第七章 同步发电机突然三相短路分析

null第七章 同步发电机突然三相短路分析第七章 同步发电机突然三相短路分析上—章讨论了在电源电压的幅值和频率保持恒定的情况下，三相发生三相短路的情形。实际上，发生短路时，作为电源的发电机的内部也发生暂态过程，并不能保持其端电压和频率不变。—般讲，由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为转子保持同步转速、即频率保持恒定，但通常应计及发电机的电磁暂态过程。第一节 同步发电机突然三相短路的物理过程 及短路电流的近似分忻 第一节 同步发电机突然三相短路的物理过程 及短路电流的近似分忻 本节在实测的短路电流波形的基础上，应用同步发电机的双反应原理和超导回路的磁链守恒原理，对短路后的物理过程和短路电流的达式作近似分析。一、空载情况下三相短路的电流波形一、空载情况下三相短路的电流波形实测波形：同步发电机在转子有励磁而定子回路开路即空载运行情况下，定子三相绕组端突然三相短路后的电流波形null波形的变化规律及波形分解： 定子：三相短路中均有直流，短路电流中的直流分量，三相的大小不等，但衰减规律相同。交流分量幅值是逐渐衰减今按指数衰减规律分析．可知交流分量包含有按两个时间常数衰减的分量，一般将时间常数小的称为Td’’，大的称为Td’。交流分量最终衰减至稳态短路电流。 转子：二、定子短路电流和转子回路电流分量的分祈二、定子短路电流和转子回路电流分量的分祈从电机内部物理过程分析产生各种分量的机理，在分析中主要应用超导体闭合回路磁链守恒，任意闭合回路磁链不能突变原理以及同步电机电枢反应原理。 假设同步发电机是理想电机 1)电机转子在结构上对本身的直铀和交铀完全对称，定子三相绕组完全对称，在空间互相相差120。电角度； 2)定于电流在气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布： 3)定子及转子的槽和通风沟不影咱定子及转子绕组的电感，即认为电机的定于及转子具有光滑的表面： 4)电视铁芯部分的导磁系数为常数，即忽略磁路饱和的影响，在分桥中可以应用叠加原理。null假设： 1)在暂态过程期间同步发电机保持同步转速，即只考虑电磁暂态过程，而不计机械暂态过程； 2)发生短路后励磁电压始终保持不变，即不考虑短路后发电机端电压降低引起的强行励磁(第四节除外)； 3)短路发生在发电机的出线端口。如果短路发生在出线端外，可以把外电路的阻抗看作定子组电阻和漏抗的一部分，故短路后的物理过程和出线端口短路是完全一样的。 为了简明起见，仍讨论空载情况下突然短路的情形为了简明起见，仍讨论空载情况下突然短路的情形(一)定子短路电流分量nullnullnull〔二)励磁回路电流分量〔二)励磁回路电流分量(三)阻尼回路电流分量(三)阻尼回路电流分量nullnull三、短路电流基频交流分量的初始和稳态有效值 三、短路电流基频交流分量的初始和稳态有效值 实际所关心的是发电机定子短路电流，若能求得其中的基频交流电流，则短路全电流也基本能确定了，因为若略去倍频分量，则直流分量的起始值在空载短路情况下与基频交流分量的短路瞬时值大小相等，方向相反。 （一）稳态值 基频交流分量的稳态值即稳态短路电流。若忽略定子电阻，稳态短路电流的电枢反应只有直铀分量，其表达式为： (二)初始值 基频交流分量初始值的分析比较复杂，为简明起见先不计阻尼回路的作用(二)初始值 基频交流分量初始值的分析比较复杂，为简明起见先不计阻尼回路的作用1、不计阻尼回路时基频交流分量初始值I’（或I’d) nullnullnull四、短路电流的近似表达式四、短路电流的近似表达式五、负载下短路后的短路电流基频交流分量初始值五、负载下短路后的短路电流基频交流分量初始值以下将仅介绍工程实用上最需计算的基频交流电流的初始值null(一)不计阻尼回路时基频交流分量初始值I’(一)不计阻尼回路时基频交流分量初始值I’nullnullnullnullnull第二节 同步发电机的基本方程、参数及等值电路第二节 同步发电机的基本方程、参数及等值电路本节将讨论同步发电机(同样适用于同步电动机)的基本方程、稳态运行时的分析以及发电机定子回路突然受到扰动时发电机的参数等 一、同步发电机的基本方程和坐标转换一、同步发电机的基本方程和坐标转换下将从电路的—般原理来推导同步发电机的基本方程，这样可以更完整地拿握发电机的数学模型，并更清楚地理解有关参数的意义。 〔一)发电机回路电压方程和磁链方程 〔一)发电机回路电压方程和磁链方程nullnull下面分别讨论这些电感系数下面分别讨论这些电感系数1．定子各相绕组的自感系数null 2．定于各相绕组间的互感系教 2．定于各相绕组间的互感系教3、转子各绕组的自感系数3、转子各绕组的自感系数转子上各绕组是随着转子—起转的。无论是凸极机还是隐极机，转于绕组的磁路总是不变的．即转子各绕组的自感系数为常数．令它们表示为：4．转子各绕组间的互感系数5．定于绕组与转子绕组间的互感系数5．定于绕组与转子绕组间的互感系数nullnullnullnullnullnullnull1．磁链方程的坐标变换nullnullnullnullnullnullnullnull2．电压平衡方程的变换nullnullnullnull二、同步发电机稳态运行方程、相量图和等值电路nullnullnullnullnull三、基本方程的拉氏运算形式和运算电抗三、基本方程的拉氏运算形式和运算电抗nullnullnullnullnullnullnullnullnull第三节 应用同步发电机基本方程(拉氏运算形式) 分析突然三相短路电流nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull二、计及阻尼绕组时纳短路电流nullnullnullnullnullnullnullnull (五)次暂态电动势 (五)次暂态电动势nullnull在本节中、运用发电机的基本方程分析了发电机突然短路的情形。在分析过程中对于绕组的电阻作了某些近似的处理。现对这两节分析的结果归纳如下几点： (1)同步发电机在三相突然短路后．短路电流中除了基频交流分量外，还有直流分量(严格说是一个频率很低的分量)和两倍基频交流分量(严格地说近似两倍基颜)。由于实际的电机总有阻尼绕组、故两倍基濒交流分量很小．可以忽略不计。因此，这与第一节的近似分析是一致的。 (2)短路电流基颇交流分量初始幅值很大(在例中是额定电流的3—4倍)，经过衰减而到稳态值。基频交流分量的初始值是由次暂态电动势和次暂态电抗或暂态电动势和暂态电抗决定的。次暂态电动势或暂态电动势虽然是虚构电动势(无法测得)但是由于它正比于转子绕组的磁链，在突然短路前后〔实际上，对于定子方面的其它突然扰动，如负荷突然变化等也都如此)保持不变，因而可以用它在正常远行时的值来计算短路后瞬时的基频交流电流。 短路电流稳态值总是由空载电动势稳态值和Xd决定null(3)直流分量(包括两倍基领交流分量)的衰减规律主要取决于定子电阻和定子的等值电抗(介于X‘’d和X‘’q及X‘d和X’q间的某平均值),基频交流分量的衰减规律和转子绕组中直流分量的衰减规律是一致的、后者取决于转子绕组的等值回路。对于无阻尼绕组电机，只有励磁绕组中有直流自由分量．它的衰减主要取决于rf和定子绕组短路情况下励磁绕组的等值电抗。对于有阻尼绕组电机。在d铀方向有f和D绕组，它们中的直流自由分量衰减规律由这两个耦合绕组的等值电路决定，都含有一个衰减快的分量和一个衰减慢的分量。在q轴方向只有Q绕组，其中直流自由分量只有一个时间常数，其值取决于rq和定子绕组短路时Q绕组的等值电抗。在确定id中直流自由分量两个衰减分量的大小时，采取了这样的假定。即当衰减快的分量快衰减至零时，有阻尼绕组电机相当于无阻尼绕组电机. null(4)根据第—章的冲击电流和最大有效值电流的定义。对于发电机的短路电流。若忽略二倍基频交流分量。并假设在空载下短路，其冲击电流和最大有效值电流的公式可分别由式(1-28)和式(1—30)修改而得：第四节 自动调节励磁装置对短路电流的影响第四节 自动调节励磁装置对短路电流的影响nullnullnullnull