第十七章 同步发电机的非正常运行.ppt

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1、第十七章同步发电机的非正常运行第二节同步发电机空载时三相突然短路的分析本节的要点：1掌握三相突然短路与稳态短路的区别和联系。2掌握空载三相突然短路后定子绕组中电流的主要分量的特点及相应磁通的磁路。3掌握上述电流分量对应的电抗与衰减时间常数的表达式和等效电路突然短路的物理概念条件：同步速，有励磁电流，定子绕组有感应电势类别:空载三相、单相、两相突然短路定子绕组内部短路（相间、匝间短路）空载三相突然短路与稳态短路的主要区别突然短路电流十倍以上，具有极大破坏性稳态短路电流1倍左右，属于正常试验项目一、从实例看R-L电

2、路过渡过程分析的一般原理合闸后电流有两个分量强制分量自由分量后者是无源分量，流过电阻消耗能量后得不到补充，要衰减。衰减时间常数ER-L电路过渡过程的特点1）电流的有源（强制）分量按照稳态分析方法确定，从时刻t=0开始就存在。2)无电源支持的自由分量，其初始值与有源（强制）分量在t=0时刻大小相等方向相反，使线圈在合闸前后电流不发生突变。3）凡是没有电源支持的电流，即“无源感应电流”，简称无源电流，都会衰减。关于换路定律的进一步说明自由分量的出现，可用楞次定律解释：合闸后立即出现的有源分量，有导致电流及其产生的

3、磁通急剧变化的趋势；磁通的变化在电感线圈中产生感应电势，感生电流阻碍磁通的变化。阻碍到电流与所产生的磁通不能突变的程度，亦即保持合闸前后电流相等，这就是R-L回路的换路定律。R-L电路换路定律的推广电感线圈电流不突变的实质是磁场能量不突变。磁场能量的等效表示方式如下：从电流不能突变推广到磁场能量不突变后，可以适合于多线圈的情况。换路定律可以理解为磁场能量不能突变，或各线圈的磁链不突变，各截面上的磁通不突变，甚至可以理解为各处的磁密不突变。两个耦合线圈过渡过程的特点问题描述在铁心上有两个线圈（设想为单相变压器），

4、其中二次闭合，一次突然合闸到直流电源。1）分析一次电流有哪些分量，对比其磁路与衰减时间常数与单线圈的区别。2）分析二次电流变化趋势，它对一次电流的磁路有何影响。参见耦合线圈图分析方法：将单线圈的分析方法推广至耦合线圈线圈1中的电流分量与单线圈相似，合闸后直流电压U作用于闭合回路，立即出现有源电流分量为保证电流与磁通不突变，会立即出现无源感应分量，其初始值满足短路线圈2对线圈1中的电流的影响1）对线圈1中电流所产生磁通的磁路的影响线圈1中电流所产生的突然出现的磁通要穿过线圈2，磁通的变化导致感应电势和感应电流

5、i2(1)的出现，阻碍线圈2中磁通的变化，使其在合闸瞬间维持不变，于是线圈1中合闸后立即出现的电流所产生的磁通在合闸后的一小段时间内只能走漏磁路。磁路从漏磁路向主磁路的转移i2(1)是无电源支持的感应电流，必然要衰减。随着它的逐渐衰减，对磁通的阻碍作用减小，使得磁路逐渐从线圈2的漏磁路转变为主磁路。这样，线圈1中有源强制分量i1(1)产生的磁通对应磁路的磁阻减小，磁导增加，电感变大。闭合线圈对时间常数的影响决定无源分量衰减时间常数的电阻与电感电阻：线圈1的电阻r1电感：从线圈1的出线端观察所呈现的等效电感。等效

6、电抗的确定方法借助双绕组变压器副边短路的等效电路忽略激磁支路和副边的电阻。计算等效电感的等效电路线圈1无源分量衰减时间常数的等效电感该电感显著小于线圈2开路时的等效电感。1R1L2LsmL1sL二、同步发电机三相突然短路分析同步发电机空载三相短路的物理过程图20-15a)为带阻尼绕组的同步发电机定、转子绕组结构示意图。其中转子上除了励磁绕组之外，还有阻尼绕组。阻尼绕组两端通过导电的短路环连接，使其始终构成闭合回路。同步发电机空载三相短路后定子绕组中主要的的电流分量同步发电机空载三相短路后的物理过程比较复杂。定子

7、绕组中的电流分量较多。本节重点分析其中的主要分量：电源频率的有源强加分量和无源的直流衰减分量。突然短路电流的周期分量空载时，定子绕组中产生对称三相感应电势。三相突然短路后必产生对称三相电流，这是有源（强加）电流,其频率为50赫兹，属于突然短路电流的周期分量。电流的大小取决于感应电势的大小和定子绕组闭合电路的阻抗。由于电阻对电流大小的影响可忽略，所以仅取决于电抗。根据A、B、C三相绕组电流不能突变的原理，在三相绕组中必然产生无源感应电流分量。其初始值满足：记为。由于属于无源感应电流，所以要衰减，属于突然短路电流

8、的非周期分量。以下进一步研究与的初始值及其衰减情况。突然短路电流的非周期分量图20－15同步发电机空载突然短路后的时空相－矢量图电枢绕组突然短路电流的初始值1)突然短路瞬间定子的感应电势设短路瞬间转子位置如图20－15a),将该瞬间取为时间零点，容易推导出定子三相绕组感应电势为：电枢电流的周期分量形成的磁场突然出现的对称三相电流必产生突然出现的旋转磁场，转速为同步速，转向与转子相同,所