同步发电机突然短路.ppt
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同步发电机突然三相短路分析-第二讲资料
1.磁链轴线在d轴方向的称为直轴阻尼绕组D，
iD iD iD
；
2.磁链轴线在q轴方向的称为交轴阻尼绕组Q，
iQ iQ
；
定、转子回路电流分量的对应关系:
自由电流分量：维持绕组本身磁链不突变而感生的电流， 其衰减主要由该绕组的电阻所确定； 强制电流分量：由电势产生的电流。
定、转子回路电流分量的衰减关系:
所经的磁路为绕励磁绕组外侧， 其对应的电压降为 I xad ，则电压方程为
jI x jI x 0 E ad q0
I Id Eq 0 xd
短路电流基频交流分量的初始值:
计及阻尼回路时基频交流分量初始值
Eq 0 xd
I”
：
I I d
依然存在；
2. 定子三相交流产生去磁的旋转磁场 Ψad= -ψ0, 其突然 穿越励磁绕组，则励磁绕组要保持磁链不突变，需感生 直流电流 i f ；
4. i f i f 0 i f i f
阻尼回路电流分量 :
i2 按定子回路时间常数 Ta 定子绕组自由分量电流 i、 i D、 iQ也按 Ta 衰减，所以，由静止磁场引起的转子电流 i f、 衰减；
维持转子绕组磁链不突变的自由分量电流i f 、i D 起 到励磁电流的作用，其衰减变化引起定子周期分量电流 由初始的 I 衰减到 I
起始
I
阻尼电流衰减完毕
I
Td
阻尼电流衰减完毕
I
Td
稳态 I
短路电流的近似公式 :
基频交流分量电流的近似公式 ：
t Td t Td
I m (t ) ( I I )e
( I I )e
iD iD iD
；
2.磁链轴线在q轴方向的称为交轴阻尼绕组Q，
iQ iQ
；
定、转子回路电流分量的对应关系:
自由电流分量：维持绕组本身磁链不突变而感生的电流， 其衰减主要由该绕组的电阻所确定； 强制电流分量：由电势产生的电流。
定、转子回路电流分量的衰减关系:
所经的磁路为绕励磁绕组外侧， 其对应的电压降为 I xad ，则电压方程为
jI x jI x 0 E ad q0
I Id Eq 0 xd
短路电流基频交流分量的初始值:
计及阻尼回路时基频交流分量初始值
Eq 0 xd
I”
：
I I d
依然存在；
2. 定子三相交流产生去磁的旋转磁场 Ψad= -ψ0, 其突然 穿越励磁绕组，则励磁绕组要保持磁链不突变，需感生 直流电流 i f ；
4. i f i f 0 i f i f
阻尼回路电流分量 :
i2 按定子回路时间常数 Ta 定子绕组自由分量电流 i、 i D、 iQ也按 Ta 衰减，所以，由静止磁场引起的转子电流 i f、 衰减；
维持转子绕组磁链不突变的自由分量电流i f 、i D 起 到励磁电流的作用，其衰减变化引起定子周期分量电流 由初始的 I 衰减到 I
起始
I
阻尼电流衰减完毕
I
Td
阻尼电流衰减完毕
I
Td
稳态 I
短路电流的近似公式 :
基频交流分量电流的近似公式 ：
t Td t Td
I m (t ) ( I I )e
( I I )e
第十五章同步电机的突然短路与振荡
电气工程与 自动化专业
同步发电机突然短路的物理过程
• 三相突然短路时的磁链
– 用磁链不变原则分析无阻尼绕组同步发电机 空载运行时，在发电机出线端点处发生三相 突然短路后电机各绕组中的磁链变化情况
– 假设激磁电流和转子转速保持不变，并且不 计饱和影响，以便应用叠加原理
• 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
x
X "d X ad X f X1d
直轴超瞬态电抗的等效电路
电气工程与 自动化专业
同步电机的瞬态电抗和超瞬态电抗
– 如在转子上没有阻尼绕组或者是当阻尼绕组 中的感应电流衰减完毕
• 电枢反应磁通可以穿过阻尼绕组时，总磁
导为
'd
1
1
1
ad f
• 直轴瞬态电抗x'd
x'd x
1
1
1
x
xad x f xad x f
电气工程与 自动化专业
同步发电机突然短路的物理过程
• 突然短路的分析
– 严格分析需要列出并求解多个回路的联立微 分方程式组
– 更由于同步电机的转子激磁绕组为单相回路， 阻尼绕组为不完整的多相电路，直轴交轴磁 路又不对称，使问题变得非常复杂
– 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
AA、BB和CC
电气工程与 自动化专业
同步发电机突然短路的物理过程
– 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fA、fB和fC共同合 成相应的0A、0B和0C
同步发电机突然短路的物理过程
• 三相突然短路时的磁链
– 用磁链不变原则分析无阻尼绕组同步发电机 空载运行时，在发电机出线端点处发生三相 突然短路后电机各绕组中的磁链变化情况
– 假设激磁电流和转子转速保持不变，并且不 计饱和影响，以便应用叠加原理
• 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
x
X "d X ad X f X1d
直轴超瞬态电抗的等效电路
电气工程与 自动化专业
同步电机的瞬态电抗和超瞬态电抗
– 如在转子上没有阻尼绕组或者是当阻尼绕组 中的感应电流衰减完毕
• 电枢反应磁通可以穿过阻尼绕组时，总磁
导为
'd
1
1
1
ad f
• 直轴瞬态电抗x'd
x'd x
1
1
1
x
xad x f xad x f
电气工程与 自动化专业
同步发电机突然短路的物理过程
• 突然短路的分析
– 严格分析需要列出并求解多个回路的联立微 分方程式组
– 更由于同步电机的转子激磁绕组为单相回路， 阻尼绕组为不完整的多相电路，直轴交轴磁 路又不对称，使问题变得非常复杂
– 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
AA、BB和CC
电气工程与 自动化专业
同步发电机突然短路的物理过程
– 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fA、fB和fC共同合 成相应的0A、0B和0C
第17章同步电机的非正常运行(突然短路)
2.3 突然短路电流及其可能达到的最大值
一相电枢绕组突然短路电流应为：
iA = i= A + i~ A
2E 2E cos α 0 − cos(ωt + α 0 ) = X d″ X d″
如果当 α 0 = 0 时发生三相突然短路，A相突然短路 电流的瞬时值为：
iA = i= A + i~ A
当
2E (1 − cos ωt ) = ″ X
E E i (t ) = − e r r
K
−
t
τ
Φ
K1
i
E
0
-10
R1
自由分量
（3）单相变压器副边开路，原边加交流电压 （分析线性情况） 合闸后电流的两个分量：
–
i = i∼ + i=
2E 强制分量 i∼ = sin(ωt + α 0 − ϕ ) Xm
– 自由分量
2E i= (t ) = − sin(α 0 − ϕ )e Xm
+A
A
X
设短路瞬间转子位置如图， 将该瞬间取为时间零点，定 子三相绕组感应电势为：
1）突然短路瞬间定子的感应电势 Ff 1
A X
0
eA = 2 E sin(ωt + α 0 )
eB = 2 E sin(ωt + α 0 − 1200 )
eC = 2 E sin(ωt + α 0 − 240 )
Fad
d
X d ′′ − −
直轴超瞬态电抗
3) 直轴超瞬态电抗 X d ′′ (1) 短路电流周期分量的电枢反应的性质及 磁场特点 +A +j
电枢电阻总是显著小于 电枢回路的电抗，所以 考虑电流相位时，可以 认为属于纯电感回路， 电流滞后电动势 90o 。 电枢反应为直轴去磁磁 动势。
电力系统暂态分析-第2章 同步发电机突然三相短路分析
4、定子电流产生的磁势以及转子绕组和定子绕组间的互感磁通在空气 隙中按正旋分布； 5、定子及转子具有光滑的表面，即认为定子及转子的槽和通风沟不影 响定子及转子的电感系数。
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。
11
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
17
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
18
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。
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
17
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
18
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。
同步发电机的突然短路
f (0) 0 f
阻尼绕组
D (0) 0
电流：定子三相绕组电流为零 IA0 (0) IB0 (0) IC0 (0) 0
励磁绕组
I f 0 (0) I f 0
阻尼绕组
I D0 (0) 0
A轴
Y
（二）短路后定、转子绕组的磁链和电流
定子三相绕组：磁链
C
Ai A0 A0 (0) 0
励磁绕组：电流
i f I f 0 i fZ i f ~ I f 0 i fZ i fZ cos t
阻尼绕组：电流
iD iDZ iD~ iDZ iDZ cos t
磁链
Y
C
Y
C
A
NS
X
A
NS
X
Z
B
次暂态阶段 Z
B
三、超瞬变电抗和瞬变电抗
超瞬变电抗
直轴 xd 交轴 xq
瞬变电抗
直轴 xd 交轴 xq
同步发电机的突然短路
• 一、超导回路的磁链守恒
• 超导——电阻为零 • 转子：励磁绕组、阻尼绕组 • 0
dt
d L
dt
iR 0
d ( 0 L ) 0
0
0
0 L 常数
e0 i eL
L
N N
0
0
0
e0 i eL
L
N
N
N
二、对称突然短路的物理过程
Bi B0 B0 (0) 0.866 0
A
N
B轴
Z
S
X Ci C0 C0 (0) 0.866 0
电流
C轴 iA Im sin t iA~ iAZ
B iB Im sin( t 120 0 ) 0.866 Im iB~ iBZ
同步电机突然三相短路的仿真
在分析同步电机突然三相短路时，可以利用叠加原 理，即认为不是发生了突然短路，而是在电机的端头 上突然加上了与电机突然短路前的端电压大小相等但 方向相反的三相电压。这样考虑时，同步电机突然三 相短路问题就变成了下述两种工作情况的综合问题了。 （１）与短路前一样的稳定运行状况； （２）突然在电机端头加上与电机突然短路前的端电 压大小相等但方向相反的三相电压。 5.1 三相短路的物理过程 为使物理现象的分析更清晰，设电机在短路前空 载运行；短路过程中，转速保持同步速不变；励磁电 压不可调。分析以磁链守恒为基础，以无阻尼绕组电 机为重点。 1.无阻尼绕组电机的三相短路
被定子三相绕组所“捕获” 的磁链的磁场， i f 0 产生的磁场强度相等、 虽在短路瞬间与励磁电流 方向相同、但前者在空间不动，后者则随转子转动。 转子偏离其原始位置并继续向前转动时，被定子绕 组所“捕获” 的磁链的磁通，又穿越励磁绕组并 使其具有按正弦律以同步角频率交变的磁链的趋势。 励磁绕组又必须有一以同步角频率交变的交流电流 产生交变磁场，以抵制所“捕获” 磁链产生磁通 的穿越。这就是励磁绕组电流的另一分量——交流 i f 分量 。
至于三相短路时的电磁转矩，只要计及如下的规律： （1）由两个相对不动的磁场相互作用产生的转矩， 属单向转矩。 （2）由两个相对转动的磁场相互作用产生的转矩， 属交变转矩，其交变角频率对应于两磁场的相对角速 度。 三相短路时的电磁转矩中，包含有三类分量—— 单向分量、以同步角频率和以两倍同步角频率交变的 分量。 由于定子绕组和励磁绕组中所有自由电流分量都要衰 减，各电磁转矩分量也要衰减。衰减的时间常数，就 取决于相应的定子绕组和励磁绕组电流分量的衰减时 间常数。当短路进入稳态后，由于定子绕组中只有 i 分量、励磁绕组中只有i 分量，电磁转矩中也只有一 个单向分量。这单向分量就对应于稳态短路时定子绕 组电阻中的损耗。
同步发电机的不对称运行和突然短路
04
同步发电机的不对称运行和突然 短路的预防与控制
预防措施
定期检查
对同步发电机的各项性能进行定期检查，确 保其正常运行。
安装保护装置
在同步发电机上安装相应的保护装置，以防 止不对称运行和突然短路的发生。
维护保养
按照制造商的推荐，对同步发电机进行适当 的维护和保养，以延长其使用寿命。
监控运行状态
对同步发电机的运行状态进行实时监控，及 时发现并处理异常情况。
对称运行和突然短路的未来研究方向
深入研究对称运行的理论 基础
进一步探讨对称运行的原理和 机制，提高对电力系统稳定性 的认识和理解。
开发高效的短路保护装置
针对突然短路故障，研究和发 展更为快速、准确的短路保护 装置，以减少短路对设备和系 统的冲击。
智能化监控和管理
利用先进的传感器、通信和人 工智能技术，实现对电力系统 的实时监控和智能管理，提高 系统应对突发事件的响应速度 和处置能力。
对称运行
在电力系统中，同步发电机以对称的方式运行，意味着各相的电压、电流和功率等参数在大小和相位上都是相等 的。这种对称运行状态是电力系统稳定和可靠供电的前提条件。
突然短路
突然短路是指同步发电机在正常运行过程中，由于某种原因（如设备故障、人为误操作等），电路中出现非正常 连接，导致电流瞬间激增，破坏了原有的对称运行状态。突然短路是电力系统中最危险的故障之一，可能造成设 备损坏和系统稳定性丧失。
运行。
维护与保养
清洁
检查紧固件
定期对同步发电机进行清洁，以去除灰尘 和污垢。
检查同步发电机的紧固件是否松动，如发 现松动应及时紧固。
检查润滑系统
更换磨损部件
定期对同步发电机的润滑系统进行检查， 确保润滑油充足且无杂质。
同步发电机突然三相短路分析-第三讲
为保护发电机和电力系统，短 路发生时，相关保护装置会动 作，如断路器跳闸、自动重合
闸等。
02 短路电流的计算和分析
短路电流的计算
1 2
短路电流的瞬时值计算
根据发电机参数和短路阻抗，利用三相短路电流 的瞬时值公式计算短路电流的瞬时值。
短路电流的有效值计算
将瞬时值转换为有效值，以便进行后续分析和计 算。
某电厂在运行过程中突然发生三相短路故障，电厂迅速启动应急预案，组织专 业技术人员进行故障排查，采用专业的短路故障处理方法，及时恢复了设备的 正常运行。
案例二：某大型发电机的短路预防措施
总结词
预防为主、综合治理
详细描述
某大型发电机为了预防三相短路故障，采取了一系列综合治理措施，包括定期检 查维护、提高设备绝缘性能、加强继电保护装置的校验和整定等，有效降低了短 路故障的发生率。
3
短路电流的持续时间
根据发电机参数和短路阻抗，计算短路电流的持 续时间。
短路电流的分析
短路电流的波形分析
对计算得到的短路电流波形进行分析， 了解其峰值、周期等特性。
短路电流的对称性分析
分析短路电流的三相是否对称，以及 各相电流的相位关系。
短路电流的热效应分析
根据短路电流的有效值和持续时间， 计算短路电流的热效应，评估其对发 电机和系统的影响。
强大的短路电流可能导致继电保护装置误 动作，切除正常运行的机组，进一步加重 系统电压的下降。
短路故障的修复
现场检查
绕组温度测量
绝缘电阻测试
修复与更换
重新启动与运行
首先对发电机进行全面 的外观检查，查看是否 有明显的机械损伤。
使用温度计测量发电机 绕组的温度，判断是否 出现过热现象。
闸等。
02 短路电流的计算和分析
短路电流的计算
1 2
短路电流的瞬时值计算
根据发电机参数和短路阻抗，利用三相短路电流 的瞬时值公式计算短路电流的瞬时值。
短路电流的有效值计算
将瞬时值转换为有效值，以便进行后续分析和计 算。
某电厂在运行过程中突然发生三相短路故障，电厂迅速启动应急预案，组织专 业技术人员进行故障排查，采用专业的短路故障处理方法，及时恢复了设备的 正常运行。
案例二：某大型发电机的短路预防措施
总结词
预防为主、综合治理
详细描述
某大型发电机为了预防三相短路故障，采取了一系列综合治理措施，包括定期检 查维护、提高设备绝缘性能、加强继电保护装置的校验和整定等，有效降低了短 路故障的发生率。
3
短路电流的持续时间
根据发电机参数和短路阻抗，计算短路电流的持 续时间。
短路电流的分析
短路电流的波形分析
对计算得到的短路电流波形进行分析， 了解其峰值、周期等特性。
短路电流的对称性分析
分析短路电流的三相是否对称，以及 各相电流的相位关系。
短路电流的热效应分析
根据短路电流的有效值和持续时间， 计算短路电流的热效应，评估其对发 电机和系统的影响。
强大的短路电流可能导致继电保护装置误 动作，切除正常运行的机组，进一步加重 系统电压的下降。
短路故障的修复
现场检查
绕组温度测量
绝缘电阻测试
修复与更换
重新启动与运行
首先对发电机进行全面 的外观检查，查看是否 有明显的机械损伤。
使用温度计测量发电机 绕组的温度，判断是否 出现过热现象。
zA同步发电机突然三相短路分析
一、空载情况下三相短路的电流波形
实测波形：同步发电机在转子有励磁而定子回路开路即空载运行情况下，定子三相绕组端突然三相短路后的电流波形
凋捂皑冤扫轮没冠疏蹄寸娜淤窥蘸丈坞热敬爹磊涸障卷痈卸屡膛韭亚他睹zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
实测短路电流波形分析 短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中含有衰减的非周期分量； 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。
躲颁瘸清牲吱衍聊线叠晤检仔维吏迸藩漾焦疫疮踪葛祁哦关疏擦砍通镣芥zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
定子三相短路后， ifα近似不变而iDα衰减到零的过程的衰减时间常数为T’’d，其主要由阻尼绕组的电阻rD所确定，是I’’衰减到I’的过程； ifα衰减到零的过程的衰减时间常数为T’d ，其主要由励磁绕组的电阻rf所确定，是衰减到I∞的过程；
各忠涣哥满赶此场约季唬予孝朔牙逞姓博棵客赋瞪曹峰师胯狐奖贝袒墅袁zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
a
c
b
z
a
b
x
y
c
d
为了简明起见，讨论空载情况下突然短路的情形
意苏俐仍燥穿邮滩宣顷站吼阁辈湿蟹弧坡周竭琉胰夜回靡骡楷吩溜疽帐屿zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
撅异军滴伺挟赐掉畅遥旗敏匿峡鳞玛齐碘苏梧货邦封斗磷敝跑窃军卉俄报zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
三 短路电流的近似公式 （一） 基频交流分量电流的近似公式 突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的阻抗分别为： 起始x’’d →阻尼电流衰减完毕x’d →稳态xd 突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的电流分别为： 起始 →阻尼电流衰减完毕 →稳态
实测波形：同步发电机在转子有励磁而定子回路开路即空载运行情况下，定子三相绕组端突然三相短路后的电流波形
凋捂皑冤扫轮没冠疏蹄寸娜淤窥蘸丈坞热敬爹磊涸障卷痈卸屡膛韭亚他睹zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
实测短路电流波形分析 短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中含有衰减的非周期分量； 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。
躲颁瘸清牲吱衍聊线叠晤检仔维吏迸藩漾焦疫疮踪葛祁哦关疏擦砍通镣芥zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
定子三相短路后， ifα近似不变而iDα衰减到零的过程的衰减时间常数为T’’d，其主要由阻尼绕组的电阻rD所确定，是I’’衰减到I’的过程； ifα衰减到零的过程的衰减时间常数为T’d ，其主要由励磁绕组的电阻rf所确定，是衰减到I∞的过程；
各忠涣哥满赶此场约季唬予孝朔牙逞姓博棵客赋瞪曹峰师胯狐奖贝袒墅袁zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
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为了简明起见，讨论空载情况下突然短路的情形
意苏俐仍燥穿邮滩宣顷站吼阁辈湿蟹弧坡周竭琉胰夜回靡骡楷吩溜疽帐屿zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
撅异军滴伺挟赐掉畅遥旗敏匿峡鳞玛齐碘苏梧货邦封斗磷敝跑窃军卉俄报zA同步发电机突然三相短路分析zA同步发电机突然三相短路分析
三 短路电流的近似公式 （一） 基频交流分量电流的近似公式 突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的阻抗分别为： 起始x’’d →阻尼电流衰减完毕x’d →稳态xd 突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的电流分别为： 起始 →阻尼电流衰减完毕 →稳态
东北电力大学电机学ppt讲义第21章
直轴超瞬态主磁路磁导
直轴超瞬态磁路磁导
Λ′ = Λ σ + Λ′ = Λ σ + d ad
1 1 1 1 + + Λ ad Λ fσ Λ dDσ
东北电力大学
直轴超瞬态电抗
′′ ′′ X d = X σ + X ad = X σ +
1 1 1 1 + + X ad X fσ X dDσ
超瞬变电抗对应的等效电路
东北电力大学
21-5 突然短路对同步发电机的影响 • 突然短路电流的最大瞬时值可能达到额定电流的 二十倍左右，必然要对电机本身和电力系统带来 不利影响。 • 由于冲击电流持续的时间很短暂，一般只有几秒 钟，因此冲击电流引起的绕组发热并不严重，经 验证明，在突然短路时很少发生绕组受到过热而 烧坏的现象。 • 但突然短路产生巨大的电磁力和电磁转矩，对电 机的结构有破坏作用，同时定子绕组中的高次谐 波将对通讯线路产生影响，影响通信线路的通信 质量。
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21-2 三相突然短路的分析
一、三相突然短路过程中的基本电磁关系
1．定子各相绕组的磁链 ．
图21-2 同步发电机简图和定子绕组磁链图
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转子磁场产生的定子三相绕组磁链
ψ A0 = ψ m sinωt ψ B0 ψ C0
o = ψ m sin(ωt − 120 ) = ψ m sin(ωt + 120 o )
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瞬态分量， 对应； （1）I m − I m ，瞬态分量，与励磁绕组中非周期分量 ∆ifz对应； ） ′ 稳态分量， 对应； （2）I m ，稳态分量，与恒定励磁电流 I f0对应； ） 对应。 （3）非周期分量，与励磁绕组中的周期性分量 if ~ 对应。 ）非周期分量， 稳态分量不衰减；与 ∆ifz 对应的瞬态分量衰减时间常数 稳态分量不衰减； 为 Td′ ；与 if ~ 对应的非周期分量衰减时间常数 Ta 。
同步发电机突然三相短路分析-第三讲
相垂直，它们之间的互感系数为零，即
LfQ=LQf=LDQ= LQD= 0。
4.1 同步发电机基本方程-电感系数
定子绕组和转子绕组间的互感系数
以励磁绕组与定子a相绕组间的互感Laf为例
定子绕组与励磁绕组间的互感
4.1 同步发电机基本方程-电感系数
定子绕组和转子绕组间的互感系数
定子绕组与励磁绕组间的互感
定子绕组和转子绕组间的互感系数
定子绕组和转子绕组间的互感系数是α角的周期函数，其周 期为2π。 LaD L Da maD cos LbD LDb m aD cos( 120 ) LcD LDc maD cos( 120 )
LaQ LQa m aQ sin LbQ LQb LcQ LQc m aQ sin( 120 ) m aQ sin( 120 )
交轴方向：
短路前：
E q|0| jxd I d |0| U q|0|
'' ''
短路后：
'' E q|0| jxad I d |0| jxad ( I d I d ) jx I d 0
E q|0| jxd I d |0| jx d I d 0 jxd I d
第二章 同步发电机突然三相短路 分析（二）
3.1 同步发电机负载下三相短路交流电流初 始值—稳态运行时的向量图和电压平衡关系
稳态情况下：
Eq ?
0
分解成d, q两轴
d轴: q轴:
Iq
E0
j I q Xq
I Ra
LfQ=LQf=LDQ= LQD= 0。
4.1 同步发电机基本方程-电感系数
定子绕组和转子绕组间的互感系数
以励磁绕组与定子a相绕组间的互感Laf为例
定子绕组与励磁绕组间的互感
4.1 同步发电机基本方程-电感系数
定子绕组和转子绕组间的互感系数
定子绕组与励磁绕组间的互感
定子绕组和转子绕组间的互感系数
定子绕组和转子绕组间的互感系数是α角的周期函数，其周 期为2π。 LaD L Da maD cos LbD LDb m aD cos( 120 ) LcD LDc maD cos( 120 )
LaQ LQa m aQ sin LbQ LQb LcQ LQc m aQ sin( 120 ) m aQ sin( 120 )
交轴方向：
短路前：
E q|0| jxd I d |0| U q|0|
'' ''
短路后：
'' E q|0| jxad I d |0| jxad ( I d I d ) jx I d 0
E q|0| jxd I d |0| jx d I d 0 jxd I d
第二章 同步发电机突然三相短路 分析（二）
3.1 同步发电机负载下三相短路交流电流初 始值—稳态运行时的向量图和电压平衡关系
稳态情况下：
Eq ?
0
分解成d, q两轴
d轴: q轴:
Iq
E0
j I q Xq
I Ra
同步电机PPT
下面我们分四种情况考虑：
交轴q
•
•
1、 I 和 E0 同相（ 0 0)
交轴电枢反应使合成磁动
势从空载时的直轴处逆转
向后移了一个锐角 ，幅
值有所增加。
直轴d
F
磁极位置
Ff
Bf
•
0
•
E0
•
I
Fa
•
•
2、I 滞后 E 0 90（0 0 90 0 )
直轴去磁性电枢反应
直轴d Ff
交轴q
•
E0
磁极位置
1、定子部分
发电机定子铁芯由导磁良好的 硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀 分布着许多槽，用来嵌放定子 线圈 ，每相绕组由多个整体成 型的线圈组成 ，按一定规律排 列。
大型水轮发电机通常都是立式 结构，整个机组传动部分的重 量以及作用在水轮机转轮上的 水推力均有推力轴承支撑，并 通过机架和机座传递到地基上
3、补偿机状态： δ=0
S
N
ns
No
Te 0
So
补偿机状态时电磁转矩为零，电机内无有功功率的转换。
五、同步电机的励磁方式
供给同步电机励磁的装置，称为励磁系统 。 1、直流励磁机励磁
2、整流器励磁
整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。
静止式指的是整流 装置外放静止状态
旋转式指的是整流装置 随主轴一同旋转
3、相量图及等效电路
已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数
Ra 、Xs，当功率因数滞后时的相量图：
其等效电路：
E&0
jIX s
IRa
U&
其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电枢反
应和电枢漏磁场的作用
同步发电机的短路特性PPT资料优秀版
O I f 0 I fk
If
重庆电力高等专科学校
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THANKS FOR WATC H I N G !
谢谢观看！
~ 2 同步发电机的短路0特性
E0 jIk xt
90
同步发电机的运行特性包括：
E0 jIxt
Ik
纯直轴去磁电枢反应
重庆电力高等专科学校
6.4.2 同步发电机的短路特性
Ik
E0 jxt
Ik E0 E0 I f
Ik I f
E0 Ik
UN
IN
Ik0
E0 f I f Ik f I f
2 同步发电机的短路特性
2 同步发电机的短路特性
一、空载特性 2 同步发电机的短路特性
2 同步发电机的短路特性
二、短路特性
三、外特性
发电机转速为额定转速，定子绕组出线端短路（端电压U=0）时，短路电流与励磁电流的关系，即Ik=f（If）
Electrical Machinery
2 同步发电机的短路特性
2 同步发电机的短路特性
Байду номын сангаас
2 同步发电机的短路特性
Electrical Machinery
2 同步发电机的短路特性
同步发电机的运行特性包括：
四、调整特性
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6.4.2 同步发电机的短路特性
短路特性
同步发电机的运行特性包括：
E2le同c步tri发ca电l M机发a的ch短i电n路er特y机性 转速为额定转速，定子绕组出线端短路（端电压U=0）时，短路电流与
2 同步发电机的短路特性
励磁电流的关系，即I =f（I ） 2 同步发电机的短路特性