同步发电机突然三相短路分析

1、第二章同步发电机突然三相短路分析 n与无穷大电源的差别n）有限电源n）电机内部有暂态过程 n）0,GxUconstconstfconstS第一节 物理过程及短路电流近似分析 n一、空载机端短路电流的组成 n、设定条件 n）转子上既有工作绕组（），又有阻尼绕组（） n）发电机保持同步转速 n）励磁电压为常数，不考虑强励 n）短路点在机端fqD,SconstUf第一节 物理过程及短路电流近似分析acbzabxyc第一节 物理过程及短路电流近似分析nax、by、cz为定子三相绕组nff为励磁绕组n转子铁心中的涡流（隐极机）或闭合短路环（凸极机）为阻尼绕组第一节 物理过程及短路电流近似分析n、电流组成

2、n）定子电流 n交流稳态分量n由转子稳态直流分量生成 n交流暂态分量 n 由的直流暂态分量生成，以衰减 pi 0fipaifdT第一节 物理过程及短路电流近似分析n 由 的直流暂态分量生成，以衰减 n直流暂态分量以衰减保持定子电流不突变 n合成电流偏离轴 pai dT papappiiii aiaTD第一节 物理过程及短路电流近似分析n）转子主绕组（）的电流 n直流稳态分量 n由外施励磁电压产生 n直流暂态分量 n保持的电流不突变 n交流暂态分量 n由定子直流生成 f0fifUfaiffi第一节 物理过程及短路电流近似分析n3)阻尼绕组n定子 时，定子基频交流纯无功，旋转磁场 n反过来, 又在

3、定子上生成次暂态电流n QD0R 0,QaQDADDii不穿过产生自由分量在穿过DAipai 第一节 物理过程及短路电流近似分析n定子直流分量在 ， 上产生基频交流,n反过来,在定子上产生直流分量 n 与 同轴，使两个绕组自由分量相互影响（改变等效电抗时间常数） DQQDiiaiDf第一节 物理过程及短路电流近似分析n、定、转子回路电流分量的对应关系n直流分量（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；n交流分量（强制电流分量）：由电势产生的电流。第一节 物理过程及短路电流近似分析第一节 物理过程及短路电流近似分析n定子直流暂态分量n与转子交流暂态分量

4、 相对应（用以抵消产生穿过定子绕组的磁通）n 截割定子直流分量生成的磁通产生基波交流，合成磁场在转子上反向旋转与电流磁场相对静止（相互对应） 2ifif第一节 物理过程及短路电流近似分析n当转子磁场不对称时 n 由于不能生成恒定磁场（以 为周期变化）为保持初始磁链不变，定子产生倍频交流分量予以补偿 0180出现负峰值磁阻最小时，出现正峰值磁阻最大时，22ii第一节 物理过程及短路电流近似分析n三、空载下突然短路定子基频分量稳态值与初始值的确定 n初始条件 n转子 (为励磁电流 的空载电动势有效值) n定子 0fi0fi0qE0i第一节 物理过程及短路电流近似分析n、稳态电流（）与转子相对静止，

5、不在转子上感应电势n定子电抗磁通 ， 定子漏磁通 n稳态电抗 piadRxx0/dadpdqxxxIEx第一节 物理过程及短路电流近似分析n、初始值n）无（只有）n暂态电抗 n有效值： Df(/)dadadfXxfxxxx dqpxEI/0第一节 物理过程及短路电流近似分析n）有 n次暂态电抗 n次暂态电流有效值 D)/(Dfaddxxxxx dqpxEi /0第一节 物理过程及短路电流近似分析n四、基频交流过渡过程表达式 n 3个分量 ， n、有效值变化过程 pipaipai dTtddTtddqppapapxexxexxEIIItIdd1)11()11()(0第一节 物理过程及短路电流近似

6、分析n、瞬时值)120cos(2)120cos(2)cos(200000tIitIitIippCppBppA第一节 物理过程及短路电流近似分析n、全电流 （含直流分量）0000011111()2()()cos()2cosddattTTaqdddddtqTdi tEeetxxxxxEex第一节 物理过程及短路电流近似分析n、时间常数 的确定n设定：n仅计主要绕组（产生直流暂态分量绕组）的电阻n取,ddaT T TfDxxx第一节 物理过程及短路电流近似分析n）-取决于在中的衰减dTfaifW/1(/)11()/faddfadfffaddffdfadxxxTxxxRRxxxRRxxxx第一节 物理

7、过程及短路电流近似分析n）-取决于在中的衰减dTDaiDW1(/)1/dDfadDdDdDfadTxxxxRxRxxxxx第一节 物理过程及短路电流近似分析n）-取决于在中的衰减dTaisW1(2/)1(2/)dqdqxxRxxRddTT第一节 物理过程及短路电流近似分析n）-定子开路状态下转子时间常数n n）经外接阻抗短路时的电流n 在定子中串接fT1()fadfddfdxxRxTTxfTlxlx第一节 物理过程及短路电流近似分析n五、负载下突然短路基频电流初值 n、初始条件：n短路前的电流，电压 .|0 |.|0 |0 |0 |0 |.|0 |0 |c o ssinqqqdUUUUjIxU

8、U 端 电 压 （ 消 耗 在 负 载 上 ）第一节 物理过程及短路电流近似分析.|0 |.|0 |0 |.|0 |0 |.|0 |0 |0 |c o s ()s i n ()qdqqddIIIIIEUj Ix 定 子 电 流第一节 物理过程及短路电流近似分析n、无下的基频电流初始值n1）d 轴 n原电流 经产生压降n增量 经产生压降 （顶替原负载降压） D0dIdxddxjI0dIdx0qddUxI j第一节 物理过程及短路电流近似分析nd轴电流n记 q轴暂态电势初值 dqdqddddddddddxjExjUxI jxjxIjxI jIII/)(/)(00000000qddqUxI jE第一

9、节 物理过程及短路电流近似分析n2）q轴 n原电流 经 产生压降 n增量 经 产生压降 n（q轴上无 ） （顶替原负载降压） n因此有 0qIdx00ddqUxI jqIqx0dqqUxIjf0qqII00qqqIII第一节 物理过程及短路电流近似分析n3)基频电流dqdqdxEIIII/0dqxEI/0第一节 物理过程及短路电流近似分析n、有下的基频电流初值 （类似推导） n）d轴电流n nq轴次暂态电势 Ddqdqddddddddddx jEx jUxI jx jxIjxI jIII /)(/)(00000000qddqUxI jE 第一节 物理过程及短路电流近似分析n）q轴n）定子基频电

10、流0/qqdIEjxqddqqdx jEx jEIII /00第一节 物理过程及短路电流近似分析n）近似算法n近似条件 视 n简化 n dqxx qdqxjEI /0dqqdxI jUE 000第一节 物理过程及短路电流近似分析ddddqdddqddqqdx jEx jxjIUx jxjIUxjIUx jEEIII /)(/)(/000000000000dEUjI x次暂态电势第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n一、基本方程与坐标变换n（一）正方向的规定 n）各绕组轴线正方向定义为磁链的正方向n）按转子旋转方向确定各绕组的相对位置n）转子电流的正方向为产生正向磁通的方向n定子电流的正方

11、向为产生负向磁通的方向第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n、转子电压的正方向为产生正向电流的方向n定子电压的正方向为产生负向电流的方向n6绕组模型，定子abc三相绕组，励磁绕组ff，d轴阻尼绕组DD，q轴阻尼绕组QQ第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路cDabdqzabxycDDffQ Q第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路rfLffifufrDLDDiDuDrQLQQiQuQrbrcraLaaLbbLccuaubucicibia第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n（二）基本方程与坐标变换n电压方程 （6个绕组） n dtdirdtdirdtdirUdtdriUdt

12、driUdtdriUQQQDDDffffCCCBBBAAA00第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n、磁链方程 （）n,同理， 下标相同时为自感L,下标不同时为互感M 自磁链互磁链aaaababcacfafDadQaqi Li Mi Mi Mi Mi Mbc第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路QDfcbaQQQDQfQcQbQaDQDDDfDcDbDafQfDfffcfbfacQcDcfcccbcabQbDbfbcbbbaaQaDafacabaaQDfcbaiiiiiiLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMML第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路

13、n、磁链方向中的电感 n（大部分为变量随转子位置变化而变化） 第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n、坐标变换Park变换 n）变换的数学概念 n对定子参数实施变换 n从静止的A、B、C坐标系d、q、0坐标系（其中d、q坐标以旋转）n转子速度RR第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n可视为引入中间变量n对原变量实施代换，使新方程中不出现变量电感 n原变量n换成新变量 CBAF,CBAPFqdF,0 ,0,1qdFPCBAF第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n）变换的物理概念 n在定子上建立三个假想绕组，等效代替绕组，n，分别与d，q轴重合，并以旋转n将，d轴分量注入n将，q

14、轴分量注入 dq0ABCdqRABCdABCq第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n将原零轴分量保留在原绕组上 n零轴分量同频，通相，同幅的分量，在d,q轴上投影为0，因此应有n变换表达式： 0)(31)120sin()120sin(sin32)120cos()120cos(cos3200000CBACBAqCBAdFFFFFFFFFFFF第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n矩阵形式： CBAPFqdF,0 ,0 ,1qdFPCBAF212121sinsinsincoscoscos32212121)120(sin)120(sinsin)120cos()120cos(cos3200

15、00CBACBAaaP1sincos1sincos1sincos1CCBBAAP第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n、（d , q , 0）坐标系中的磁链方程 P39.(2-52)n各元素均为常量 第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n、d,q,0坐标系中的电压方程 P40 2-55nA,B,C系中：fDQdqfDQABCRSfDQABCiirrUU0000 ,qdfDQABCfDQdqRSfDQdqPiirrUU0000第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n按ABCABCABCdqPPdtPd)(00)1()1(0)(00010100dadqdadqdqdqABCdqAB

16、CdqABCssPPPPPPP第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路000(1)0(1)000qdqdqdqSdfDQfDQfDQRsUirsUir 电阻压降 变压器电势 旋转电势第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n展开000(1)(1)dddqSqqqqffffRDD DDQQ QQUrisUrisUriUr iUr iUr i 第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n为什么在ABC系中不显见旋转电势，在d,q,0显见旋转电势，在ABC系中固定在定子上，因此定转子上旋转磁场导致时变，旋转电势隐含于中 n在d,q,0系中，以正向旋转，定转子旋转磁场不导致时变。因此出现独立的旋转

17、电势项与ABC等效 ABCCBA,ABCqd,RCBA,第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n二、同步发电机稳态运行方程，向量图及等值电路 n、方程)0()0()1 ()1 (000QQQQQDDDDDffffdqqqqdddUirUUirUirUriUsriUsriU第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n对称时 n稳态时n 仅保留3个方程00U00i00,0D QSi ifffdqqqddirUriUriUfaddddqqqixxixi第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n代入电压方程，得 n定子n转子 ()ddq qqqd dfadqd dqqfadUrii xUrii

18、xi xrii xE Ei xfffirU)qffqEi同步电势，的直流（所产生的磁通在上所产生的旋转电势。（空载电动势）第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n、相量图 n作图原则：沿转子运动方向，超前于，q轴相量超前于d轴相量qW090dW09000(9090dqjqdj用轴相量表达 轴相量时应乘前转）用 轴相量表达轴相量时应乘后转第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路ddqqq第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路dqqrdqqqqqddqqqqrqqddxI jUxI jI rUEExI jI rUxI jxI jI rU00或程将代数方程换为相量方第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路qdddqqrjdxd第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n3、等值电路n）d,q分开 djxd q qEqqjxq d d第二节 同步电机的基本方程、参数和等值电路n2）全电流等值电路)()()(qddQqddqqdddqdqqqdqdqddqqqqddqqqdxxI