同步发电机突然三相短路分析.ppt

第七章同步发电机突然三相短路分析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一、空载情况下三相短路的电流波形
实测短路电流波形分析
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假设同步发电机是理想电机
1)电机转子在结构上对本身的直铀和交铀完全对称，定子三相绕组完全对称，在空间互相相差120。电角度；
2)定于电流在气隙中产生正弦分布的磁势，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)定子及转子的槽和通风沟不影咱定子及转子绕组的电感，即认为电机的定于及转子具有光滑的表面：
4)电枢铁芯部分的导磁系数为常数，即忽略磁路饱和的影响，在分桥中可以应用叠加原理。

2.分析过程假设：
1)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)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(第四节除外)；
3)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，即三相绕组的磁通如式：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）定子短路电流分析
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．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场当转子纵轴与重合时，气隙最小，则电感系数L大，需小；
当转子纵轴与垂直时，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；uf（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，电枢反应引起磁路变化，相应的阻抗分别为：
起始x’’d→阻尼电流衰减完毕x’d→稳态xd
突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的电流分别为：
起始→阻尼电流衰减完毕

→稳态突然短路过程中，相应的电流衰减变化的时间常数分别为
起始I’’→阻尼电流衰减完毕I’：T’’d
阻尼电流衰减完毕I’→稳态I∞：T’d
基频交流幅值可表示为：(二)全电流的近似公式
∵四、负载下短路后的短路电流基频交流分量初始值
说明：
（1）短路电流中含有前述的各项分量
（2）除稳态短路电流表达式不变，其他电流分量的表达式均有变化
（3）以下将仅介绍工程实用上最需计算的基频交流电流的初始值
短路前状况分析：见图所示
uf(一)不计阻尼回路时基频交流分量初始值I’
当假设定子回路电阻为零时，短路瞬时的定子基额交流分量韧始值显然只有直轴电