《电力系统暂态分析》第二章提纲.docVIP

第二章 同步发电机突然三相短路分析 为什么要讨论该问题？ 同步发电机是电力系统的电源，电力系统发生短路时的暂态过程主要由同步发电机的暂态过程决定。 同步发电机突然三相短路与无限大功率电源三相短路有不同的地方，其根本差别在于同步发电机的内部存在磁场耦合，发电机内部有暂态过程，不能保持端电压和频率不变。但暂态过程时间短，而发电机转子惯量较大，可以认为在这么短的时间内发电机转速来不及变化，即频率不变。 第一节 同步发电机基本方程 一、理想电机 本章以理想凸极同步发电机为研究对象。理想电机是指符合下述“四性”假设条件的电机： （1）对称性。定子三相绕组完全对称，在空间上互差120°电角度，转子在结构上对本身的直轴和交轴对称。 （2）正弦性。定子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组的互感磁通也在空气隙中按正弦规律分布。 （3）光滑性。定子和转子的槽和通风沟不影响定子和转子的电感，即认为电机定子及转子具有光滑的表面。 （4）不饱和性。电机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。 二、物理结构 定子：、、三相绕组。 转子：励磁绕组（）、直轴阻尼绕组（）、交轴阻尼绕组（）。 三、正方向的规定 图2-1 同步发电机各绕组轴线正方向示意图 图2-2 同步发电机各回路电路 磁链：绕组轴线正方向作为磁链正方向(轴线)。 电流：定子绕组正向电流产生的磁链与相应绕组轴向相反（即去磁作用，）； 转子绕组正向电流产生的磁链与相应绕组轴向相同（即助磁作用，）。 电压：定子绕组向负荷侧看，电压降正方向与电流正方向一致（）； 励磁绕组向绕组侧看，电压降正方向与电流正方向一致（）； 阻尼绕组为短接绕组，电压为零。 四、电压方程和磁链方程 1．电压方程(根据电磁感应定律和基尔霍夫电压定律) 式中：——微分算子。 矩阵形式 分块矩阵形式 2．磁链方程 矩阵形式 分块矩阵形式 将磁链方程代入电压方程，则可得到一组以各绕组电流为变量的微分方程组。如该方程组为常系数微分方程组，则求解不成问题。如该方程组为变系数微分方程组，则求解是个难题。 实际上，该方程组是常系数微分方程组还是变系数方程组，决定于电感系数矩阵是否常系数矩阵。 五、电感系数 1．电感系数的变化规律 （1）与定子绕组相关的电感系数、和均随转子的位置角（转子轴与定子轴之间的夹角）作周期性变化。 原因：转子凸极且旋转（定、转子之间存在相对运动）。使以上各电感系数对应的磁链经过的气隙随转子位置按周期性变化。 （2）仅与转子绕组相关的电感系数均为常数。 原因：这些绕组设置在转子上，随转子一起旋转，与转子之间没有相对运动。使以上各电感系数对应的磁链经过的气隙不因转子位置变化而变化。且由于轴和轴相互垂直，轴上的绕组和轴上的绕组之间不存在互感，即它们之间的互感系数为0。 2．结论及启发 （1）与定子绕组相关的电感系数是变化的，所以上述微分方程组是一组变系数微分方程组，不能用一般的解常系数微分方程的方法求解，求解相当困难。 现在的问题是：是否可以将变系数微分方程组转变为常系数微分方程组呢？ （2）仅与转子绕组相关的电感系数均为常数的事实，给我们一个启示：如果将定子绕组上的各电气量转换到转子上来表示，则可能使变系数微分方程式变为常系数微分方程式。 如何转换？——借助于坐标变换来完成。 六、派克变换 1．派克变换的实质 就是将定子各电气量（如：电压、电流、电势、磁链等）从原来的坐标系统（设置在定子上，固定不动）转换到新的坐标系统（设置在转子上，随转子一起旋转，轴和轴互相垂直，轴线与转子轴线重合，正方向一致，轴正方向沿转子旋转方向超前轴）。 2．对派克变换的定性理解 由电机学知识可知：当同步电机定子三相绕组流过对称平衡三相交流电流时，将在空气隙中产生一旋转磁场，该旋转磁场的角速度与定子交流电流角速度相同，旋转方向与交流电流的相序有关。转子励磁绕组施加一直流电流时，将建立一恒定磁场随转子一起旋转，也会在空气隙中产生一旋转磁场。同步电机工作机理实际上就是该两个旋转磁场相互作用（称为电枢反应）的结果。若转子旋转磁场牵着定子旋转磁场跑，则为发电机运行