东北电力大学电机学ppt讲义第21章.ppt

1、21-1 超导回路的磁链守恒原理 21-2 三相突然短路的分析 21-3 同步电机的瞬变参数 21-4 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,第21章 同步发电机的突然短路,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

2、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

3、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

4、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

5、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