17-6_6同步发电机空载时三相突然短路的分析4

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1、§17-7同步发电机空载时三相突然短路的分析1.从实例看R-L电路过渡过程分析的一般原理（1）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，iL－RE图20-12R－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，

2、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。2.两个耦合线圈过渡过程的特点以图20－13

3、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)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

4、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

5、，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。其中转子上除了励磁绕组之外，还有阻尼绕组。阻尼绕组两端通过导电的短路环连接，

6、使其始终构成闭合回路。(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

7、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瞬间转子位置如图20－15a),将该瞬间取为时间零点，容易推导出定子三相绕组感应电势为：(2).电枢电流的周期分量形成的磁场突然出现的对称三相电流必产生突然出现的旋转磁场，转速为同步速，转向与转子相同,所以，相对于转子位置不变，忽略电阻的影响，则电流落后于电势90度。同时，在时空相－矢量图中三相合成磁势与A相电流相量