大功率电机对三相短路电流的影响

示波器２
示波器３
堡墨查堡兰墨生皇塑垫塾三塑簿堕皇鎏塑乡堕堂多１）１■■Ｉ
建箍电乞。
————Ｉ·——＿■８ｕＩＬＤＩＮＧ
２口１ ｒ－ｔ年第３期Ｉ ＥＬＥＣＴＲＩＣＩＴＹ
ｒ？：—Ｋ＾，Ｍ—ｅＯｏ ‘
（５）
３ Ｋ／Ｊ．；
式中：Ｋ肼——启动转矩倍数：
Ｏｏ——转子同步机械角速度，力。：三堕；
ｐ
蜀——启动电流倍数。
表３给出了１６０ ｋＷ、１３２ ｋＷ、１１０ ｋＷ、７５ ｋＷ 和５５ ｋＷ电动机在配电线路末端（故障点２）发生三
表２不同长度配电线路首端、末端三相短路电流
Ｔａｂ．２，１１Ｉｅ ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｅａｄ ａｎｄ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈ
Ｚ为ＢＶ—１８５ ｍｉｌｌ２．长度为１００ ｍ．可有表ｌ给出的 不同短路点、不同短路时刻电动机三相反馈电流峰 值数据。从表１中可以看出，不论短路时刻如何变 化，三相反馈电流中必有一相接近第一波的峰值。 以表１中的线路末端（电动机机端）三相短路时 的数据分析．三相短路时电动机反馈电流的峰值均 在３ ７８６Ａ以上．是第一波峰值４０５８ Ａ的９３．３％以 上。因此．在分析电动机反馈电流对短路电流影响 时．可以不考虑短路时刻对电动机向短路点反馈电 流的影响．而只按其反馈电流峰值考虑。 ２．２不同短路点对电动机向短路点反馈电流的影响
对对称短路电流初始值，，、短路电流峰值ｉ。和开断
电流，６都有影响。 《低压配电设计规范》 （ＧＢ ５００５４ —９５）第２．１．２条规定。验算电器在短路条件下的通
＝巧（孚＋刑’
一Ｅｌ＝，。（‰＋ｊｘ。）
ｌｍ＝Ｉ、＋１２
ｒｌ
ＸＩ
ｒ２７
（１）
Ｊ２’
Ｆｉｇ．１
图１ 异步电动机等值电路图 Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ
ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ
ｐｏｉｎｔｓ
ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ ａｒｅ
ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｓｈｏｒｔ．ｃｉｒｃｕｉｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ Ｔｈｒｅｅ—
ｐｈａｓｅ ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ
１ 异步电动机的等值电路与仿真模型
目前．通常采用经验公式确定电动机对短路电流 值的影响．此法只能给出在某种条件下电动机向短路 点反馈电流的计算值．不能分析电动机对短路电流的 影响。近年来．在电气工程领域中越来越广泛地使用 Ｍａｔｌａｂ这种集数学计算、分析、算法开发与发布于一 体的软件平台．对配电系统进行仿真分析，为配电系 统设计提供参考。本文也使用这一软件分析低压大功 率异步电动机对短路电流的影响。 １。１异步电动机的等值电路
Ｇａｏ Ｍａｎｒｕ（Ｔｅａｃｈｅｒｓ’Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００１ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｕｓｉｎｇ Ｍａｔｌａｂ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｌｏｗ－·ｖｏｌｔａｇｅ ｈｉｇｈ－－ｐｏｗｅｒ
图２为含有低压大功率电动机的配电系统示意 图．其中电源至电动机的配电线路长度为Ｚ。故障点１ 和故障点２为两个短路故障点。根据图２，在Ｍａｔｌａｂ 的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台建立图３所示的仿真模型．对不同情 况下三相短路时电动机向短路点的反馈电流进行仿真
图２低压大功率电动机回路配电系统示意图
Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｌｏｗ— ｖｏｌｔａｇｅ ｈｉｓｈ－ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ
分析。 模型中异步电动机的定子和转子参数可以根据其
技术数据。用工程计算法确定：
ａ．定子电阻ｒｌ：
０．９５ Ｕ１。ｓｅ
ｎ ５弋、ｉ／３ １■１ 。
（２）
式中：ｓ。——额定转差率，￥ｅ－－—ｎｏ－—ｎｅ，其中ｎｏ为同
，１０
步转速，／７，。为转子转速； 阢。——额定定子线电压； ，。。——额定定子线电流。 ｂ．定子电抗菇ｌ：
ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ ｏｎ ｔｈｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｔ
ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｏｉｎｔ ａｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ：ｓｈｏｒｔ－
ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｉｍｅ，ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ
线路 长度 （ｍ）
１００
路线首端（电源端）＝相短路
线路末端（电动机机端）三相短路
反馈 电流 峰值
‘（Ａ）
有电动机
短路电流峰值 ｔ’ｐＩ（“）
‘／ｔ‘ｐＩ
无电动机
短路电流峰值 稳态短路电流
ｔ‘ｐＩ（ｋＡ）
有效值（ｋＡ）
３ ５９６
６１．１４
５．７９％
５７．６
表ｌ 不同时刻三相短路时电动机反馈电流峰值 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｔｒｏｍｏｔｏｒ ａｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ｉｎ ｃａｓｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－－ｐｈａｓｅ ｓｈｏｒｔ·－ｃｉｒｃｕｉｔ
电动机反馈电流峰值（Ａ）
加．则电动机反馈电流在短路电流峰值中所占比 例迅速降低．１００ ｍ配电线路时．从２０．２３％下降到 ５．７９％：而２００ ｍ配电线路时更从３０．６０％下降到 ５．１４％。这也说明在低压对称短路计算中。在大型异 步电动机机端处进行短路计算时．应考虑电动机反馈 电流的影响．而远离电动机而靠近电源端处的短路计 算．可以不考虑电动机反馈电流的影响。 ２．３电动机容量对电动机向短路点反馈电流的影响
ｅ．转子电抗归算值ｚｉ：
石』＝髫ｌ
（６）
２仿真结果分析
２．１ 短路时刻对电动机向短路点反馈电流的影响 选择电动机功率为１６０ ｋＷ．在电动机机端处设
置短路点即故障点２。选择不同的短路时刻．测 量电动机反馈电流第一波峰值．取其中一相绘制曲 线如图４所示。从图中可以看出。不同的短路时刻电 动机反馈电流的第一波峰值大小是不一样的．这会 对短路电流起始值的大小产生影响。当取配电线路
从表ｌ中可以看出．在配电线路的不同点发生短 路时．电动机向短路点反馈电流峰值的大小是不一样 的，短路点离电动机越远．反馈电流峰值越小。表２ 给出了配电系统分别在配电线路首端（故障点１）和 配电线路末端（故障点２）发生ｉ相短路时，１６０ ｋＷ 电动机反馈电流峰值、短路电流峰值及稳态短路电流 有效值。从表２中可以看出，单就电动机反馈电流而
Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｈｅ
ｐｅａｋ
ｖａｈｌｅ ｏｆ ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃＵｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ
摘要使用Ｍａｔｌａｂ软件从短路时刻、短路点、 电动机容量三个方面对三相短路时低压大功率异步电 动机向短路点反馈电流的影响进行仿真分析．并与计 算值进行比较．论证了对称短路时。电动机向短路．占’ 反馈短路电流的大小及变化规律。
关键词异步电动机三相短路反馈电流短 路电流峰值
断能力．应采用安装处预期短路电流周期分量的有效 值．当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路 电流的１％时．应计人电动机反馈电流的影响。下面 借助计算机仿真软件．对电动机向短路点反馈电流对 短路电流有哪些影响．影响的程度有多大．在计算短 路电流时应如何考虑等『ⅡＪ题做一分析。
２．００３ ｓ 一３ １５ｌ ３ ４８７ —２０１３ －３ ５３０ ３ ８９２ －１ ９５５
２．００４ ｓ 一２６７６ ３ ６０８ ２ ５６９ －２ ９７７ ４０５６ —２ ７００
２．００５ ｓ 一２０８５ ３ ５３５ －３ ０５７ －２ ３０５ ３ ９８０ —３ ３２９
２．００６ ｓ
ｌ ８１５ ３ ２８４ －３４００ ｌ ７２７ ３ ６７７ —３ ７８６
２６００ ２０８０ ｌ ５６０ ｌ ０４０
５２０ Ｏ
’＼ ‘＼
＼
＼
＼
＼
＼ ＼
、
＼
＼
。＼ 、
－５２０
ｌ
２
３
４
５
６
７
８
９
ｌＯ
ｔ（ｍｓ）
图４ 电动机机端三相短路反馈电流第一波峰值 Ｆｉｇ．４ １１ｈ。ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｗａｖｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｓｈｏｒｔ．ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ－ｓｉｄｅ
降螋铲×１００％＝１ 言，随短路点远离电动机变化不是很大．１００ ｍ时下 １．３８％，２００ ｍ时下降
—４—０５彳８碡－虿３—１２３×１００％＝２３．０４％。但由于随短路点
远离电动机机端而靠近电源端．短路电流会迅速增
１２
■—■Ｍａ—ｒ．２—０１０万型：方垫一数Ｎｏ一．据３
二４ １６０ 斌３６４０
岳Ｉ ３ １２０
ｃａｐａｃｉｔｙ ｗｈｅｎ ｆａｃｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ．Ｔｈｅ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｈｏｒｔ。ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｔ
２．００７ ｓ
２４１４
２ ８５４
３ ５７３
２４６１
３ １７８ —４０２９
２．００８ ｓ
２ ８８４ ２ ２９７ —３ ５８４ ３ １３７
２ ５３７ —４０３２
２．００９ ｓ
３ ３７７ ｌ ６６３ －３ ３８３ ３ ６５６ １ ８２７ —３ ８０２
２．０１０ ｓ
３ ５４０ 一２ ２１５ —３ ０１０ ３ ９７３ —２ ２１２ —３’３６４
１
ｉ 名１ ５
（３）
Ｚ
式中：以——相电压； Ｐ——极对数： Ａ。——过载倍数； 胞——额定转矩。
ｃ．励磁电抗石。：
‰２面３／ｏ０．９５（，ｌ。
（４）
Ｖ
式中：如——空载电流。
ｄ．转子电阻归算值ｒＺ：
万方数据
示波器
示波器１
三相电流测量２
图３ 与系统对应的Ｍａｔｌａｂ仿真模型图 Ｆｉｇ．３ Ｍａｔｌａｂ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｄｉａｇｒａｍ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
异步电动机等值电路见图１。其电路方程如下：
Ｕｌ＝一Ｅｌ＋，ｌ（ｒＩ＋ｊ菇１）
Ｅ１＝Ｅ／
随着我国经济建设的不断发展和人民生活水平的 不断提高．低压大功率异步电动机使用越来越广泛． 对建筑配电设计计算提出了一些特殊的要求。例如在 对有低压大功率异步电动机的配电回路进行短路电流 计算时．应考虑电动机向短路点反馈短路电流的影 响。《三相交流系统短路电流计算》（ＧＢ／Ｔ １５５４４ —１９９５）第１２．２条指出．高压电动机和低压电动机
１０
●—■●Ｍ篓踅万塑型方：数垫堂据：！
式（１）及图ｌ中的Ｅ。为定子绕组的感应电势， ５为转差率，，。为定子电流，，：为转子电流，，。为励 磁电流，Ｕ。。为电源电压，ｒＩ为定子电阻，菇。为定子电 抗，ｒｍ为励磁电阻，髫。为励磁电抗，ｒ；为转子电阻 归算值，ｘ』为转子电抗归算值。
由等值电路图可以看出．电动机正常运行时， 矾为电源电压，转速为额定转速，转差率ｓ很小，接 近于零：若此时电动机机端短路，等值电路中Ｕ。为 零。且电动机在负载转矩的作用下减速，当转差率ｓ 上升至ｌ时电动机转速为零。在此期间，电动机将向 短路点反馈电流．这个电流的大小、变化规律、衰减 速度将会对短路点的短路电流产生影响。 １．２仿真模型与电路参数计算
短路时刻
线路首端－ｔ相短路
Байду номын сангаас
线路末端一楣短路
Ｌ１
Ｌ２
Ｌ３
Ｌｌ
Ｌ２
Ｌ３
２ｓ
一３ ５４０ ２ ２１５ ３ ＯｌＯ 一３ ９７３ ２ ２１２ ３ ３６４
２．００ｌ ｓ －３５９６ ２７５４
２４８５ －－４０５８ ２９２５
２７６３
２．００２ ８ —３ ４６７ ３ ２０４
１ ８７２ －３ ９０４ ３ ５０４ ２０６６
＿＿＿建·裁ｌ－—电—乞—。＇ＢＵＩＬＤＩＮＧ
２口１口年第３期ｌ ＥＬＥＣＴＲＩＣｌＴＹ
低压大功率异步电动机对三相短路电流的影响
高满茹（北京联合大学师范学院，北京市 １０００１１）
Ｔｈｅ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ Ｈｉｇｈ·ｐｏｗｅｒ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒｓ ０１１ Ｔｈｒｅｅ··ｐｈａｓｅ ＳｈｏＭ－ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ