东北电力电机学ppt讲义第21章.ppt

21 1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电流 其峰值可达额定电流的10倍以上 因而将在电机内产生很大的电磁力和电磁转矩 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 2 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 4 转子上只有励磁绕组 超导回路磁链守恒原理 磁极相对于回路移动在回路中感应电动势 感应电流产生一自感磁链和自感电动势 电压方程为 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 1 定子各相绕组的磁链 21 2三相突然短路的分析 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 2 定子三相绕组磁链初值 励磁绕组磁链初始值为 3 突然短路后定子各相绕组的磁链 4 定子三相短路电流产生的与定子绕组交链的磁链 5 定子各相绕组的电流 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 突然短路后转子励磁绕组总电流的表达式为 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 21 3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 直轴超瞬态主磁路磁阻 直轴超瞬态主磁路磁导 直轴超瞬态磁路磁导 超瞬变电抗对应的等效电路 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 图21 7瞬态磁场和瞬态电抗 直轴瞬态主磁路磁阻 直轴瞬态主磁路磁导 直轴瞬态磁路磁导 直轴瞬态电抗 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 1 各个电流分量 定子短路电流周期性分量 定子短路电流非周期性分量 励磁绕组电流的周期性分量 三相短路电流的稳态分量 2 突然短路电流的衰减变化规律 1 瞬态分量 与励磁绕组中非周期分量对应 2 稳态分量 与恒定励磁电流对应 3 非周期分量 与励磁绕组中的周期性分量对应 稳态分量不衰减 与对应的瞬态分量衰减时间常数为 与对应的非周期分量衰减时间常数 1 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 定子绕组短路时 励磁绕组的等效电抗 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 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 为超瞬变分量 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 最大冲击电流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 可达实际衰减后最大电流也可达到 图21 11三相突然短路 无阻尼绕组 的A相电流波形 图21 12三相突然短路 有阻尼绕组 的A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 一 冲击电流产生的电磁力作用对定子绕