CHSG动态分析.ppt

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* 一台凸极同步电机的定、转子绕组布置如图28-1a所示,定子上有A、B、C三相对称绕组,转子上有励磁绕组f。 假定电机为理想情况,首先规定正方向。对定子电枢绕组,采用发电机惯例,即以输出电流为正,如图28-1b所示;各线圈流过正向电流时,产生负值磁链。对转子励磁绕组f,采用电动机惯例,即以输入电流为正;线圈流过正向电流时,产生正值磁链。转矩的正方向符合发电机惯例,即外加驱动转矩取为与转子转向同向,电磁转矩为制动转矩。 * 根据规定的正方向,采用动态耦合电路法,ABC坐标系中定子的电压方程为 或 (28-1) 式中,Ra为定子每相的电阻,定子各相的磁链为 或 (28-2) 式中,MAf、MBf、MCf是定子相绕组与励磁绕组间的互感;Ls为电感矩阵,其中元素的定义和性质如同式(27-38)~(27-40),均为转子角位移θ的函数。 * 励磁绕组的电压方程为 (28-3) 式中,Rf为励磁绕组的电阻,励磁绕组的磁链为 (28-4) 式中,Lff为转子励磁绕组的自感,当定子铁心内圆为光滑圆柱(不计齿槽效应)时,无论转子转到什么位置,转子磁动势所遇磁阻不变,Lff为常值,而与转子位置无关;MfA、MfB、MfC是励磁绕组与定子相绕组间的互感,如果气隙磁场为正弦分布,则有 (28-5) 式中,Msf为励磁绕组轴线与定子A相绕组轴线重合时互感的幅值。 可见,除Lff外,凸极同步电机的自感和互感都是θ角的正弦函数,因此磁链方程(28-2)和(28-4)是含有正弦函数的联立方程。因此,电压方程式(28-1)和式(28-3)是含有周期性时变系数的微分方程组。 * 根据规定的正方向,转矩方程可写成 (28-6) 式中,T1为外施驱动转矩; J为转子的转动惯量;RΩ为旋转阻力系数;Te为电磁转矩,其值可由磁共能求出,即 (28-7) 式中,p为极对数。为使算出Te的方向与式(28-6)的规定一致,故在dWm’/dθ前加负号。 * 首先对磁链方程进行dq0变换,则有 (28-8) 根据式(27-41)得 (28-9) 其中 此式中的Ld、Lq、L0分别为直轴、交轴同步电感和零轴电感。 * 用直轴和交轴电流id、iq表示时,励磁绕组的磁链方程为 (28-10) 写成矩阵形式时,dq0坐标系中的磁链方程为 (28-11) 由此可见,经过dq0变换后, 由于d、q轴与转子间无相对运动,零序磁链又不穿过气隙,所以变换以后电感矩阵中的各个元素不再是θ的函数,使电感矩阵常数化; 同时由于d、q轴互相垂直,等效绕组之间无互感,而零轴又是一个孤立的系统,所以变换后定子电感矩阵将成为对角线矩阵, 从而定子的磁链方程解耦; 此外,定子d轴与励磁绕组的互感成为不可逆(相差3/2)。 * * dq0变换后,输出电功率的表达式为 (28-19) 将派克方程式(28-17)代入该式,整理后可得 (28-20) 式中各项的意义对应如下: 输出电功率=(磁场储能的变化率)+(转换为电能的转换功率)-(定子绕组的电阻损耗) 由此可得转换功率PΩ和电磁转矩Te的表达式为 (28-21) (28-22) 对发电机,式中的Te为正值,且为制动性质的转矩。该式亦可从式(28-7)直接导出。 转矩方程(28-6)的形式保持不变。 * 同步发电机突然短路时,各绕组中会出现很大的冲击电流,其峰值可达额定电流的十倍以上,因而将在电机内产生很大的电磁力和电磁转矩。如果在设计或制造时未加充分考虑,就可能损坏定子绕组的端部,或使转轴发生有害变形;还可能损坏与电机相联接的其它电气设备,破坏电网的稳定和正常运行。因此,尽管突然短路的瞬态过程很短,却十分引人关注。 同步电机突然短路时,电枢电流和相应的电枢磁场幅值发生突然变化,转子绕组中将会感生电动势和电流,此电流又会反过来影响定子绕组的电流。因此,突然短路过程要比稳态短路复杂得多。为了简化分析,作如下假设: (1) 转子转速在整个电磁瞬态过程中保持为同步转速。 (2) 不计磁饱和,可以利用叠加原理来分析。 (3)发电机在突然短路前为空载运行。

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