第二章_同步发电机三相短路分析newppt课件.ppt

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1、同步发电机突然三相短路分析发生短路时，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。一般讲，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近似分析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表达式作近似分析。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实测短路电流

2、波形分析短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中含有衰减的非周期分量；交流分量的幅值是衰减的，说明电势或阻抗是变化的。励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量，说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程。二、定子短路电流和转子回路短路电流分析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1．理想电机ax、by、cz为定子三相绕组ff’为励磁绕组转子铁心中的涡流（隐极机）或闭合短路环（凸极机）为阻尼绕组acbzabxyc假设同步发电机是理想电机1)两个对称：电机转子在结构上对本

3、身的直轴和交轴完全对称；定子三相绕组完全对称，在空间互相相差120°电角度；2)两个正弦：定子电流在气隙中产生正弦分布的磁场，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)光滑：定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面；4)不饱和：电枢铁芯部分的导磁系数为常数，即忽略磁路饱和的影响，在分析中可以应用叠加原理。2.分析过程假设：1)同步速：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)励磁电压恒定：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；

4、3)短路位置：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。acbzabxycd为了简明起见，讨论空载情况下突然短路的情形短路前空载稳态运行转子以ω0的转速旋转，主磁通Φ0交链定子abc绕组，即三相绕组的磁链如式：在t=0（短路前）瞬间，各绕组的磁链初值为：由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值。（一）定子短路电流分量1．t=0（短路后），主磁通ψ0继续交链定子绕组，则定子回路中须感应电流以产生磁链ψai，使磁链守恒。ψaiψa0Ψa

5、0

6、

7、-ψa02．Ψai是定子绕组中感应电流所产生的磁链，其中心轴偏离时间轴，则定子电流中包含基频交流iω和直流分量iα。3．三相绕组中的直流分量合成为一个空间静止的磁势，磁势是变化的。zabxyc是空间静止的90°180°270°ia当转子纵轴与静止的磁势重合时，气隙最小，则电感系数L大，需小；当转子纵轴与静止的磁势垂直时，气隙最大，则电感系数L小，需大；由于磁阻的变化周期是180°，所以非周期分量包含2倍频分量和直流分量：（二）励磁回路中的电流分量励磁电压作用下的依然存在；2定子三相交流产生去磁的旋转磁场ΨR=-Ψ0,其突然穿越励磁绕组，则励磁绕组要保持磁链不突变，需感

8、生直流电流ifα；励磁绕组以同步转速切割空间静止的磁场Ψa，将产生基频交流ifω；4所以，励磁绕组电流ω0ψRω0是空间静止的三）阻尼回路电流分量磁链轴线在d轴方向的称为直轴阻尼绕组D，磁链轴线在q轴方向的称为交轴阻尼绕组Q，qd(四)定、转子回路电流分量的对应关系和衰减自由电流分量：维持绕组本身磁链不突变而感生的电流，其衰减主要由该绕组的电阻所确定；强制电流分量：由电势产生的电流。1．定、转子回路电流分量的对应关系为：基频交流iQω自由分量直流iQα≈0iQ基频交流iDω自由分量直流iDαiD基频交流ifω自由分量直流ifαif

9、0

10、if稳态短路电流I∞直流电流iα倍

11、频交流i2ω周期分量电流Iω定子电流iabc基频交流电流初始与稳态值之差I”－I∞2．衰减关系定子绕组自由分量电流iα、i2ω，按定子回路时间常数Ta衰减，所以，由静止磁场引起的转子电流ifω、iDω、iQω也按Ta衰减；维持转子绕组磁链不突变的自由分量电流ifα、iDα起到励磁电流的作用，其衰减变化引起定子周期分量电流由初始的I’’衰减到I∞；iDα的衰减远快于ifα，则可认为iDα衰减完毕，ifα变化甚少；定子三相短路后，ifα近似不变而iDα衰减到零的过程的衰减时间常数为T’’d，其主要由阻尼绕组的电阻rD所确定，是I’’衰减到I’