù)荷突然變化等也都如此)保持不變，因

8、而可以用它在正常遠(yuǎn)行時(shí)的值來計(jì)算短路后瞬時(shí)的基頻交流電流。 短路電流穩(wěn)態(tài)值總是由空載電動勢穩(wěn)態(tài)值和Xd決定l (3)直流分量(包括兩倍基領(lǐng)交流分量)的衰減規(guī)律主要取決于定子電阻和定子的等值電抗(介于Xd和Xq及Xd和Xq間的某平均值),基頻交流分量的衰減規(guī)律和轉(zhuǎn)子繞組中直流分量的衰減規(guī)律是一致的、后者取決于轉(zhuǎn)子繞組的等值回路。對于無阻尼繞組電機(jī)，只有勵磁繞組中有直流自由分量它的衰減主要取決于rf和定子繞組短路情況下勵磁繞組的等值電抗。對于有阻尼繞組電機(jī)。在d鈾方向有f和D繞組，它們中的直流自由分量衰減規(guī)律由這兩個(gè)耦合繞組的等值電路決定，都含有一個(gè)衰減快的分量和一個(gè)衰減慢的分量。在q軸方向只有Q繞組，其中直流自由分量只有一個(gè)時(shí)間常數(shù)，其值取決于rq和定子繞組短路時(shí)Q繞組的等值電抗。在確定id中直流自由分量兩個(gè)衰減分量的大小時(shí)，采取了這樣的假定。即當(dāng)衰減快的分量快衰減至零時(shí)，有阻尼