同步电机的突然短路与振荡

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1、第十五章同步电机的突然短路与振荡本章内容同步发电机突然短路的物理过程1同步电机的瞬态电抗和超瞬态电抗2三相突然短路电流3同步电机振荡的物理概念4同步发电机突然短路的物理过程突然短路是一个暂态过程从正常负载运行变化到稳态短路运行的过渡过程电流的自由分量在过渡过程中，短路电流将包含按某些时间常数自由分量当自由分量衰减完毕，发电机便转入稳态短路运行突然短路初瞬的冲击短路电流可达额定电流的十几到二十多倍，将带来严重后果同步发电机突然短路的物理过程突然短路的分析严格分析需要列出并求解多个回路的联立微分方程式组

2、更由于同步电机的转子激磁绕组为单相回路，阻尼绕组为不完整的多相电路，直轴交轴磁路又不对称，使问题变得非常复杂简化方法从磁链守恒原理出发，形象化地阐明突然短路时电机内的电磁过程，重点弄清突然短路时电机参数和电流变化的物理概念同步发电机突然短路的物理过程超导体闭合回路磁链不变原则在下图瞬间，合上开关使绕组1突然短路，绕组中的电压方程式为如把电阻r略去，则同步发电机突然短路的物理过程i2i120nd轴1说明超导体闭合回路磁链不变原则同步发电机突然短路的物理过程上式的一般解为设图示瞬间为t=0，绕组中的磁

3、链为t=0，于是可得根据起始条件求得的特解为物理意义没有电阻的闭合绕组的磁链不会变化，永远等于突然短路瞬间，即t=0时该绕组所匝链的磁链t=0结论在没有电阻的闭合回路中，磁链将保持不变，称为磁链不变原则同步发电机突然短路的物理过程实际的闭合回路电阻总是存在的由于电阻的影响，磁链将逐渐变化，但因磁链不能突变，在突然短路的初瞬，仍可认为磁链保持不变短路初瞬实际情况仍和无电阻的超导体的情况相同同步发电机突然短路的物理过程突然短路时的电机参数在正常运行情况下，定子磁场与转子绕组间没有相对运动定子磁场的振

4、幅也保持恒定不变故定子磁场并不能在转子绕组中产生感应电势转子绕组的存在并不影响定子绕组的电抗同步发电机突然短路的物理过程三相突然短路时的磁链用磁链不变原则分析无阻尼绕组同步发电机空载运行时，在发电机出线端点处发生三相突然短路后电机各绕组中的磁链变化情况假设激磁电流和转子转速保持不变，并且不计饱和影响，以便应用叠加原理同步发电机空载时转子旋转磁场将在各定子绕组中形成磁链fA、fB和fC，随时间按正弦变化因定子绕组开路，不受磁链不变原则的制约，所以定子绕组中没有电流，不产生定子磁场同步发电机突然短

5、路的物理过程(a)三相突然短路时磁链变化情况0A0B0Ct0fCfAfB同步发电机突然短路的物理过程当t=0时，发电机端点三相突然短路此瞬间，定子绕组的磁链分别为0A、0B及0C不计电路的电阻，根据磁链不变原则可知，短路以后各绕组的磁链将分别保持0A、0B和0C，不再随时间改变短路以后转子继续以同步转速旋转，转子磁场对定子绕组形成的磁链fA、fB和fC，始终对时间按正弦规律变化定子各绕组的磁链要保持为0A、0B和0C不变，还需由已闭合的定子绕组中产生感应电流，

6、由该电流分别在各相绕组中建立磁链AA、BB和CC同步发电机突然短路的物理过程磁链AA、BB和CC的大小和随时间变化的规律取决于能分别和fA、fB和fC共同合成相应的0A、0B和0C定子电流应产生的磁场与转子旋转磁场大小相等、极性相反、转速相同的同步旋转磁场该磁场将在定子各相绕组中形成–fA、–fB和–fC，恰能抵消上述fA、fB和fC。同步发电机突然短路的物理过程定子电流应为同频率的三相对称交流电，它产生的各相磁链用A~、B~和C~表示，即有定子电流还应有直

7、流分量因短路发生时，定子绕组已匝链有磁链0A、0B和0C定子电流中应有一直流分量维持初试磁链同步发电机突然短路的物理过程由直流分量建立的磁链分别用A–、B–和C–表示，即有短路后定子绕组中总磁链同步发电机突然短路的物理过程0At0fAA~=–fA=0AA–AA=A~+A–三相突然短路时磁链变化情况(b)同步发电机突然短路的物理过程转子绕组中的磁链转子励磁电流建立匝链转子绕组的磁链用ff表示不计转子回路的电阻，转子磁链将保持突然短路发生时的数值，即保持ff不变现在

8、由于定子电流产生的旋转磁场和直流磁场的出现，转子磁链守恒将被破坏转子电路中必将引起感应电流以建立恰能抵消上述磁场对转子绕组形成的磁链。同步发电机突然短路的物理过程转子绕组中的直流分量由定子电流中的交流分量（亦常称周期性分量）产生的A~、B~和C~合成一圆形旋转磁场，和转子同步旋转，其匝链转子绕组的磁链为~，大小不变转子绕组将感应一个直流分量电流才能产生一个f-，以抵消磁链~，即f-=–~同步发电机突然短路的物理过程转子绕组中的交流分量定子电流中的直流分