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1、6.3同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析6.3.1同步发电机在空载悄况下突然三相短路的物理过程上一节讨论了无限大屯源供屯屯路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限人容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一•般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的新态过程。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发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。同步发电机稳态对称运行时,电枢磁势的
2、大小不随时间而变化,在空间以同步速度旋转，山于它与转子没冇相对运动，因而不会在转子绕组屮感应出屯流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然冇其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化乂影响到转子，在转子绕组中感生岀电流，而这个电流乂进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显若特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。图6-6凸极式同步发电机示意图图6-6为
3、凸极同步发电机的示意图。定子三相绕组分别用绕组A—XfB_Y,C—Z表示，绕组的中心轴5,C轴线彼此相差120"。转子极中心线用〃轴表示，称为纵轴或直轴；极间轴线用@轴表示,称为横轴或交轴。转子逆时针旋转为正方向，@轴超前N轴90°。励磁绕组〃'的轴线与/轴重合。阻尼绕组用两个互相正交的短接绕组等效，轴线轴匝合的称为氏丁阻尼绕组，轴线与丘轴雨合的称为00,阻尼绕组。定子各相绕组轴线的正方向作为各绕组磁链的正方向，各相绕组中正方向电流产生的磁链的方向与绕组轴线的正方向相反，叩定子绕组屮正电流产生负磁通。励
4、磁绕组及/轴阻尼绕纽.磁链的正方向与/轴正方向一致，0轴阻尼绕纽•磁链的正方向与0轴正方向一致，转子绕组中正向屯流产生的磁链与轴线的正方向相同,即在转子方面，正电流产生正磁通。下而分析发电机空载突然短路的暂态过程。1.定子回路短路电流设短路前发电机处于空载状态，气隙中只冇励磁电流'『［°】产生的磁链，忽略漏磁链后，穿过主磁路为主磁链％匝链定子三相绕组，乂设&0为转子川轴与A相绕组轴线的初始夹角。由于转子以同步转速旋转，主磁链匝链定子三相绕组的磁链随着*咼+处I的变化而变化，因此欣]平曲说+创i旳[o]=
5、Wqcos(&o+加一120°•>0c[o]=%cos風+觀+120°)(6_]7)若在f=0时•，定子绕组突然三相短路，在这一瞬间匝链定子三相磁链的瞬时值为0血=屮QCOS0Q0別=00COS也-120°)>0co=0ocosG。+120°)(6-⑻根据磁链守恒定律，任何一个闭合的超导体线圈(先不考虑发电机电阻)，它的磁链应保持不变，如果外來条件要迫使线圈的磁链发生变化，线圈小会感应ll1^ih电流分量，來维持线圈的磁链不变。根据这个定律,发电机定子三相绕组要维持J，"ep不变，但主磁链匝链到定子三相
6、回路的磁链仍然是灼Pl,归那］,处［0］。因此短路瞬间定子三相绕组屮必然感应电流，该电流产生的磁链灼，%,%应满足磁链守恒原理,有(6-19)灼+0來]=0血屮E+0邮]=0旬必+0邯]二畑将式(6-17),(6-18)代入上式，得屮A=%COS-屮qCOS'坯+碗I+磁一120°卜屮b=甌
7、cos風一120°I—0ocos1^(6-20)根据定子电流规定的正方向与磁链正方向相反，定子三相短路电流为iA=一打cos&o+打cosl&o+磁iiB=-Zwcos'^q-120°!+Z冷cos(50+磁一12
8、0°!——cos(q,+120°"+打cos(q,+磁+120°)cos'+120°)-cos'50+M+120°[(6-21)由上可知定子短路电流中含有基波交流分量和直流分量。基波交流分量是三相对称的,直流分量是三相不相等的。定子绕组中的直流分量在空间形成恒定的磁势。当转子旋转时，山于转子纵轴向和横轴向的磁阻不同，转子每转过180”电角度(频率为基频的倍)，磁阻经历一个变化周期。只冇在这个恒定的磁势上増加一个适应磁阻变化的，具有倍同步频率的交变分量才可能得到真止不变的磁通。因此在定子的三相短路电流中，
9、还应有倍同步频率的电流，与直流分量共同作用，才能真止维持定子绕组的磁链不变。倍频率电流的幅值取决于纵轴和横轴磁阻之差，其值一般不大。2.励磁回路电流分鼠如上所述，定子绕组突然三相短路后，在定子绕组中会产生基波交流分量电流，它们的磁链分别和励磁绕组的主磁链妊所产生的磁链互相抵消。三相基波交流电流合成的同步旋转磁场作用在转子的力轴上，形成对励磁绕组的去磁作用。但是，励磁绕组也是电感性线圈，其匝链的磁链也要维持短路前瞬间的值不变，因此，在励磁绕组
