1、第二章 同步發電機突然三相短路分析主講人：黎靜華2.1同步發電機突然短路實測波形t=0 時同步發電機三相突然短路時的時同步發電機三相突然短路時的A相電流相電流的實測波形的實測波形測試條件：轉子測試條件：轉子勵磁繞組有勵磁、勵磁繞組有勵磁、定子回路開路即定子回路開路即空載運行情況下，空載運行情況下，定子三相繞組突定子三相繞組突然三相短路。然三相短路。2.1同步發電機突然短路實測波形t=0 時同步發電機三相突然短路時的勵磁時同步發電機三相突然短路時的勵磁電流的實測波形電流的實測波形測試條件：轉子測試條件：轉子勵磁繞組有勵磁、勵磁繞組有勵磁、定子回路開路即定子回路開路即空載運行情況下，空載運行情況下

2、，定子三相繞組突定子三相繞組突然三相短路。然三相短路。2.1同步發電機突然短路實測波形 t=0 時時,同步發電機定子繞組三相突然短路時的電流同步發電機定子繞組三相突然短路時的電流波形分解圖如下波形分解圖如下:2.1同步發電機突然短路實測波形2.1同步發電機突然短路實測波形短路電流包絡線中心偏離時間軸，說明短路電短路電流包絡線中心偏離時間軸，說明短路電流中含有衰減的非周期分量；流中含有衰減的非周期分量；交流分量的幅值是衰減的，說明電勢或阻抗是交流分量的幅值是衰減的，說明電勢或阻抗是變化的。變化的。勵磁回路電流也含有衰減的交流分量和非周期勵磁回路電流也含有衰減的交流分量和非周期分量，說明定子短路過

3、程中有一個復雜的電樞反分量，說明定子短路過程中有一個復雜的電樞反應過程。應過程。三相短路后內部物理過程和短路電流分析理想電機：理想電機：有阻尼繞組的凸極式同步有阻尼繞組的凸極式同步發電機發電機 定子方面定子方面有靜止的三相繞有靜止的三相繞組組a a、b b、c c； 轉子方面轉子方面有與轉子一起旋有與轉子一起旋轉的一個轉的一個勵磁繞組勵磁繞組f f、 縱軸等效阻尼繞組縱軸等效阻尼繞組D D和和橫橫軸等效阻尼繞組軸等效阻尼繞組Q Q。三相短路后內部物理過程和短路電流分析理想電機：理想電機：忽略磁飽和現象；忽略磁飽和現象；繞組都是對稱的，（實際制作中并不對稱）；繞組都是對稱的，（實際制作中并不對稱

4、）；定子磁勢在空間按正弦規律變化；定子磁勢在空間按正弦規律變化；忽略高次諧波（忽略溝槽的作用）。忽略高次諧波（忽略溝槽的作用）。短路后各繞組的磁鏈及電流分量定子繞組磁鏈和短路電流分量：定子繞組磁鏈和短路電流分量：轉子以轉子以0的轉速旋轉，主磁通的轉速旋轉，主磁通0交鏈定子交鏈定子abc繞組，即三相繞組的磁通繞組，即三相繞組的磁通 ：)cos(0000ta)120cos(0000tb)120cos(0000tc短路后各繞組的磁鏈及電流分量定子繞組磁鏈：定子繞組磁鏈：在在t=0（短路時刻）瞬間，各繞組的磁鏈初值為：（短路時刻）瞬間，各繞組的磁鏈初值為：000cosa)120cos(000b)120

5、cos(000c由于繞組中的磁鏈不突變，若忽略電阻，則磁鏈守恒，繞組中的磁鏈將保持以上值。短路后各繞組的磁鏈及電流分量短路電流分量：短路電流分量：a i 是定子繞組中感應電流所產生的磁鏈，其中心軸偏離時間軸，則定子是定子繞組中感應電流所產生的磁鏈，其中心軸偏離時間軸，則定子電流中包含基頻交流電流中包含基頻交流i和直流分量和直流分量i。 短路后各繞組的磁鏈及電流分量三相繞組中的直流分量合成為一個空間靜止的磁場三相繞組中的直流分量合成為一個空間靜止的磁場 :短路后各繞組的磁鏈及電流分量三相繞組中的直流分量合成為一個空間靜止的磁場三相繞組中的直流分量合成為一個空間靜止的磁場 :當轉子縱軸與重合時，氣

6、隙最小，則電感系數L大，需 小；當轉子縱軸與垂直時，氣隙最大，則電感系數L小，需 大；由于磁阻的變化周期是180，所以非周期分量包含2倍頻分量和直流分量： iiiii2勵磁回路中的電流分量: 勵磁電壓作用下的 依然存在； 2. 定子三相交流產生去磁的旋轉磁場 ad= -0, 其突然穿越勵磁繞組，則勵磁繞組要保持磁鏈不突變，需感生直流電流直流電流 ； 3.勵磁繞組以同步轉速切割空間靜止的磁場 ，將產生基頻交流基頻交流 。4. fffrui0fwfiffffiiii0fi阻尼回路電流分量 : 磁鏈軸線在d軸方向的稱為直軸阻尼繞組直軸阻尼繞組D， ； 2.磁鏈軸線在q軸方向的稱為交軸阻尼繞組Q， ；

7、DDDiiiQQii定、轉子回路電流分量的對應關系:自由電流分量：自由電流分量：維持繞組本身磁鏈不突變而感生的電流， 其衰減主要由該繞組的電阻所確定；強制電流分量：強制電流分量：由電勢產生的電流。定、轉子回路電流分量的衰減關系:Di定子繞組自由分量電流 、 按定子回路時間常數 衰減，所以，由靜止磁場引起的轉子電流 、 、 也按 衰減；維持轉子繞組磁鏈不突變的自由分量電流 、 起到勵磁電流的作用，其衰減變化引起定子周期分量電流由初始的 衰減到 的衰減遠快于 ，則可認為 衰減完畢， 變化甚少；i2iaTfiDiQiaTfiDiI IDififi定、轉子回路電流分量的衰減關系:定子三相短路后， 近似

8、不變而 衰減到零的過程的衰減時間常數為 ，其主要由阻尼繞組的電阻 所確定，是 衰減到 的過程； 衰減到零的過程的衰減時間常數為 ，其主要由勵磁繞組的電阻 所確定，是 衰減到 的過程； fiDifidT DrI IdTfrII短路電流基頻交流分量的穩態值 :穩態短路時的電樞反應 定子繞組電壓方程：00UR00ddqxI jEdqdxEII0短路電流基頻交流分量的初始值:不計阻尼回路時基頻交流分量初始值不計阻尼回路時基頻交流分量初始值 ：I 因I產生的電樞反應磁通 0RRf所經的磁路為繞勵磁繞組外側，其對應的電壓降為 ，則電壓方程為 adxI 00 xI jxI jEadqdqdxEII0短路電流

9、基頻交流分量的初始值:計及阻尼回路時基頻交流分量初始值計及阻尼回路時基頻交流分量初始值 I” ：dqdxEII 0 I”為計及阻尼回路時初始基頻交流電流-次暫態電流； 為繞勵磁繞組和阻尼繞組外側的定子磁通所對應的電抗-次暫態電抗 。dx 短路電流基頻交流分量分析:II次暫態次暫態暫態暫態穩態穩態I”dx dxdxI短路電流的近似公式 :基頻交流分量電流的近似公式 ：突然短路過程中，電樞反應引起磁路變化，相應的阻抗分別為：突然短路過程中，電樞反應引起磁路變化，相應的阻抗分別為： dx dxdx阻尼電流阻尼電流衰減完畢衰減完畢 穩態穩態 突然短路過程中，電樞反應引起磁路變化，相應的電流分別為：突然短路過程中，電樞反應引起磁路變化，相應的電流分別為： dqxEI 0dqxEI0dqxEI0阻尼電流阻尼電流衰減完畢衰減完畢 穩態穩態 短路電流的近似公式 :基頻交流分量電流的近似公式 ：突然短路過程中，相應的電流衰減變化的時間常數分別為突然短路過程中，相應的電流衰減變化的時間常數分別為 ： 起始起始 I 阻尼電流衰減完畢阻尼電流衰減完畢 IdT 阻尼電流衰減完畢阻尼電流衰減完畢 I穩態穩態 IdT短路電流的近似公式 :基頻交流分量電流的近似公式 ： IeIIeIItIddTtTtm)()()( dTtddTtddqmxexx