第607同步發(fā)電機(jī)三相突然短路

6.7同步發(fā)電機(jī)三相突然短路一、突然短路的特點(diǎn)穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，由于同步電抗較大，因而其穩(wěn)態(tài)短路電流并不大，而突然短路時(shí)，由于限制其電流的超瞬變電抗很小，而且含有直流分量，因而突然短路電流很大，其峰值可以到達(dá)額定電流的十多倍。隨著這一沖擊電流的出現(xiàn)，電機(jī)的繞組將受到很大的沖擊電磁力的作用，可能使繞組變形，甚至繞組的絕緣受損。突然短路過程中，電機(jī)受到強(qiáng)大的短路轉(zhuǎn)矩的作用，可有發(fā)生振動(dòng)。電機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象二、突然短路時(shí)電機(jī)內(nèi)部物理現(xiàn)象的特點(diǎn)穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，電樞電流是恒定的，相應(yīng)的電樞磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)以同步速旋轉(zhuǎn)的恒幅旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因而不會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電流，從電流關(guān)系來看，相當(dāng)于變壓器的開路狀態(tài)。突然短路時(shí)，電樞電流的大小是變化的，相應(yīng)的電樞磁場(chǎng)的幅值是變化的，因而定、轉(zhuǎn)子之間變壓器作用，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)、電流，再影響到定子繞組中電流的變化，從電磁關(guān)系來看，相當(dāng)于變壓器的突然短路狀態(tài)。三、分析方法由于同步電機(jī)直軸和變軸的磁路磁阻的不同，而定子和轉(zhuǎn)子是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，因而定、轉(zhuǎn)子的互感系數(shù)和自感系數(shù)都不是常數(shù)，用微分方程來分析，求解較為困難，采用超導(dǎo)閉合回路磁鏈?zhǔn)睾愕脑?，從物理概念上進(jìn)行解釋，并導(dǎo)出突然短路時(shí)，在各繞組中出現(xiàn)的短路電流。五、重點(diǎn)熟悉掌握突然短路的分析方法和電磁特點(diǎn)。掌握，，的物理意義和數(shù)值大小、測(cè)量方法。定子、轉(zhuǎn)子各種電流分量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，及各按什么時(shí)間常數(shù)衰減。6.7.1超導(dǎo)閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍碓O(shè)初始和超導(dǎo)閉合回路交鏈的磁鏈為，由于某種原因，使和它交鏈磁鏈按規(guī)律變化，則在超導(dǎo)體中感應(yīng)一電勢(shì)、電流，相應(yīng)產(chǎn)生一磁鏈則=常數(shù)這就是超導(dǎo)閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?。NN在沒有電阻的閉合回路中，磁鏈將保持不變磁鏈不能突變，在突然短路瞬間，認(rèn)為磁鏈保持不變〔類似超導(dǎo)體情況〕。6.7.2突然短路過程中的根本電磁關(guān)系不考慮機(jī)械過渡過程

在過渡過程期間，電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步速不變；利用疊加原理

電機(jī)的磁路不飽和；突然短路前為空載運(yùn)行，突然短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)的出線端；不考慮強(qiáng)勵(lì)的情況

發(fā)生短路后，勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流If0始終保持不變。分析時(shí)的假設(shè)NS?x?x一、定子各相繞組的磁鏈轉(zhuǎn)子通勵(lì)磁電流If0,產(chǎn)生磁通，和定子各相繞組相交鏈的磁鏈為：d軸A相軸定子各相繞組磁鏈的初始值為：轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組磁鏈的初始值為：主極漏磁定子三相繞組短路電流產(chǎn)生的磁鏈

t=0時(shí)發(fā)生突然短路。發(fā)生突然短路后，定子各相繞組為了維持磁鏈不變，產(chǎn)生了三相突然短路電流,相應(yīng)產(chǎn)生磁鏈由磁鏈?zhǔn)睾阍磙D(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁鏈定子三相繞組短路電流產(chǎn)生的磁鏈為：1)維持不變2)抵消主磁通產(chǎn)生的三相磁鏈

起兩個(gè)作用：保持磁鏈的守恒ψA=0保持磁鏈的守恒ψB=0保持磁鏈的守恒ψC=0二、定子各相繞組的電流定子三相繞組短路電流產(chǎn)生的磁鏈為：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)靜止磁場(chǎng)三相對(duì)稱電流直流電流交流分量直流分量短路電流電流包含兩個(gè)分量，分別是產(chǎn)生兩個(gè)磁場(chǎng)，一個(gè)是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在繞組中建立交變的磁場(chǎng)，分別和對(duì)稱的三相磁鏈相平衡，其電流為一個(gè)三相對(duì)稱的頻率為的交流電流，稱為電樞電流的交流量或周期性分量；另一個(gè)是靜止磁場(chǎng)，在三相繞組中建立恒定不變的磁鏈，其電流必是一組直流電流稱為電樞電流的直流分量，或非周期性分量，用表示。由三相對(duì)稱電流所產(chǎn)生的合成磁碭對(duì)某一相磁鏈的瞬時(shí)值與該相電流的周期性分量的瞬時(shí)值成正比，而三相非周期性電流滿足了短路一瞬間各相繞組電流不能突變和磁鏈?zhǔn)睾阍怼?/p>

周期性分量非周期性分量電樞中的電流三、轉(zhuǎn)子繞組中的電流和磁鏈定子中周期分量中將產(chǎn)生一去磁的磁鏈,則轉(zhuǎn)子中相應(yīng)有一正的非周期分量的電流產(chǎn)生磁鏈,才能使轉(zhuǎn)子的磁鏈不變。定子中非周期分量產(chǎn)生的靜止磁場(chǎng)，對(duì)轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，將引起勵(lì)磁繞組出現(xiàn)交變磁鏈，故勵(lì)磁繞組再感應(yīng)一50Hz的周期性的分量來產(chǎn)生磁鏈,以保持磁鏈的守恒。那么：產(chǎn)生的磁鏈抵消定子短路電流的交流分量產(chǎn)生的磁鏈抵消定子短路電流的直流分量產(chǎn)生的磁鏈四、電機(jī)總的磁場(chǎng)分布

短路后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90°電角后的磁力線分布定子繞組產(chǎn)生的磁力線被擠出由于的產(chǎn)生，阻止進(jìn)入轉(zhuǎn)子繞組，則的實(shí)際路徑為右圖所示，從而保持轉(zhuǎn)子磁鏈的守恒，而電樞反應(yīng)磁通走的路徑則為轉(zhuǎn)子周圍的氣隙，磁阻很大，因而定子電樞繞組必須提供很大的周期性電流，這就是三相突然短路時(shí)電樞電流增大的根本原因。五、有阻尼繞組時(shí)電機(jī)總的磁場(chǎng)分布

定子繞組產(chǎn)生的磁力線被擠出阻尼繞組中也勢(shì)必產(chǎn)生一非周期性分量來維持阻尼繞組中的磁鏈的守恒，同樣，產(chǎn)生一磁鏈來抵消對(duì)阻尼繞組磁鏈的影響，因而實(shí)際的效果使走的路徑的磁阻更大，電樞繞組的周期性分量的電流也更大(為)上述分析都只能決定各電流的初始值，由于每一繞組都有電阻，磁鏈?zhǔn)睾銦o法維持，各電流都將以不同的時(shí)間常數(shù)衰減，最后到達(dá)各自的穩(wěn)態(tài)值。6.7.3瞬變電抗和超瞬變電抗及測(cè)定方法一、瞬變和超瞬變電抗的物理意義我們已經(jīng)知道在電機(jī)發(fā)生突然短路時(shí)的瞬間，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的沖擊電流，我們叫做超瞬態(tài)短路電流，而相應(yīng)的在此電流流過的路徑會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的電抗同步電機(jī)短路電流的大小決定于電路的參數(shù)，即同步電機(jī)電抗的大小。電抗的大小是由磁路狀態(tài)來決定的,所以要研究定子繞組的電抗X，首先要研究它的磁阻及磁導(dǎo)1.穩(wěn)態(tài)短路時(shí)如圖所示，轉(zhuǎn)子繞組中沒有感應(yīng)電流，電樞反應(yīng)磁通可以順利地通過定、轉(zhuǎn)子鐵芯及兩個(gè)氣隙，因?yàn)殍F芯的磁阻是很小的，可以略去不計(jì)，所以對(duì)應(yīng)的磁導(dǎo)為氣隙磁導(dǎo)，短路電流還產(chǎn)生漏磁通，對(duì)應(yīng)的漏磁導(dǎo)為。所以短路電流所產(chǎn)生的總磁通所對(duì)應(yīng)的總磁導(dǎo)為對(duì)應(yīng)的電抗為：穩(wěn)態(tài)短路電流為：2.瞬態(tài)短路時(shí)

在發(fā)生瞬態(tài)短路時(shí)，為了共同抵抗短路初瞬的電樞反響磁通對(duì)他們的影響，轉(zhuǎn)子上勵(lì)磁繞組及阻尼繞組中都感應(yīng)了電流，因此勵(lì)磁繞組及阻尼繞組對(duì)電樞反響磁通的進(jìn)入，起對(duì)抗作用，使電樞反響磁通被擠到它們的漏磁路徑上，如下圖，電樞反響磁通的路徑經(jīng)過氣隙磁阻、勵(lì)磁繞組漏磁阻及阻尼繞組漏磁阻，所以電樞反響磁通所遇到的磁阻為用相應(yīng)的磁導(dǎo)來表示：考慮漏磁通后，定子磁通的總磁導(dǎo)為：超瞬態(tài)電抗所決定的電流，為短路超瞬態(tài)電流周期分量的有效值.相應(yīng)的電抗為：稱為直軸超瞬態(tài)電抗，

和為阻尼繞組及勵(lì)磁繞組的漏磁電抗.由于電阻的存在，在發(fā)生短路后的極短時(shí)間內(nèi)，阻尼繞組中的感應(yīng)電流已衰減完畢，此時(shí)電樞反響磁通的路徑如以下圖(左)：磁通經(jīng)過氣隙磁阻及勵(lì)磁繞組漏磁阻，所以電樞反應(yīng)磁通的總磁阻為

稱為直軸瞬態(tài)電抗，由它所決定的電流，是短路時(shí)瞬態(tài)電流周期分量的有效值，即：對(duì)應(yīng)的電抗為：最后當(dāng)勵(lì)磁繞組中的電流衰減后，電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短中狀態(tài)，定子電流由Xd所限制。3.電抗的等效電路如果突然短路不是發(fā)生在電樞端點(diǎn)上，由于線路電阻的作用，則短路電流中含有交軸分量，則相應(yīng)有交軸瞬變電抗

，,由于交軸上沒有勵(lì)磁繞組。二、瞬變和超瞬變電抗的測(cè)量(靜測(cè)法)

轉(zhuǎn)子中電流最大時(shí)：U1→I1→P1→變壓器作用強(qiáng)→轉(zhuǎn)子中電流最小時(shí)：U2→I2→P2→變壓器作用弱→轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組短接〔接一電流表〕，定子繞組施加一單相電壓，產(chǎn)生一脈振磁場(chǎng)，模擬突然短路過程中定轉(zhuǎn)子的電磁關(guān)系那么：計(jì)及電阻，那么如果轉(zhuǎn)子沒有阻尼繞組，則所測(cè)的參數(shù)為，

6.7.4瞬態(tài)短路電流計(jì)算已經(jīng)知道同步發(fā)電機(jī)發(fā)生突破短路后，由于受電阻的影響短路電流是逐漸衰減的：剛短路時(shí)，短路電流為，經(jīng)過極短的時(shí)間后，可以認(rèn)為阻尼繞組電流已衰減完畢，此時(shí)的短路電流為再經(jīng)過一段時(shí)間后，勵(lì)磁繞組中的感應(yīng)電流全部衰減完畢，此時(shí)的短路電流為所以，是受阻尼繞組影響而衰減的一部分電流，衰減快慢決定與時(shí)間常數(shù)短路電流中是受勵(lì)磁繞組影響而衰減的一局部電流，衰減快慢決定與時(shí)間常數(shù)，由此定子繞組電流以寫成而如果短路瞬間發(fā)生在A相繞組鉸鏈的磁通為最大，那么此時(shí)短路電流中除了周期分量外，還應(yīng)存有直軸分量，因此A相瞬態(tài)短路電流可以寫成：直流分量由于現(xiàn)在分析的是空載短路，t=0時(shí)ia=0,帶入上式，可以得到直流分量得到最大值，由于定子繞組電阻的影響，直流分量要衰減，衰減的快慢決定于時(shí)間常數(shù)，這樣，我們就可以作出瞬態(tài)短路時(shí)電流的波形圖：短路初瞬，定子電流中的直流分量與短路時(shí)的磁鏈有關(guān)〔保持短路后磁鏈?zhǔn)睾恪?。如短路時(shí)短路繞組與交軸重合，那么磁鏈ψ0＝０如短路繞組與直軸重合，那么磁鏈ψ0＝ψmax如果衰減很緩慢，那么在0．01s(半個(gè)周波)以后，最高沖擊電流到達(dá)周期性電流的起始振幅的2倍。普通情況電流的表達(dá)式三相對(duì)稱電流直流電流△最大電流:發(fā)生短路時(shí)刻不同，那么非周期分量的電流也不同，對(duì)A相而言:當(dāng)α0=0°時(shí)，些時(shí)與A相交鏈的磁鏈為零，發(fā)生短路，非周期性分量為零。當(dāng)α0=90°時(shí)，與A相交鏈的磁鏈最大，非周期性分量的為最大，些時(shí)，短路瞬間電流為零，但是，在半個(gè)周期之后，周期性分量到達(dá)正的幅值，那么該相電流到最大值。①不考慮衰減那么考慮衰減K為沖擊系數(shù)，一般為。沖擊電流的估算：電流的衰減定子的周期性分量和轉(zhuǎn)子中的非周期分量相對(duì)應(yīng)，定子的非周期分量和轉(zhuǎn)子的周期分量相對(duì)應(yīng)，由于繞組中的電阻的存在，定子、轉(zhuǎn)子繞組中的電流都要衰減，其中非周期分量是主動(dòng)的，而周期性分量是隨動(dòng)的。衰減時(shí)間常數(shù)組尼繞阻中電流的衰減時(shí)間常數(shù)式中，——直軸阻尼繞組的電阻——考慮阻尼繞組與定子繞組，勵(lì)磁繞組之間藕合作用后的等效電流。②勵(lì)磁繞組電流的衰減時(shí)間常數(shù)計(jì)算勵(lì)磁繞組的衰減時(shí)間常數(shù)時(shí)，可以不考慮阻尼繞組的影響，