同步发电机突然三相短路分析详解

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根据磁链守恒原理，三相回路的磁链将保持为 a|0| 、 b|0| 、 c|0|
因此，短路后三相回路将感应电流，其产生的磁链 ai 、 bi 、 ci 应
满足以下的关系：
短路电流产生的磁通
ai a0 a|0|
bi b0 b|0|
ci
c0
c|0|
短路电流直 流分量产生
D绕组：附加直流电流 基频交流电流
一个衰减过程 Ta
Q绕组：基频交流电流
短路电流的近似表达式
• 短路全电流= 基频交流电流 + 直流电流
为什么 略去
100HZ 的交流 分量
略去倍频分量，则直流分量的起始值在空载短路情况下与基频 交流分量的短路瞬时值大小相等，方向相反。
二、短路电流基频交流分量的初始和稳态有效值
定子、转子回路电流分量对应关系
定子：基频交流电流 直流电流 2倍频交流电流
励磁：励磁电流 附加直流电流 基频交流电流
D绕组：附加直流电流 Q绕组：基频交流电流 基频交流电流
各分量的衰减过程
定子：基频交流电流 直流电流 2倍频交流电流
励磁：励磁电流 附加直流电流 基频交流电流
两个衰减过程 T’d、T’’d
路电流
• 第6节 自动调节励磁装置对短路电流的影响
同步发电机各绕组示意图
发电机六个回路（三个定子绕组、一个励磁绕组 以及直轴和交轴阻尼绕组）
空载情况下定子三相短路的电流波形
波形分析方法分 析定子三相短路 电流，可知三相 短路电流中均有 直流电流和交流 电流
励磁电流中出现交 流电流最后衰减为 零，其直流电流在 刚短路时较正常值 大，最后衰减至正 常值。
的磁通
主磁通交链到A相绕组的磁通仍在变化， 为抵御这种变化感言出了短路电流
短路电流 交流分量 产生的磁 通
直流
三相的直流合成为一个在空间静止的磁势，该静止的磁 势遇到的磁阻是周期变化的（因为转子的直轴和交轴的 磁阻即暂态磁阻是不同的），周期为180度电角度，频 率为两倍于基频。 因而，为产生恒定的磁链，磁势的大小随磁阻作相应的 变化，即直流电流的大小不是恒定的，而是按照两倍基 频波动。也可理解为：直流+两倍频交流
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基频交流
定子三相基频交流电流合成为一个与转子同步旋转 的电枢反应磁势，若忽略定子绕组电阻，该磁势为 纯去磁的，将穿入励磁绕组且与主磁通反向。为了 保持自身磁链守恒，励磁回路中感生出一附加的 （自由）直流电流分量，其方向与原有的励磁电流 相同，以抵消定子基频交流电流电枢反应的作用。
1.不计阻尼回路时基频交流分量初始值 I '
a0 0 cos(0 0t)
b0 0 cos(0 0t 120o )
c0
0
cos(0
0t
120o
)
• 短路瞬间三相磁链的瞬时值为：
a|0| 0 cos0
b|0| 0 cos(0 120o )
c|0|
0
cos(0
120o
)
a|0| 0
b|0| 0.5 0
c|0|
第二章 同步发电机突然三相短路分析
• 第1节 同步发电机空载情况下定子突然三相短路后
的电流波形及其近似分析
• 第2节 同步发电机空载下三相短路后内部物理过程
以及短路电流分析
• 第3节 同步发电机负载下三相短路交流电流初始值 • 第4节 同步发电机的基本方程、参数及等值电路 • 第5节 应用同步发电机基本方程分析突然三相短
短路电流交流分量幅值随时间衰减的现象，是同步 发电机突然三相短路电流与恒定电压源短路电流的 最基本差别。
由图2-1：定子短路电流和励磁回路电流，在突然短 路瞬间均不突变，即三相定子电流均为零（空载）， 励磁回路电流等于初始值。
第2节 同步发电机空载下三相短路后内部 物理过程以及短路电流分析
对电机内部物理过程分析所作的假设 • 1、同步发电机是理想电机 • 2、暂态过程中同步发电机保持同步转速 • 3、发生短路后励磁电压恒定 • 4、短路发生在发电机的出线端口
定子回路短路电流分量
转子回路短路电流分量
励磁回路电流分量
阻尼回路电流分量
空载情况下定子短路电流分量
空载运行时，只有励磁电流 if 0 产生磁
通，扣除漏磁通后，穿过主磁路的主磁
路 0 交链定子三相绕组。
a0 0 cos
b0
0
cos(
120o
)
c0
0
cos(
120o
)
t=0时刻定子突然三相短路，则短 路后主磁通交链三相磁链的表达 式为：
定子三相短路电流的直流分量大小不等，衰减规律相 同，衰减时间常数为Ta；
交流分量的峰~峰值为三相短路电流包络线间的垂直 距离（三相相等），幅值逐渐衰减，直至稳态短路电 流。衰减的时间常数分别为：Td Td
• 交流分量幅值的表达式：
Im (t) (Im Im )et /Td (Im Im )et /Td Im
阻尼回路电流分量
• 一般将阻尼条构成回 路的等值绕组称为直 轴阻尼绕组D，铁芯 中涡流回路的等值绕 组称为交轴阻尼绕组
Q。
• 凸极机转子磁极上 两端短接的阻尼条和 隐极机转子铁芯中涡 流回路在正常稳态运 行时是没有电流的， 而在暂态过程中会感 生电流。
阻尼回路电流分量
定子短路前等值的阻 尼绕组D和Q中均无 电流，短路后D绕组 中和励磁绕组一样会 感生直流电流和基频 交流电流，而Q绕组 中只感生基频交流电 流而没有直流电流， 这是因为假设定子回 路电阻为零，定子基 频交流电流只有直轴 方向的电枢反应。
（一）稳态值 若忽略定子电阻，稳态短路电流的电枢反应只 有直轴分量，表达式为：
I Id Eq|0| / xd
式中，Eq|0|为对应励磁电流 i f |0| 的空载电动势有效 值，xd 为直轴同步电抗（ xd x xad ）
稳态短路电流对应的电抗
I 产生的定子漏 磁通
I'
定子漏磁路和电枢磁路的并联使总磁阻变 小即总磁导变大从而使总电抗变大。此时 同步电抗为各磁路对应电抗之和
I
if 0
ifa
I'
ifa
产生的主 磁通增量
if 0
ifa
产生的主磁通
I'
产生的电枢反应磁通 去磁作用
基频交流
定子电流中直流分量和倍频分量产生的磁场与转子 的相对速度均为同步转速，这两种电枢反应均会在 励磁回路中感应出基频交流电流分量，这也可以理 解为励磁回路为了保持自身磁链守恒感生基频交流 电流，以抵消穿入的突变磁场。