【2017年整理】17-6 同步发电机空载时三相突然短路的分析4.docVIP

§17-7 同步发电机空载时三相突然短路的分析 从实例看R-L电路过渡过程分析的一般原理 实例 在图20-12中， 设u=U，求电流i与线圈中磁链变化规律。 电流包括两个分量：有电源支持的（强制）分量，记为 ；自由分量，记为 。在时与大小相等，方向相反，所以；自由分量没有电源支持，流过电阻要消耗能量，所以它要衰减。衰减时间常数 所以， i i L－RE L－R E 图20-12 R－L电路过渡过程简图 （2）R-L电路过渡过程的一般特点 1）电流的有源（强制）分量按照稳态分析方法确定，从时刻开始就存在； 2）无电源支持的电流自由分量，属于感应分量，根据楞次定律，它要阻碍有源（强制）分量的变化，使其不能突变，亦即线圈中在合闸后总的电流等于合闸前的电流数值。这就是R-L回路的换路定律，据此可以确定无源电流感应分量的初始值。 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。 (3) R-L电路过渡过程换路定律的推广 电感线圈电流不突变的实质是磁场能量不突变，否则功率会无穷大。线圈中磁场能量的等效表示方式如下： , 这些表达式是基于单线圈得到的。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。为此，只须将换路定律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 以图20－13为例进行分析。从分析方法上，将单线圈的分析方法推广至耦合线圈。 （1）问题描述：在铁心上有两个线圈（设想为单相变压器），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，它对的磁路有何影响。 a) b) c) a) 图20－13 两个耦合线圈过渡过程的特点 (2) 线圈1中的电流分量 一次侧与单线圈相似，直流电压U作用于闭合回路，有源电流分量为 为保证i与不突变，会出现无源感应分量，其初始值满足 (3) 短路线圈2 对线圈1中的电流的影响 1) 对线圈1中有源分量的磁路的影响 结合图20-13进行分析。突然出现的磁通试图要穿过线圈2，线圈2会产生感应电势和相应的感应电流，阻碍线圈2中磁通的变化，使其不能突变，于是只能走漏磁路，如图20-13b)所示。由于也是无电源支持的感应电流，所以，也要衰减，随着的逐渐衰减，它对的阻碍作用将减小，使的磁路逐渐从线圈2的漏磁路进入主磁路，如图20-13c)所示。 可见，随着线圈2中无源感应电流的衰减，线圈1中有源强制分量产生的磁通对应的磁阻减小，磁导增加，电感变大。 2) 对线圈1中无源分量衰减时间常数的影响 线圈1中无源分量衰减的时间常数比较复杂，可以近似地由线圈1的电阻r1和从线圈1的出线端观察所呈现的等效电感确定。在线圈2是短路线圈的情况下，两个线圈之间的关系，从原理上看，和单相双绕组变压器相同。所以，从线圈1的出线端观察所呈现的等效电抗，可以借助双绕组变压器副边短路的等效电路进行分析。在求取等效电抗时，忽略激磁支路和副边的电阻，如图20-14所示。 图20-14 计算耦合线圈等效电抗的等效电路 ， 所以线圈1中的无源分量衰减时间常数为 显然，与图20-12所示线圈2开路的情况相比，计算衰减时间常数的等效电感大大变小了。 3．同步发电机三相突然短路的物理过程分析 3．1 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。 (1) 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。 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，属于突然短路电流的非周期分量。以下进一步研究与的初始值及其衰减情况。 a) b) 图20－15 同步发电机空载突然短路后的时空相－矢量图 3.2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