第二章_同步发电机三相短路分析new课件.ppt

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 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 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； 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。 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： 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。 2．Ψa i 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。 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 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， (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： 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’的过程； ifα衰减到零的过程的衰减时间常数为T’d ，其主要由励磁绕组的电阻rf所确定，是衰减到I∞的过程； 空载短路时短路电流基频交流分量的初始值和稳态值 （二）初始值 1．不计阻尼回路时基频交流分量初始值 I’ 同步发电机突然短路时基频交流电流幅值变化的原因是：突然短路时，转子闭合回路为维持本身磁链不突变而改变了电枢反应磁通的磁路，使定子绕组的等值电抗发生了变化。 暂态过程中，定子绕组的等值电抗为x’’d、 x’d 、 xd 。 三 短路电流的近似公式 （一） 基频交流分量电流的近似公式 突然短路过程中