同步发电机三相短路的物理分析

理分析
首先假定短路前电机处于空载状况，即定子电 流 id iq 0 ；转子绕组空载励磁电流 i f [0] V f [0] / rf ，产生的磁链
0 d fd xad i f 0 , q 0
⑴ 定子绕组中短路时产生的电流分量
短路前,只有励磁电流产生的磁通交链定子绕组， 当转子旋转时，定子绕组的磁链将随α角作周期 变化，如图所示。
二、超导闭合回路磁链守恒原则（物理 分析的前提理论）

电势方程：
d Ri 0 dt
⑴假定闭合导体的初始磁 链ψ0 =0，磁铁移近欲使其 磁链变为ψ1，则
Li 1 0
⑵假定闭合导体的初始磁 链ψ0 ≠ 0 ，磁铁移近欲使 其磁链变为ψ1，则
Li1 1 0

三、无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物
②直流电流。三相共同形成一个在空间 静止不动的磁势，它对各相绕组分别产 生的不变磁链用以维持初始磁链值ψa0、 ψb0 、 ψc0恒定。
注意：
由于转子d轴和q轴方向结构不同，磁路 的磁阻是周期性变化的，因而（根据转子结 构对称性）磁阻的变化频率为基频的二倍， 此时只单靠定子绕组直流电流产生的磁势并 不能完全使初始磁链恒定。 三是倍频交流分量，将该分量与定子直流 电流分量叠加，以维持初始磁链恒定。 三相绕组磁链守恒的相量图和a相绕组磁链守 恒图如图5-8所示。
②基频电流分量
为了抵消定子直流磁势和倍频磁势的电 枢反应，转子绕组中将产生基频电流。 基频电流在转子中产生一以同步频率脉 振的磁场。该脉振磁场可分解为两个依相反 方向相对于转子以同步速旋转的磁场： 相对转子反向旋转的磁场，相对定子静 止，影响定子直流分量； 相对转子正向旋转的磁场，相对定子以 二倍同步转速旋转，影响定子倍频分量。
由图可知，短路前定子各相绕组磁链为
a 0 cos(0 t )
b 0 cos(0 t 120 )

c 0 cos(0 t 120o )
如果在t=0时刻发生短路，三相绕组在t=0的初始磁链为
a 0 0 cos 0
b 0 0 cos(0 120 )
b b 0 0 cos(0 t 120o )
c c 0 0 cos(0 t 120 )
o
可见，要维持短路时定子绕组中的初始磁链 不变，定子绕组中必须产生两种电流分量：
①基频电流。三相共同形成一个同步 旋转磁势，它所产生的交变磁链用以 抵消励磁磁势在定子绕组上产生的交 变磁链ψa、ψb 、 ψc；
⑵转子绕组中产生的电流分量
①直流分量 定子绕组基频旋转磁势相对于转子静止， 其方向与转子励磁磁势相反，即产生纯去磁 电枢反应，故转子励磁绕组中将产生一个直 流电流，其方向与原励磁电流相同，从而加 强励磁磁势。 这个附加的磁势反过来又在定子绕组中感应 出更大的基频电流，如此互相作用，这就是 同步电机突然短路时，定子的暂态基频电流 大大超过稳态短路电流的原因。
o
c 0 0 cos(0 120o )
短路时，为了维持定子绕组中的磁链不变，则 定子各绕组中的电流分量所产生的磁链将满足 如下磁链平衡方程式：
a a a 0
b b b 0
c c c 0
或
a a 0 0 cos(0 t )
定、转子绕组中短路时的电流及关系
稳态分量 稳态分量 基频交流 自由分量 自由分量
直流 分量
转 子 绕 组 电 流
基频交流
正转磁场 分量 反转磁场 分量
倍频交流 直流
定 子 绕 组 电 流
5-3 同步电机突然三相短路的物理分析

一、突然短路暂态过程的特点
同步电机突然短路的现象特征：短路冲击 电流可达其额定电流的十几倍 [从过程角度分析] 稳态对称运行（包括稳态对称短路）特 点：电枢磁势（产生定、转子耦合磁链 的磁势）大小不变，与转子没有相对运 动，不会在转子绕组中感应电流;
突然短路暂态过程特点：定子电流 变化→电枢磁势变化（即电枢反应） →转子绕组中感应电流→又影响定 子电流变化。 定子和转子绕组电流互相影响。