同步发电机突然三相短路分析课件.ppt

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1、第二章同步发电机突然三相短路分析第1节同步发电机空载情况下定子突然三相短路后的电流波形及其近似分析第2节同步发电机空载下三相短路后内部物理过程以及短路电流分析第3节同步发电机负载下三相短路交流电流初始值第4节同步发电机的基本方程、参数及等值电路第5节应用同步发电机基本方程分析突然三相短路电流第6节自动调节励磁装置对短路电流的影响第1节同步发电机空载情况下定子突然三相短路后的电流波形及其分析无限大功率电源的情况下，三相电路发生三相短路的情形。实际短路时，发电机内部发生暂态过程。分析短路电流时近似认为转子保持同步，即频率恒定，但计及发电机

2、的电磁暂态过程。同步发电机各绕组示意图发电机六个回路（三个定子绕组、一个励磁绕组以及直轴和交轴阻尼绕组）空载情况下定子三相短路的电流波形波形分析方法分析定子三相短路电流，可知三相短路电流中均有直流电流和交流电流励磁电流中出现交流电流最后衰减为零，其直流电流在刚短路时较正常值大，最后衰减至正常值。三相短路电流的直流分量大小不等，衰减规律相同，衰减时间常数为Ta；交流分量的峰~峰值为三相短路电流包络线间的垂直距离（三相相等），幅值逐渐衰减，直至稳态短路电流。衰减的时间常数分别为：交流分量幅值的表达式：短路电流交流分量幅值随时间衰减的现象，

3、是同步发电机突然三相短路电流与恒定电压源短路电流的最基本差别。由图2-1：定子短路电流和励磁回路电流，在突然短路瞬间均不突变，即三相定子电流均为零，励磁回路电流等于初始值。对电机内部物理过程分析所作的假设1、同步发电机是理想电机2、暂态过程中同步发电机保持同步转速3、发生短路后励磁电压恒定4、短路发生在发电机的出线端口定子回路短路电流分量转子回路短路电流分量励磁回路电流分量阻尼回路电流分量第2节同步发电机空载下三相短路后内部物理过程以及短路电流分析空载运行时，只有励磁电流产生磁通，扣除漏磁通后，穿过主磁路的主磁路交链定子三相绕组。空载

4、情况下定子短路电流分量t=0时刻定子突然三相短路，则短路后主磁通交链三相磁链的表达式为：短路瞬间三相磁链的瞬时值为：根据磁链守恒原理，三相回路的磁链将保持为、、因此，短路后三相回路将感应电流，其产生的磁链、、应满足以下的关系：三相的直流合成为一个在空间静止的磁势，该静止的磁势遇到的磁阻是周期变化的（因为转子的直轴和交轴的磁阻即暂态磁阻是不同的），周期为180度电角度，频率为两倍于基频。因而，为产生恒定的磁链，磁势的大小随磁阻作相应的变化，即直流电流的大小不是恒定的，而是按照两倍基频波动。也可理解为：直流+两倍频交流直流基频交流定子三相

5、基频交流电流合成为一个与转子同步旋转的电枢反应磁势，若忽略定子绕组电阻，该磁势为纯去磁的，将穿入励磁绕组且与主磁通反向。为了保持自身磁链守恒，励磁回路中感生出一附加的（自由）直流电流分量，其方向与原有的励磁电流相同，以抵消定子基频交流电流电枢反应的作用。基频交流定子电流中直流分量和倍频分量产生的磁场与转子的相对速度均为同步转速，这两种电枢反应均会在励磁回路中感应出基频交流电流分量，这也可以理解为励磁回路为了保持自身磁链守恒感生基频交流电流，以抵消穿入的突变磁场。阻尼回路电流分量一般将阻尼条构成回路的等值绕组称为直轴阻尼绕组D，铁芯中涡

6、流回路的等值绕组称为交轴阻尼绕组Q。凸极机转子磁极上两端短接的阻尼条和隐极机转子铁芯中涡流回路在正常稳态运行时是没有电流的，而在暂态过程中会感生电流。阻尼回路电流分量定子短路前等值的阻尼绕组D和Q中均无电流，短路后D绕组中和励磁绕组一样会感生直流电流和基频交流电流，而Q绕组中只感生基频交流电流而没有直流电流，这是因为假设定子回路电阻为零，定子基频交流电流只有直轴方向的电枢反应。电流分量对应关系定子回路稳态短路电流基频交流电流初始和稳态值之差直流电流倍频电流励磁回路D阻尼回路Q阻尼回路励磁电流自由直流电流自由直流电流自由直流电流基频交流

7、电流基频交流电流基频交流电流短路电流的近似表达式短路全电流=+略去倍频分量，则直流分量的起始值在空载短路情况下与基频交流分量的短路瞬时值大小相等，方向相反。基频交流电流直流电流二、短路电流基频交流分量的初始和稳态有效值（一）稳态值若忽略定子电阻，稳态短路电流的电枢反应只有直轴分量，表达式为：式中，为对应励磁电流的空载电动势有效值，为直轴同步电抗（）1）稳态值定子绕组漏电抗电枢反应电抗直轴同步电抗基频交流电流的初始值不计阻尼回路时基频交流分量初始值计及阻尼回路时基频交流分量初始值短路瞬间定子回路突然出现三相交流电流，其合成磁动势企图形成

8、穿过主磁路的磁通，但转子上的励磁绕组为了保持自身磁链守恒而感生直流电流，其相应的磁动势就抵制电枢反应磁通的穿入，而迫使后者走励磁绕组的外侧，即其漏磁路径。不计阻尼回路时基频交流分量初始值2）不计阻尼回路时基频交流分量初始