同步发电机三相短路仿真分析.pdf

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 励磁绕组中流过大小不变的直流电流 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 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 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 0 和 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 为强制 分量 3 励磁绕组磁链守恒 定子 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 并导致在定子回路中感应出一个附加的基频电流分量 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 iw 将随 ifa以定子绕组短接时 励磁绕组的时间常数Td 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 和 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 和两倍同步频 率的交流电流 2 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 短路过程中 将随 2 以励磁绕组短接时定子绕组的时间常 数 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 仿真之前 进行初始化 同步 发电机的机械功率和励磁电压自动设为 3 19413e 08W 和 254615V 2 2 仿真结果 A 相电流波形图 稳态时 A 相电流正弦变化 幅值为 1650A 在 0 05s 时 发生三相短路 A 相电流波形上移 最大幅值为 3300A 左右 然后逐步下移 0 4s 时 短路故障 切除 A 相电流回复稳态运行 B 相电流波形图 稳态时 B 相电流正弦变化 幅值为 1650A 在 0 05s 时 发生三相短路 B 相电流波形下移 最大幅值为 2600A 左右 然后逐步上移 0 4s 时 短路故障 切除 B 相电流回复稳态运行 C 相电流波形图 稳态时 C 相电流正弦变化 幅值为 1650A 在 0 05s 时 发生三相短路 C 相电流波形下移 最大幅值为 2800A 左右 然后逐步上移 0 4s 时 短路故障 切除 C 相电流回复稳态运行 ABC 相电压波形图 三相短路期间 各相电压均为 0 A 相电流序分量图 电磁功率 初始化后机械功率为 3 19413e 08W 稳态时 同步发电机的电磁功率与机械 功率平衡 0 05s 三相短路时 电磁功率开始振荡 并趋近于 0 0 4s 故障切除 后 电磁功率恢复 发电机转速 同步发电机参数设置为 频率 60Hz 极对数 2 故额定转速为60 2 2 188 4 稳态时 发电机转速为 189 5 在 0 05s 时发生三相短路 电磁功率逐步 振荡减小