电机学第21章课件.ppt

1、21-1 超导回路的磁链守恒原理超导回路的磁链守恒原理21-2 三相突然短路的分析三相突然短路的分析21-3 同步电机的瞬变参数同步电机的瞬变参数21-4 突然短路电流及衰减时间常数突然短路电流及衰减时间常数21-5 突然短路对电机的影响突然短路对电机的影响 第第21章章 同步发电机的突然短路同步发电机的突然短路21-1 超导回路的磁链守恒原理超导回路的磁链守恒原理 同步发电机突然短路时，各绕组中会出现很大的冲击同步发电机突然短路时，各绕组中会出现很大的冲击电流，其峰值可达额定电流的电流，其峰值可达额定电流的10倍以上，因而将在电机倍以上，因而将在电机内产生很大的电磁力和电磁转矩。内产生很大的

2、电磁力和电磁转矩。为了简化分析，作如下假设：为了简化分析，作如下假设：(1)在整个电磁瞬态过程中，转子转速保持同步转速；在整个电磁瞬态过程中，转子转速保持同步转速；(2)不计磁路饱和，因而可利用叠加原理来分析；不计磁路饱和，因而可利用叠加原理来分析；(3)突然短路前，发电机空载运行；突然短路前，发电机空载运行；(4)转子上只有励磁绕组。转子上只有励磁绕组。超导回路磁链守恒原理超导回路磁链守恒原理 磁极相对于回路移动磁极相对于回路移动在回路中在回路中感应电动势感应电动势 tedd00teiLdd aaaa感应电流产生一自感磁链感应电流产生一自感磁链和自感电动势和自感电动势 电压方程为电压方程为

3、0dddda0ritt0)(dda0t超导体闭合回路的总磁链保持不变。超导体闭合回路的总磁链保持不变。图21-1 超导闭合回路磁链守恒一、三相突然短路过程中的基本电磁关系一、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定子各相绕组的磁链21-2 三相突然短路的分析三相突然短路的分析图21-2 同步发电机简图和定子绕组磁链图转子磁场产生的定子三相绕组磁链转子磁场产生的定子三相绕组磁链)120sin()120sin(sinmC0mB0mA0tttmmCmmBmA866.0sin120)0(866.0)120sin()0(0sin0)0(2.定子三相绕组磁链初值定子三相绕组磁链初值 励磁绕

4、组磁链初始值为励磁绕组磁链初始值为 ff0f)0(3.突然短路后定子各相绕组的磁链突然短路后定子各相绕组的磁链mm866.0866.00CiC0BiB0AiA04.定子三相短路电流产生的与定子绕组交链的磁链定子三相短路电流产生的与定子绕组交链的磁链 CCzmmCiBBzmmBiAAzmAi)120(sin866.0)120-sim(866.0tsin-0tt5定子各相绕组的电流定子各相绕组的电流mmCzCCmmBzBBmAzAA0.866)120sin(0.866)120sin(0sinItIiiiItIiiitIiii图21-3 超导回路的定子各相绕组磁链6转子绕组的电流和磁链转子绕组的电流

5、和磁链 突然短路后转子励磁绕组总电流的表达式为突然短路后转子励磁绕组总电流的表达式为 ffzf0fiiIififfafadfffzff)0()0()0(对应的磁链是对应的磁链是图21-4 超导回路的转子各绕组磁链1超瞬态磁场和超瞬态电抗超瞬态磁场和超瞬态电抗addadd，对应的磁导为稳态时直轴同步电抗XXXaddadd ，对应的磁导为突短时直轴超瞬态电抗XXXaqqXXX 突短时交轴瞬态电抗21-3 同步电机的瞬变参数同步电机的瞬变参数图21-5 有阻尼绕组同步发电机突然短路后各绕组的磁链分布图 a)各绕组绕组的磁链情况;(b)合成磁场的分布dDRRRR fadaddD1111fadadd直轴

6、超瞬态主磁路磁阻直轴超瞬态主磁路磁阻直轴超瞬态主磁路磁导直轴超瞬态主磁路磁导直轴超瞬态磁路磁导直轴超瞬态磁路磁导dDdDfadadRRRR 111111fadad超瞬变电抗对应的等效电路dDXXXXXXX1111fadadd 直轴超瞬态电抗直轴超瞬态电抗图21-6 超瞬变电抗对应的等效电路2瞬态磁场和瞬态电抗瞬态磁场和瞬态电抗addadd，对应的磁导为稳态时直轴同步电抗XXXaddadd，对应的磁导为突短时直轴瞬态电抗XXXaqaqqXXXXX突短时交轴瞬态电抗 图 21-7 瞬态磁场和瞬态电抗瞬态磁场和瞬态电抗fadadRRRfadfadadad11111RRRfadadd111直轴瞬态主磁

7、路磁阻直轴瞬态主磁路磁阻直轴瞬态主磁路磁导直轴瞬态主磁路磁导直轴瞬态磁路磁导直轴瞬态磁路磁导直轴瞬态电抗直轴瞬态电抗fadadd111XXXXXX超瞬变电抗对应的等效电路 图21-8 瞬变电抗对应的等效电路21-4 突然短路电流及其衰减时间常数突然短路电流及其衰减时间常数1各个电流分量各个电流分量定子短路电流周期性分量定子短路电流周期性分量)120sin()120sin(sinmCmBmAtIitIitIi定子短路电流非周期性分量定子短路电流非周期性分量 mmCzmmBzmAz866.0sin120866.0)120sin(0sin0IIiIIiIi励磁绕组电流的周期性分量励磁绕组电流的周期性

8、分量 tiicosfzf三相短路电流的稳态分量三相短路电流的稳态分量)120sin()120sin(sinmCmBmAtIitIitIi2突然短路电流的衰减变化规律突然短路电流的衰减变化规律mmmmCzCCmmmmBzBBmmmAzAA866.0)120sin()(866.0)120sin()(sin)(ItIIIiiiItIIIiiitIIIiii（1），瞬态分量，与励磁绕组中非周期分量，瞬态分量，与励磁绕组中非周期分量 对应；对应；mmIIfzi（2），稳态分量，与恒定励磁电流，稳态分量，与恒定励磁电流 对应；对应；mIf0I（3）非周期分量，与励磁绕组中的周期性分量）非周期分量，与励磁绕

9、组中的周期性分量 对应。对应。fifi稳态分量不衰减；与稳态分量不衰减；与 对应的瞬态分量衰减时间常数对应的瞬态分量衰减时间常数为为 ；与；与 对应的非周期分量衰减时间常数对应的非周期分量衰减时间常数 。fzidTaTadadde866.0)120sin()e(e866.0)120sin()e(sin)e(mmmmCzCCmmmmBzBBmmmAzAATtTtTtTtTtItIIIiiiItIIIiiitIIIiiiaarXT1）定子非周期电流衰减时间常数）定子非周期电流衰减时间常数 3.衰减时间常数2）励磁绕组非周期电流和定子电流瞬态分量衰减的时间常数）励磁绕组非周期电流和定子电流瞬态分量衰

10、减的时间常数 ddfdfdfffdXXTXrXXrXT2qdxxx 22qdqdaLLxxxL 定子绕组短路时，励磁绕组的等效电抗定子绕组短路时，励磁绕组的等效电抗ddfadadadfadff111)(111XXXXXXXXXXXXXX图21-9 励磁绕组中非周期性电流的磁场和等效电路3）阻尼绕组电流的衰减时间常数）阻尼绕组电流的衰减时间常数DDddrxT fadDdDd1111xxxxx 图21-10 阻尼绕组中非周期性电流的磁场和等效电路4.三相突然短路电流三相突然短路电流 addadddde866.0)120sin()e(e)(e866.0)120sin()e(e)(sin)e(e)(m

11、mmmmmCmmmmmmBmmmmmATtTtTtTtTtTtTtTtItIIIIIiItIIIIIitIIIIIi 为超瞬变分量，为超瞬变分量，；是直轴阻尼绕组是直轴阻尼绕组非周期电流和定子电流超瞬态分量衰减的时间常数。非周期电流和定子电流超瞬态分量衰减的时间常数。mmII d0m2XEI dT 最大冲击电流最大冲击电流 某相交链的磁链达正最大值时短路，若不某相交链的磁链达正最大值时短路，若不考虑衰减，经过半个周期后最大冲击电流为考虑衰减，经过半个周期后最大冲击电流为 ，可达实，可达实际衰减后最大电流也可达到际衰减后最大电流也可达到 。m2I m)9.18.1(I 图图21-11 三相突然短

12、路（无阻尼绕组）的三相突然短路（无阻尼绕组）的A相电流波形相电流波形 图图21-12 三相突然短路（有阻尼绕组）的三相突然短路（有阻尼绕组）的A相电流波形相电流波形 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。21-5 突然短路对同步发电机的影响突然短路对同步发电机的影响 一、冲击电流产生的电磁力作用一、冲击电流产生的电磁力作用 对定子绕组的端接部分产生危险的应力对定子绕组的端接部分产生危险的应力 二、突然短路时的电磁转矩二、突然短路时的电磁转矩 其值达到额定转矩的其值达到额定转矩的12倍以上倍以上 三、突然短路的发热现象三、突然短路的发热现象 突然短路使各绕组都出现较大的过电流，突然短路使各绕组都出现较大的过电流，使铜损耗骤增使铜损耗骤增