同步发电机发生三相短路电流分析1研讨.ppt

同 步 发 电 机 发 生 三 相 短 路 电 流 分 析 发电机简介 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生电流。 汽轮发电机是与汽轮机配套的发电机 。其转速通常为3000转/分（频率为50赫）或3600转/分（频率为60赫）。高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风磨耗，转子直径一般较小，长度较大（即细长转子）。这种细长转子使大型高速汽轮发电机的转子尺寸受到限制。20世纪70年代以后，汽轮发电机的最大容量达130～150万千瓦。 事故 题 课题简介 同步发电机是电力系统中最重要和最复杂的元件，由多个具有电磁耦合关系的绕组构成。同步发电机三相突然短路时，定子绕组中会产生很大的冲击电流，其峰值可达额定电流的10倍以上，从而将在电机内部产生很大的电磁力和电磁转矩，如果设计和制造时未加充分考虑，会使定子绕组端部受到损伤，或使转轴发生有害的变形，还可以破坏电网的稳定和正常运行。因此，虽然突然短路的瞬态过程时间很短，却受到设计和运行人员的密切关注。了解短路后电流变化情况至关重要。 课题内容 利用 matlab/simulink提供的电力系统分析工具，构造了同步发电机突然三相短路的仿真模型，凸极同步发电机的调节机构由水轮机调节器(HTG)和励磁调节器(Excitation System)构成。通过仿真可以明显看出发生三相短路后直轴电流id、交轴电流iq、励磁电流if和三相电流ia、ib、ic的变化趋势。结合理论知识对其进行分析，将理论和实际相结合讨论三相短路电流的变化。 1.理论分析 为了便于分析，假定： ①发生短路后励磁电压始终保持不变;②短路发生在发电机出线端口 1）定子短路电流分析：在空载运行时只有励磁电流产生磁通，扣除漏磁通后，穿过主磁路的主磁通交链定子三相绕组。 若在t=0时刻定子突然三相短路，令该时刻与转子位置相对应的θ为θ0，则短路后主磁通交链三相磁链的表达式为： ψa0=ψ0cos(θ0+ω0t) ψb0=ψ0 cos(θ0+ω0t-120°) ψc0=ψ0cos(θ0+ω0t+120°) 在短路瞬间三相磁链的瞬时值分别为： ψa |0｜=ψ0cosθ0 ψb |0 |=ψ0 cos(θ0-120°) ψc |0|=ψ0cos(θ0+120°) 由于转子以同步转速旋转，主磁通交链定子三相绕组的磁链随着θ的变化而变化，可表示为： ψa0=ψ0 cosθ ψb0=ψ0 cos（θ-120°) ψc0=ψ0cos(θ+120°) （θ是时间的函数，随时间的变化而变化,θ=θ0+ω0t） 根据磁链守恒原理： ψai+ψa0=ψa|0| ψbi+ψb0=ψb|0| ψci+ψc0=ψc|0| 三相短路电流的磁链： ψai=ψa|0|-ψa0= ψ0cosθ0 -ψ0cos(ω0t) ψbi=ψb|0|-ψb0=ψ0 cos(θ0-120°) -ψ0 cos(ω0t-120°) ψci=ψc|0|-ψc0= ψ0cos(θ0+120°)-ψ0cos(ω0t+120°) 因此，定子绕组中将同时产生基频（50HZ）交流电流和恒定直流电流两种电流。其中，三相的基频电流显然也是三相对称的，即幅值相等，相位互差120°，这一分量是由励磁电流产生的定子绕组空载电动势在短路回路中所产生的强制分量，在短路后一直存在。 定子各绕组的直流电流只能在空间产生一个静止不动的磁动势，而在空间旋转的转子，其直轴和交轴磁路的磁阻是不相同的，所以静止磁动势所对应的磁路的磁阻是周期性变化的，其周期为180°电角度，频率为二倍基频。为此为了维持恒定的磁链，定子各相绕组中还应有个二倍基频的交流电流Δi2w。 定子三相基频交流电流产生一个与转子同步旋转的合成电枢反应磁动势。若忽略定子绕组电阻，该磁动势将产生纯去磁性的电枢反应。不考虑励磁绕组的电阻，它也属于超导体闭合绕组，要维持磁链不变，励磁绕组中必将产生一个直流电流分量,其方向和励磁电流一致，具有和相似的作用，也会产生交链定子各相绕组的正弦变化磁链，与此对应，在定子绕组中必将产生一附加的基频交流电流。 从以上分析可知，短路后定子绕组电流包含有基频交流分量、直流分量,倍频交流分量。 2）转子短路电流分析： 定子电流中的直流分量产生一个在空间静止的磁场，而励磁绕组以同步速旋转，它们的相对速度为同步转速；定子电流中的二倍频分量产生以两倍同步速旋转的磁场，与励磁绕组