第十五章 同步发电机的突然短路与振荡.ppt

第十五章 同步发电机的突然短路与振荡 主要内容： 介绍同步发电机突然短路时电机参数的分析方法 第一节 同步发电机的突然短路的物理过程 突然短路 是一个暂态过程 从正常负载运行变化到稳态短路运行的过渡过程 电流的自由分量 在过渡过程中，短路电流将包含按某些时间常数自由分量 当自由分量衰减完毕，发电机便转入稳态短路运行 突然短路初瞬的冲击短路电流可达额定电流的十几到二十多倍，将带来严重后果 突然短路的分析简化方法 从磁链守恒原理出发，形象化地阐明突然短路时电机内的电磁过程，重点弄清突然短路时电机参数和电流变化的物理概念 超导体闭合回路磁链不变原则 在下图瞬间，合上开关使绕组1突然短路，绕组中的电压方程式为 如把电阻r略去， 则上式的一般解为 设图示瞬间为t =0，绕组中的磁链为?t =0，于是可得根据起始条件求得的特解为 物理意义 没有电阻的闭合绕组的磁链不会变化，永远等于突然短路瞬间，即t =0时该绕组所匝链的磁链?t =0 结论 在没有电阻的闭合回路中，磁链将保持不变，称为磁链不变原则 实际的闭合回路 电阻总是存在的 由于电阻的影响，磁链将逐渐变化，但因磁链不能突变，在突然短路的初瞬，仍可认为磁链保持不变 短路初瞬实际情况仍和无电阻的超导体的情况相同 同步发电机空载时 转子旋转磁场将在各定子绕组中形成磁链?f A、 ?f B和?f C，随时间按正弦变化 因定子绕组开路，不受磁链不变原则的制约，所以定子绕组中没有电流，不产生定子磁场 当t =0时，发电机端点三相突然短路 此瞬间，定子绕组的磁链分别为?0A、?0B及?0C 不计电路的电阻，根据磁链不变原则可知，短路以后各绕组的磁链将分别保持?0A、?0B和?0C ，不再随时间改变 短路以后 转子继续以同步转速旋转，转子磁场对定子绕组形成的磁链?f A、?f B和?f C，始终对时间按正弦规律变化 定子各绕组的磁链要保持为?0A、?0B和?0C不变，还需由已闭合的定子绕组中产生感应电流，由该电流分别在各相绕组中建立磁链?AA、?BB和?CC 磁链?AA、?BB和?CC的大小和随时间变化的规律取决于能分别和?f A、?f B和?f C共同合成相应的?0A、?0B和?0C 定子电流应产生的磁场 与转子旋转磁场大小相等、极性相反、转速相同的同步旋转磁场 该磁场将在定子各相绕组中形成–?f A、 –?f B和–?f C ，恰能抵消上述?f A、?f B和?f C。 定子电流应为同频率的三相对称交流电，它产生的各相磁链用?A~、?B~和?C~表示，即有 定子电流还应有直流分量 因短路发生时，定子绕组已匝链有磁链?0A、?0B和?0C 定子电流中应有一直流分量维持初试磁链 由直流分量建立的磁链分别用?A–、?B–和?C–表示，即有 短路后定子绕组中总磁链 转子绕组中的磁链 转子励磁电流建立匝链转子绕组的磁链用?f f 表示 不计转子回路的电阻，转子磁链将保持突然短路发生时的数值，即保持?f f不变 现在由于定子电流产生的旋转磁场和直流磁场的出现，转子磁链守恒将被破坏 转子电路中必将引起感应电流以建立恰能抵消上述磁场对转子绕组形成的磁链。 转子绕组中的直流分量 由定子电流中的交流分量（亦常称周期性分量）产生的?A~、?B~和?C~合成一圆形旋转磁场，和转子同步旋转，其匝链转子绕组的磁链为 ?~，大小不变 转子绕组将感应一个直流分量电流才能产生一个?f -，以抵消磁链?~，即?f - = –?~ 转子绕组中的交流分量 定子电流中的直流分量（亦常称为非周期性分量）产生直流磁场，在空间是静止的，对转子绕组的相对转速为同步转速 在转子中感应一交变电流，以建立匝链转子绕组的磁链?f ~，来抵消定子产生的直流磁场在转子绕组中形成的磁链?–，即有?f ~ = –?– 转子绕组中的总磁链 设激磁绕组中的电流产生的匝链本身绕组的总磁链?f ，则短路后励磁绕组中的电流和磁链为 考虑电阻 定子、转子回路均有电阻存在，所以上述各电流自由分量均按某些时间常数衰减，并最后消失 最终为稳态短路电流，转子回路将是正常外施的激磁电流 电抗 大小与磁通所经过路径的磁阻有关 磁阻小，所需的电流较小，电抗大 磁阻大，所需的电流较大，电抗小 与频率成正比 直轴瞬态电抗xd 三相稳态短路时，端电压 等于零，电枢反应为纯去磁作用 如不计电枢电阻和漏磁通的影响，由定子电流所产生的电枢反应磁通 与由转子电流所产生的磁通 ，大小相等，方向相反 稳态短路时，电枢反应磁通间穿过转子铁芯而闭合，所遇到的磁阻较小，定子电流所遇到的电抗便为数值较大的直轴同步电抗x d 三相突然短路初瞬时的情形 设发生短路前发电机为空载，故转子绕组只键链磁通 和 短路发生瞬间，磁链不能突变 短路瞬间