同步发电机突然三相短路分析1
同步发电机三相短路的物理分析
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。
同步发电机发生三相短路电流分析1
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。
主磁通交链三相磁链的表达 ψb |0 |=ψ0 cos(θ0-120°)
式为：Βιβλιοθήκη ψa0=ψ0cos(θ0+ω0t)
ψc |0|=ψ0cos(θ0+120°)
ψb0=ψ0 cos(θ0+ω0t-120°)
ψc0=ψ0cos(θ0+ω0t+120°)
三相短路电流的磁链： ψai=ψa|0|-ψa0= ψ0cosθ0 -ψ0cos(ω0t)
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。
同步发电机空载下突然三相短路,下列说法正确
同步发电机空载下突然三相短路,下列说法正确同步发电机在空载下突然发生三相短路是一种常见但严重的故障情况，这种情况不仅会导致设备的损坏，还可能造成严重的安全事故。
在处理这种故障情况时，需要及时准确地评估并采取有效的措施来解决问题。
下面我将根据你提供的主题，撰写一篇高质量的文章，深入探讨同步发电机空载下突然三相短路的相关知识和处理方法。
1. 三相短路的定义和特点三相短路是指发生在同步发电机中的三相之间导电体发生短接的现象。
这种故障会导致电流异常增大，可能造成设备的损坏和生产系统的中断。
及时准确地处理三相短路问题对于保障设备运行和人员安全非常重要。
2. 同步发电机空载下发生三相短路的原因同步发电机在空载下发生三相短路通常有以下几个原因：1) 绝缘A缺陷引起的故障；2) 同步感应器发生故障；3) 剩磁引起的故障；4) 不良的生产质量。
3. 处理同步发电机空载下发生三相短路的方法当同步发电机发生空载下三相短路时，需要立即采取有效的措施来解决问题，以防止发电机和其他设备的损坏。
处理方法包括但不限于：1) 紧急停机；2) 切断电源；3) 进行故障检修和修复；4) 加强维护和监测。
在处理故障的过程中，需要注意安全第一，避免造成二次事故和人员伤害。
总结：同步发电机空载下突然三相短路是一种严重的故障情况，需要及时准确地处理。
在日常运行中，要加强设备检修和维护，防止类似故障的发生。
对于已发生的故障，要密切关注设备运行状态，及时采取措施修复问题，确保设备和人员的安全。
个人观点和理解：对于同步发电机空载下发生三相短路这类严重故障，我们需要高度重视，建立健全的设备检修和维护体系，预防和及时处理类似故障，保障设备运行和人员安全。
希望以上内容能够满足你的需求，如果有需要进一步修改或者补充，请随时告诉我。
同步发电机在空载下突然发生三相短路是一种严重的故障情况，可能造成设备的损坏和生产系统的中断。
我们需要深入了解该问题的原因和处理方法，以便及时准确地评估并采取有效的措施来解决问题。
电机学—同步发电机的突然短路
当励磁绕组感应电流最大时，定子磁场轴线与d轴重合，有：
当励磁绕组感应电流最小时，定子磁场轴线与q轴重合，有：
二、超导回路磁链守恒原理
ψ0
回路电阻 R＝0
ψa
e
i
N
S
a 0 常数
上式表明：无论外磁场交链超导体回路的磁链如何变化 ，回路感应电流所产生的磁链总会抵制这种变化，使回 路中磁链保持不变，这就是超导回路的磁链守恒原理。 由该原理可以确定同步电机突然短路分析的初始值。
三、三相突然短路过程中的电磁关系
同步发电机的突然短路
➢ 分析假设 ➢ 超导回路磁链守恒原理 ➢ 三相突然短路过程中的电磁关系 ➢ 突然短路电流的衰减规律 ➢ 瞬变电抗的测量方法
一、分析假设
同步电机三相突然短路时机、电、磁耦合的非先行微 分方程组十分复杂，不经特殊处理无法求解，为此，在 分析过程中作如下假设：
1） 短路时电机转速不变 2）短路时磁路不饱和 3）短路发生在电机出线端，短路前电机为空载
等效磁场
0
ad
N
n0
A
A
X
S
0
四、突然短路电流的衰减规律
设t＝0时，ψA(0)=0
由ABC三相之间的相位关系可以推出iB～和iC～ 而：
iAz=0
五、瞬变电抗的测量方法
静测法
WA I1 U1 ~ VLeabharlann 测试线路如图所示，缓慢移动转子
位置，直到励磁绕组中的感应电流最大 A 为止，量取电枢电流I1，外加电压U1和
1. 定子各相磁链
ψA
在t=0时突然短路， IABC Fa φi
ψB
设定子各相为超导回路，则：
ψC
2. 定子各相绕组电流
电力系统暂态分析-第2章 同步发电机突然三相短路分析
10
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
三、短路后各绕组的磁链及电流分量
1、定子绕组磁链和短路电流分量 （1）、励磁主磁通交链定子三相绕组的磁链
励磁绕组电压
励磁电流
励磁电流 i f 0 漏磁通 f 主磁路的主磁通 0
漏磁通只匝链励磁绕组，主磁通穿过气隙与定子三 相绕组匝练。
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电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
（2）、短路前各相磁链
cos t 0 0 a0 ° cos t 120 b0 0 0 ° cos t 120 0 0 c0
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电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
三相短路电流的表达式及波形
(7)、关于直流分量中存在倍频分量的说明
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电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
2、励磁绕组磁链和短路电流分量 （1）、强制励磁电流 i f |0| 产生的磁链 短路前励磁回路中有恒定的励磁电流 i f |0| ，它由励 磁电源强制产生，定子短路后依然存在； （2）、定子三相交流电流的电枢反应 定子绕组中的三相交流电流可合成一个与转子同步旋 转的电枢反应磁动势，若忽略定子绕组电阻，该磁动势为 纯去磁的，即它穿入励磁绕组，且与主磁通方向相反，我 们用 ad 来表示，其值为常数。
6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析
6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。
实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。
所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。
由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。
同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。
但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。
由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。
这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。
定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。
图6-6 凸极式同步发电机示意图图6-6为凸极同步发电机的示意图。
定子三相绕组分别用绕组，，表示，绕组的中心轴，，轴线彼此相差120o。
转子极中心线用轴表示，称为纵轴或直轴；极间轴线用轴表示，称为横轴或交轴。
转子逆时针旋转为正方向，轴超前轴90o。
励磁绕组的轴线与轴重合。
阻尼绕组用两个互相正交的短接绕组等效，轴线与轴重合的称为阻尼绕组，轴线与轴重合的称为阻尼绕组。
定子各相绕组轴线的正方向作为各绕组磁链的正方向，各相绕组中正方向电流产生的磁链的方向与绕组轴线的正方向相反，即定子绕组中正电流产生负磁通。
励磁绕组及轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，转子绕组中正向电流产生的磁链与轴线的正方向相同，即在转子方面，正电流产生正磁通。
武汉大学电力系统分析总结
1。
同步发电机突然三相短路时，定子绕组中将产生基频自由电流、非周期电流、倍频电流三种自由电流分量以及稳态短路电流强制分量;转子绕组除了由励磁电压产生的励磁电流这种强制分量外，还会相对应产生自由直流和基频交流两种自由电流分量。
这些电流分量的分析是以磁链守恒原则为基础的。
各种自由电流分量将随着时间逐步衰减,对于无阻尼绕组电机和有阻尼绕组电机其衰减的时间常数有所不同。
对于无阻尼绕组同步电机，定子自由电流的非周期分量按定子绕组的时间常数Ta衰减,同它有依存关系的定子电流倍频分量以及转子电流的基频分量也按照同一时间常数衰减;励磁绕组的自由直流以及同它有依存关系的定子基频电流的自由分量按照励磁绕组的时间常数Td'衰减。
对于有阻尼绕组同步电机，定子自由电流的非周期分量按定子绕组的时间常数Ta衰减，同它有依存关系的定子电流倍频分量以及转子各绕组中基频电流也按照同一时间常数衰减;定子横轴基频电流的自由分量同横轴阻尼绕组的自由直流对应,按照横轴阻尼绕组的时间常数Tq’；定子纵轴基频电流的自由分量同励磁绕组和纵轴阻尼绕组的自由直流对应，可以近似分为按不同的时间常数衰减的两个分量，其中迅速衰减的分量称为次暂态分量，时间常数为Td’’,衰减比较缓慢的分量称为暂态分量，其时间常数为Td’，且有Td’》Td'’。
在短路发生后,定子绕组中将同时衰减出现两种电流，一种是基频电流，产生一个同步旋转的磁势对定子各相绕组产生交变励磁,用以抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链；另一个是直流，共同产生一个在空间静止的磁势,它对各相绕组分别产生不变的磁势，这样维持定子三相绕组的磁势初值不变。
当转子旋转时,由于转子纵轴向和横轴向的磁阻不同，只有在恒定磁势上增加一个适应磁阻变化的具有二倍同步频率的交变分量，才可能得到不变的磁通。
因此，定子三相电流中,还应有两倍同步频率的电流（简称倍频电流)，与直流分量共同作用，才能维持定子绕组的磁链初值不变.突然短路后，定子电流将对转子产生强烈的纯去磁性的电枢反应。
同步发电机空载下定子突然三相短路的物理过程及短路电流的实用分析
电力技术Electric power technology■ 杨梦艺张文慧周雪芳梁美玲同步发电机空载下定子突然三相短路的物理过程及短路电流的实用分析电力系统中的三大计算包括潮流计算、短路计算和稳定计算。
短路分析与计算是电力系统中极为重要的部分。
超导体是指在某一温度下，电阻为零的导体。
零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。
如果导体没有电阻，会导致电流在经过超导体时不会出现热损耗，这样电流会在导线中形成非常强大的电流，由此会产生超强磁场。
超导体闭合回路磁链守恒原理，没有电阻的闭合线圈的磁链永远等于突然短路，一开始时它所交链的磁链Ψo没有电阻的闭合回路又称为超导体闭合回路。
超导体闭合回路会始终保持着原来的磁链不变，这就是超导体闭合回路磁链守恒定则。
如果这时外部有磁链企图与该超导体线圈相链，那么，线圈中就要产生一个电流分量，该电流分量产生的磁链始终与外来磁链的大小相等、方向相反，以使链着线圈的总磁链保持不变。
外磁场变化产生的感应电动势、自感电动势、回路磁链性质说明对于在磁场中的超导体回路，无论交链回路的外磁场如何变化，任何瞬间的总磁链等于变化前瞬间的磁链值 ——超导磁链守恒电枢电流产生的磁场对主磁极磁场的影响就是电枢反应。
考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理，然后进行叠加的方法，就称为双反应理论。
1安培环路定律1.1空载情况下的三相短路的电流波形（电流实测波形）1.1.1分析：转子有励磁，定子绕组空载情况下：定子转子中都有交流分量和直流分量。
定子中的直流分量是逐渐衰减的，以两个时间常数Td′（大）、Td′′（小），转子中的交流分量是逐渐衰减的。
三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta；由定子回路的电阻和等值电感决定，大约在0.2s。
1.1.2对实测的定子电流进行分析——交流分量按指数规律衰减包含两个衰减时间常数次暂态过程→暂态过程→稳态。
电力系统暂态分析：第二章 同步发电机突然三相短路分析1
的近似分析
• 一、同步机特点 • 1、转子是旋转的。 • 2、绕组是分散的。 • 3、存在磁饱和现象。 • 二、假设 • 1、忽略磁饱和现象，在分析中可以应用叠加原理； • 2、绕组都是对称的，即电机转子在结构上对本身的直
根据相量图可得短路前的量
•
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E q 0 j I d 0 xad j I d 0 x E q 0 j I d 0 xd U q 0
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0 j I q 0 xaq j I q 0 x 0 j I q 0 xq U d 0
隐极机
凸极机
凸极机
四、电流感应过程：原理如下： 对突然短路暂态过程进行物理分析的理论
ci c0 c 0
• a相电流所应产生的磁链包含两个分量， • 一个是恒定的，等于Ψa︱0︱ ， • 一个是交变的，与Ψa 0大小相等，方向相反。
ai a0 a 0
bi b0 b 0
• 同步发电机的绕组图
2008.3
同步发电机的基本方程、参数和 等值电路
• 6绕组模型，定子abc三相绕组，励磁绕组ff，d轴
阻尼绕组DD，q轴阻尼绕组QQ • 定子各相绕组轴线的正方向为各相绕组的磁链正
方向 • 定子正电流产生负磁链，转子正电流产生正磁链 • 定子流出正电流
2008.3
同步发电机的基本方程、参数和 等值电路
• 不计饱和时
Ead ad Fad Id Eaq aq Faq Iq
•
•
•
Ead j Id xad
•
•
Eaq j Iq xaq
同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析
6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。
实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。
所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。
由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。
同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。
但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。
由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。
这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。
定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。
图6-6 凸极式同步发电机示意图图6-6为凸极同步发电机的示意图。
定子三相绕组分别用绕组，，表示，绕组的中心轴，，轴线彼此相差120o。
转子极中心线用轴表示，称为纵轴或直轴；极间轴线用轴表示，称为横轴或交轴。
转子逆时针旋转为正方向，轴超前轴90o。
励磁绕组的轴线与轴重合。
阻尼绕组用两个互相正交的短接绕组等效，轴线与轴重合的称为阻尼绕组，轴线与轴重合的称为阻尼绕组。
定子各相绕组轴线的正方向作为各绕组磁链的正方向，各相绕组中正方向电流产生的磁链的方向与绕组轴线的正方向相反，即定子绕组中正电流产生负磁通。
励磁绕组及轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，转子绕组中正向电流产生的磁链与轴线的正方向相同，即在转子方面，正电流产生正磁通。
同步发电机突然三相短路定子绕组电流
同步发电机突然三相短路定子绕组电流当同步发电机的定子绕组发生三相短路，电流会迅速增加。
这是因为定子绕组上的电势差突然消失，导致定子绕组两端直接短路。
根据欧姆定律，电流与电压成正比，电阻越小，电流越大。
在发生短路后，短路电流取决于发电机的特性和运行条件。
通常情况下，短路电流可能会达到很高的值，远远超过正常工作状态的电流。
为了保护发电机和电气系统，需要及时采取措施来切断电源并修复短路问题。
否则，短路电流可能会导致发电机内部零件的损坏，甚至引发火灾和其他严重事故。
因此，定期检查发电机和电气系统的绝缘状况，并采取必要的维护和保护措施非常重要。
电力系统暂态分析第二章
概述 一、基本假设
1、只计电机内部的电磁暂态过程,不计机 电暂态过程, 即认为发电机的频率不变,而端电压是变化的. 2、电机磁路不饱和〔线性磁路〕,等值电 路为线性电 路,可以应用迭加原理进行分析. 3、认为励磁电压不变,即忽略ZTL的作用.
4、认为短路发生在机端.
短路后
〔3〕短路电流起始有效值 〔4〕计算简化
I Id
Eq|0| xd
要确定
E
q
|0
,必须确定＋d、＋q轴的方向,这就需要
|
用假到想虚电构势电E 势|0 | 来E& Q 代|0 | .替工虚程构上电为势了E计 q|0算| E .简|0|便U ,通|0|常利jI|0用|xd 另一
4、计及阻尼绕组时初始值 I 和 E |0|
五、负载情况下三相短路电流初始有效值
1、分析方法 〔1〕定子电流分量
周期分量〔用以抵消转子励磁电流磁通在短 路后在定子绕
组中产生的交变磁链〕、非周期分量〔包含倍 频分量〕〔用以
维持〔短2〕路各瞬分间量定变子化I三 情相E况x绕qd|0| 组的磁链〕. 周期分量从短路瞬间的起始值〔与空载情况
不同〕逐渐衰
交流分量的幅值是衰减的,说明电势或阻抗是变化的. 励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量, 说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程.
同步发电机三相短路电流
❖ 实际电机绕组中都存在电阻,因此所有绕组的磁链都随时间变化,形成 电磁暂态过程. ❖ 周期分量,其幅值将从起始次暂态电流逐渐衰减至稳态值； ❖ 非周期分量和倍频周期分量,它们将逐渐衰减至零. ❖ 短路电流计算一般指起始次暂态电流或稳态短路电流计算；而其它任 意时刻短路电流工频周期分量有效值计算工程上采用运算曲线方法.
同步发电机突然三相短路分析
第七章 同步发电机突然三相短路分析
发生短路时，作为电源的发电机的内部也发 生暂态过程，并不能保持其端电压和频率不 变。一般讲，由于发电机转子的惯量较大， 在分析短路电流时可以近似地认为转子保持 同步转速、即频率保持恒定，但通常应计及 发电机的电磁暂态过程。
第一节同步发电机突然三相短路的物理过 程及短路电流近似分析
φ
φ
（一） 稳态值 短路稳态时的电枢反应 定子绕组电压方程：
同步发电机突然三相短路分析
同步发电机突然三相短路分析
1.电流激增：短路回路会产生高电流，超过设备和电网的额定电流。
2.电压下降：由于电流突增，电压也会下降到不可接受的范围。
3.发电机过载：高电流和低电压会导致发电机过载，从而可能损坏其
线圈等部件。
4.动力系统不稳定：同步发电机作为电网和动力系统的重要组成部分，其故障可能导致动力系统不稳定、停电等现象。
三相短路的分析与处理主要包括下列步骤：
1.检测短路故障：利用故障指示装置、保护装置或充电电流记录装置
等设备，检测同步发电机是否发生三相短路。
2.切除故障回路：在确认三相短路后，需要通过切除故障回路，尽量
减少故障对发电机和电网的损害。
3.分析故障原因：通过检查和测试发电机的各个部件，分析故障的原因。
故障原因可能包括线圈绝缘损坏、导线短路、绕组间绝缘损坏等。
4.维修和更换部件：根据故障原因，对发电机进行维修和更换故障部件，确保其能够正常运行。
5.清除短路故障的后果：短路故障可能对电网和动力系统带来一些不
良影响，需要清除故障的后果，恢复电网正常运行。
6.完善保护装置：完善和优化保护装置，提高对同步发电机三相短路
的检测和切除能力，以防止类似故障再次发生。
总之，同步发电机三相短路是一种常见的故障，可能对电网和动力系统造成严重影响。
因此，合理的分析与处理同步发电机三相短路的方法非常重要，可以提高发电机的可靠性和电网的稳定性。
同步电机突然三相短路的物理分析
理论基础：回路磁链守恒原则。
对于超导体闭合回路，任何扰动后都将具有“维持所环磁链 永久不变”的特性；
对于实际有电阻的线圈回路，在任何扰动瞬间都将维持其所 环磁链不突变——楞次定则！
分析方法：
(1) 电机存在多个互感耦合的绕组→电阻相对较小→首先作超导回路对待； (2) 基于磁链守恒原则，确定在突然短路暂态过程中将有哪些电流分量?
E'q0 x'd
-
Eq[0] xd
注意： ψq0=0 → 定子基频电流q轴分量=0
9
5-4 二、不计衰减时的短路电流
2、定子iap、i2ω、转子Δifω
Δifω
令：ψf=0、 ψa= ψa0(b、c类似)
xσf
t=0 磁平衡等值电路
idω xσa
xad ψdω ↑
iqω
xσa
xaq
ψ
↑
qω
a0 0 cos0
二、不计衰减时的短路电流
1、定子基频交流和 f-f 直流电流
设：空载短路——iω、if[0]、Δifa共同作用，
保持各相定子绕组磁链为0、f-f 初值ψf0
if[0] + Δifa
xσf ↑Ψf0
id xσa
xad
id
i fa
xad x f
xd
xad xf
id
f 0 Eq0
xd xd xd
id
↑ψd
xσf xad x'd
E'q x'd
= =
xad xf
xσa
ψf
= σf
xad xσf
+ xσf xad xσf + xad
发电机突然短路
二、突然短路时电机内部物理现象的特点
1. 稳态短路时，电枢电流是恒定的，相应的电枢磁动
势是一个以同步速旋转的恒幅旋转磁场，因而不会
在转子绕组中感应电动势，产生电流，从电流关系 来看，相当于变压器的开路状态。 2. 突然短路时，电枢电流的大小是变化的，相应的电 枢磁场的幅值是变化的，因而定、转子之间变压器
t d''
( I I m )e
' m
' t d
I k sin t
1 1 t d'' 1 1 t d' 1 2 E0 ( '' ' )e ( ' )e sin t Xd Xd Xd Xd Xd
短路初瞬，定子电流中的直流分量与短路时的磁 链有关（保持短路后磁链守恒）。 如短路时短路绕组与交轴重合，则磁链ψ0＝０ 如短路绕组与直轴重合，则磁链ψ0＝ψmax 如果衰减很缓慢，则在0．01s(半个周波)以后， 最高冲击电流达到周期性电流的起始振幅的2倍。
电流的衰减
定子的周期性分量和转子中的非周期分量相对应，
定子的非周期分量和转子的周期分量相对应，由于绕组
中的电阻的存在，定子、转子绕组中的电流都要衰减，
其中非周期分量是主动的，而周期性分量是随动的。
突然短路的影响
一、突然短路对同步电机的影响：
（1）冲击电流的电磁力作用：
（2）突然短路时的电磁转矩 （3）发热现象 二、突然短路对电力系统的影响： 1）破坏电力系统运行的稳定性
同步发电机三相突然短路
一、突然短路的特点
1. 稳态短路时，由于同步电抗较大，因而其稳态短路 电流并不大，而突然短路时，由于限制其电流的超 瞬变电抗很小，而且含有直流分量，因而突然短路 电流很大，其峰值可以达到额定电流的十多倍。 2. 随着这一冲击电流的出现，电机的绕组将受到很大 的冲击电磁力的作用，可能使绕组变形，甚至绕组 的绝缘受损。 3. 突然短路过程中，电机受到强大的短路转矩的作用， 可有发生振动。 4. 电机的定转子绕组出现过电压现象
同步发电机三相短路仿真分析
一、同步发电机三相突然短路的电磁暂态分析同步发电机正常稳态运行时，励磁机施加于励磁绕组两端的电压为恒定的υf，励磁绕组中流过大小不变的直流电流i f,产生与定子绕组交链的磁链，在定子绕组中感应产生空载电势E q。
定子绕组与外部电路接通时，绕组中将有同步频率的交流电流i w。
各绕组电流分量物理过程分析：1、短路前稳态运行，有强制分量i w[0]和i f[0]。
2、短路瞬间，由于外界阻抗减小，定子绕组产生基频电流增量Δi w，为强制分量。
3、励磁绕组磁链守恒：定子Δi w出现导致相应的电枢反应磁链也增大，将减小励磁绕组原有的磁链，励磁绕组磁链守恒，励磁绕组中将增加一个直流分量Δi fa，并导致在定子回路中感应出一个附加的基频电流分量Δi w′，这两个电流都是没有外部电源供给的自由分量。
短路过程中，Δi w′将随Δi fa以定子绕组短接时励磁绕组的时间常数T d′按指数规律衰减到0。
4、定子绕组磁链守恒：电枢反应磁链的增大（包括Δi w和Δi w′二者所引起的磁链增量），将改变原有磁链的大小，为保持定子磁链守恒，短路瞬间定子绕组中必须产生一个大小与电枢反应磁链的增量相等、方向与之相反的磁链，定子绕组中应有一直流电流分量，该脉动直流可分解为恒定直流电流i ap和两倍同步频率的交流电流i2w两个分量，同时在励磁绕组中感应出一同步频率的交流电流Δi fw。
短路过程中，Δi fw将随（i ap+i2w）以励磁绕组短接时定子绕组的时间常数T a按指数规律衰减到0。
二、同步发电机三相突然短路的仿真2.1同步发电机突然三相短路电路模型同步发电机选用matlab/Simulink中的简化模型，参数如下：负载选用三相并联RLC负载元件，参数如下：短路通过三相电路短路故障发生器元件实现，参数如下：仿真时间为0.5s，故障发生器设定0.05s时发生短路故障，0.4s故障切除,仿真步长设为可变，算法为ode15s(stiff/NDF)。
同步发电机三相突然短路的定性分析
（ ＰＯ ＩＮ Ｐ Ｏ ＦＥＥ Ｔ Ｉ Ｍ Ｃ ＩＥ Ｅ Ｌ Ｓ —Ｒ Ｏ ＬＣ ＲＣ Ａ ＨＮ ） Ｘ Ｏ
第 ７ １ 第期 ４２（ １ 卷 ２ ５期） ０年 ６ 总 ８
同步 发 电机 三 相 突 然 短 路 的 定 性 分 析
程 小 华
（ 南理 工 大学 电力 学院 ， 东广 州 ５ ０ ４ ） 华 广 １ ６ ０
Ｑ ａｉ ｔ ｅＡｎ ｌｓ ｎ Ｔ ｒｅＰ ａ ｅＳ ｄ ｅ ｌ・ ｐｉ ｈ ｒ ｉ ｕｔ ｕ ｌａｉ ａｙｉ ｏ ｈ ｅ － ｈ ｓ ｕ ｄ ｎｙＡｐ ｌ ｄ Ｓ ｏ ｔＣ ｒ ｉ ｔ ｖ ｓ － ｅ ｃ
ｏ ｙ ｈｒ ｎ ｕｓ Ｇｅ ｒ ｔ ｒ ｆ Ｓ ｎｃ ｏ ｏ ｎｅ ａ ｏ
ｆ ｔ ｅ ｇ ａｈ ｒ ．
Ｋ ｅ ｒ ｓ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｔ ｒｅ ｐ ａ ｅ ｓ ｄ ｅ ｌ －ｐ ｌ ｄ ｓ ｏ ｔｃｒｕ ｔ ｐ ｙ ｉａ ｙ ｗｏ ｄ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｅ ｅ ａｏ ；ｈ ｅ — ｈ ｓ ｕ ｄ ｎ ｙ ａ ｐｉ ｈ ｒ ｉｃ ｉ； ｈ ｓｃ ｌ ｅ ｒｌｔｏ ｓ ｉ ｅａｉｎ ｈｐ
ｐ ｒｏ ｉ ｎ ｔｂ ｅｄ ｃ ｙ ｂ ｅｖｅ ｐ ｉｔ ｒ ｒ ｐ ｓ ｄ，ａ ｄ ７ ｃ ｎ ｉｅｋ ｙ ｒ ｓ”ｐ ｒｏ ｉ ｅｉｄ ｃａ ｄ ｓａ ｌ ｅ ａ ａ ｌ ｉｗ ｏｎ ｓａｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｏ ｃｓ ｅ ｗｏｄ ｅ ｉｄｃ，ｂ ｓ ａ—
ｉ ｃ，ｓｃ ｎ ｅ ｏ ｄ，ｎ ｎ ｅ ｉｄｃ，ｓａ ｌ ｏ ｐ ｒｏ ｉ ｔｂ ｅ，ｔａ ｓｅ ｔａ ｄ ｓ ｐ ｒｔａ ｓｅ ｔ ａｅ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｒ ｎ ｉｎ ｎ ｕ ｅ ・ｒ ｎ ｉｎ ” ｒ ｕ ｒｚ ｄ．Ａｓｔ ｕ ｅ ｔ ｏ ｃ ｒ ｎ ｒｌｔｏ ｓ ｉ ｅａｉｎ ｈｐ，ｔ ｕ ｒ ｎ ｅａｉｎ ｈ ｐ ｆｆｔ ｅ —ｏ ｎ ａｈ ｒｓ ｎ ｇａ ｄ ｏ ｒ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂ ｉ ｗｏ ｃ ｒｅ ｔｒｌｔｏ ｓ ｉ ｓｏ ａｈ ｒｓ ｎ ａ ｄ ｆｔ ｅ —ｏ — ｒｎ ｓ ｎ ａ ｅｐ ｏ ｏ ｅ ｙ ｄ － ｖｄｎ ｒｄ ｔ ｎ ｌｉ ｄ ｃｉｎ ａ ｔ ｎ ｉ ｔ ｕ ｃｉｎ ａ ｄ ｅ ｔａ ｃｎ ｃｉｎ． Ａｓｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ａ ｉ ｉｇ ｔａ ｉｉ ａ ｎ ｕ ｔ ｃｉ ｎ ｏ ｃ ｔａ ｔｏ ｎ ｎｒ ｎ ｉ ｇ ａ ｔ ｏ ｏ ｏ ｏ ｏ ｃ ｒｅ ｔｄ ｃ ｙ， ｔｅ ｌｗ ｓｓ ｍｍａ ｉｅ ｈ ｔｃ ｒｅ ｔ ｎ ｏ ｅ ｆｍｉｙ ｈ ｖ ｈ ａ ｅ ａ ｉ ｇ ｔｍｅ ｃ ｎ ｔｎ ｓｔ ｅ ｈ ａ ｉ ｕ ｒｚ ｄ ｔ ａ ｕｒ ｎ ｓｉ ｎ ａ ｌ ａ ｅ ｔｅ ｓ ｍｅ ｄ ｃ ｙｎ ｉ ｏ ｓａ ｔａ ｈ
电力系统故障分析第二章同步发电机三相突然短路分析教案
i f a 、 i fω 、i f [ 0 ] 分别为励磁绕组中衰减的基频周期分量、衰减的 非周期分量、励磁电流的初值。
由图示励磁电流的波形可见：励磁电流 中包含衰减的基 频周期分量和非周期分量和稳恒的直流分量。衰减的基频周 期分量和非周期分量称为自由分量，稳恒的直流分量称为强 制分量，他们之和就是励磁电流，当自由分量衰减完毕，励 磁电流同样与强制分量相同
维持磁 链初值
一种是倍频电流。（空间上相对运动）
不变
定子基频电流
转子直流电流
定子直流电流
定子倍频电流
正转磁场 转子基频电流
反转磁场
定子直流电流 定子倍频电流
谢谢
电力系统故障分析第二章同步发 电机三相突然短路分析教案
发电机机端突 然发生三相短路 时，发电机a 相 定子绕组的电流 如图 所示：
图中，i 、i 2 ω 、i a p 分别为定子绕组中稳恒基频周期分量与衰减基频 周期分量之和、衰减的倍频周期分量、衰减的非周期分量。
定子电流中包含稳恒的基频周期分量和衰减的基频及倍频 周期分量；衰减的非周期分量。将衰减的基频、倍频周期分量 和衰减的非周期分量称为自由分量，将稳恒的基频周期分量称 为强制分量，强制分量和自由分量之和为定子电流，当自由分 量衰减完毕，短路进入稳态，定子电流与强制分量相同 。
第二节 同步发电机三相突然 短路的分析
一、发电机突然短路暂态过程的特点
稳态对称运行时，不会在转子绕组中感应电流。
突然短路时，定子电流急剧增加，在转子中感应电流， 转子电流又又影响定子电流，而产生定子电流和转子 电流（励磁电流）的变化。
二、无阻尼绕组同步发电机三相突然短路的分析
空载下，发电机定子绕组在t=0时刻突然短路时，有
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垂直时=0
M DQ、M fQ
(2) 定子与转子绕组间互感
a
a
d
x
++
ax
• • d+
a 00
•
a
•
+
900
a
x
+•
a
+•
x
+
d 1800
+a
•
d
•
2700
M f
900 1800
maf
0
2700 3600
M af maf cos M aD maD cos
9.1 同步发电机的基本方程与参数 • abc坐标系下的方程
• 派克-戈列夫变换
• 凸极机、隐极机稳态方程与参数、向量图
•汽轮发电机一般采用隐极式结构。受转子机械强度的限制，直 径较小，长度较长。卧式结构
汽轮发电机结构
国产200MW汽轮发电机定子铁心
国产300MW汽轮发电机
水轮发电机结构
•水轮发电机一般采用凸极式结构。转速低，极数多，要求转动 惯量大，故其特点是直径大，长度短。分为卧式与立式结构
•
d Lcc l0 l2 cos 2( 120 )
d 1800
2700
？隐极机l2＝？
(4) 定子绕组间互感
b• x +
b
a d
a •
y
+
d
b• x +
b
a
a •
y
+
300
a
600
aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
b• x +
b
b•
a
x
•
+
y +
b
a •
yd
+
d 1500
坐标变换，使易分析、易处理
变换由美国工程师派克在1929年首次提出（其后不久， 苏联学者戈列夫也独立地完成了大致相同的工作），一 般称为派克变换。
1.派克变换 2.派克变换下同步电机电流、磁链及电压方程
把定子绕组上的变量变换到转子上
0. 变换概述
• abc坐标系方程
U RI d
dt
MI
• 时变系数 M ，方程难分析、难计算
转子绕组的 自感
6、电感 (Inductance)
abc fDQ
LSS
LRS
LSR iabc
LRR
i fDQ
• 定子
定子
变？
变？
• 转子
转子
变？
(1) 转子绕组自感及互感
转子绕组的自感
恒定（常数） Lff、LDD、LQQ
转子绕组间互感
电力系统分析基础 Power System Analysis Basis
（九）
主讲人：卞建鹏
1
第 9 章 同步发电机突然三相短路分析
1、同步电机的基本方程与参数 2、同步电机稳态运行时的基本方程与向量图 3、 同步电机突然三相短路的物理分析 4、同步发电机的暂态参数和等效电路 5、 自动调节励磁装置对短路电流的影响
r 0
0 rf
0 0
0 0
ic if
d dt
c f
0
0
0 0
0 0
0 0
0 0
rD 0
0
iD
rQ iQ
D Q
5、磁链方程－－磁关系(Flux Linkages Equation)
•顾毓秀提出前进后退分量法（文理大师） •章名涛在国际上率先采用拉普拉斯变换求解电机的短路电流 •高景德 电机过渡过程理论的大专家
理想同步电机 Synchronous Machines
• 转子、定子绕组对称 • 磁势、磁通正弦分布 • 不计饱和
励磁绕组
q轴等效的 阻尼绕组
d轴等效的 阻尼绕组
同步发电机简化为：定子3个绕组、转子3个绕组、气隙、定 子铁心、转子铁心组成的6绕组电磁系统。
10000kW水轮机转子
发电机结构
隐极式同步电机的类型
N
+
S
隐极式
凸极式同步电机的类型
N
S
S
+
N
凸极式
发电机结构
凸极机的阻尼绕组在同步发电机中起抑制转子振荡的作用 隐极机的定子铁芯等效为阻尼绕组
同步发电机是电力系统分析的基础
• 电力系统最复杂的元件之一； • 同步电机电磁暂态过程左右了电力系统电磁暂态过程； • 同步电机建模方法非常重要
定子绕组的 自感
定子绕组间的互感
a Laa M ab M ac M af M aD M aQ ia
b
M
ba
Lbb
M bc M bf
M aD
M
bQ
ib
c f
M M
ca fa
M cb M fb
Lcc M fc
2、正方向的选取 a
d x+
b
z
•
+
+D
+Q
•
D
+
f + +
•
• • •
+ + +
+
f•
•Q
•
bq
•
•
c
y+
Ψabc与iabc相反（由 于定子产生的磁
场具有去磁作用）
ΨfDQ与ifDQ相同
a •
为da轴之间的
夹角
c
3、同步电机回路图
rf
uf
if
Lff
rD
uD 0
iD LDD
uQ 0
MaQ maQ cos( 90 ) maQ sin
(3) 定子绕组自感
a
a
d
La
x
ax
a
+
• d+
•
l2 l0
900
0
900
1800 2700
a
00
a 900
Laa l0 l2 cos 2
x
+
ax
•
+
a
Lbb l0 l2 cos 2( 120 )
2400
300 0 600 1500 2400
m2
m0
Ma
Mab Mba [m0 m2 cos2( 30)] Mbc Mcb [m0 m2 cos2( 90)] Mac Mca [m0 m2 cos2( 150)]
9.1.2 派克-戈列夫变换 Park’s Transformation dqo Transformation
M cf L ff
M cD M fD
M M
cQ fQ
i
ic
f
D
M
Da
M Db
M Dc
M Df
LDD
M
DQ
iD
Q M Qa M Qb M Qc M Qf M QD LQQ iQ
定转子绕组间的互感
转子绕组间的互感
rQ
iQ
LQQ
ia
La
ra rb Lb
ib
rc
Lc
ic
ua ub uc
? 阻尼绕组中有无电流
4、电压方程－－电关系
ua r 0 0 0 0 0 ia a
ub
0
r
0
0
0
0
ib
b
uc u f
0 0
0 0