電機(jī)的暫態(tài)問題.ppt

3 0緒論3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍? 2變壓器的暫態(tài)過程3 3同步發(fā)電機(jī)的突然短路 電機(jī)的暫態(tài)問題 3 0緒 1 什么是暫態(tài) 1 4 什么是穩(wěn)態(tài) 系統(tǒng)從一個穩(wěn)定狀態(tài)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程例如 同步發(fā)電機(jī)的短路 變壓器的合閘 甚至感應(yīng)電動機(jī)調(diào)速等 3 0緒 2 研究暫態(tài)穩(wěn)態(tài)的方法 2 4 A 超導(dǎo)回路磁鏈?zhǔn)睾阍?物理方法 B 求解微分方程法 數(shù)值方法 3 什么是磁鏈 磁場交鏈線圈回路的多少就是磁鏈 磁鏈表達(dá) 3 4 3 什么是磁鏈 磁場交鏈線圈回路的多少就是磁鏈 磁鏈表達(dá) 變化的磁鏈引起感應(yīng)電勢運(yùn)動電勢 由于磁場運(yùn)動在線圈中引起的電勢變壓器電勢 磁場不動但磁場大小 If變化 變化而在線圈中引起的電勢自感電勢 線圈本身的電流變化在線圈中引起的電勢 3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?超導(dǎo)回路的磁鏈 電動勢和電流 1 4 外磁場變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 自感電動勢 N S 3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?超導(dǎo)回路的磁鏈?zhǔn)睾鉷239 2 4 回路電壓平衡方程 回路磁鏈性質(zhì) 說明無論外部從磁場交鏈線圈的磁鏈如何變化 由感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁鏈均會恰好抵消這種變化 超導(dǎo)磁鏈?zhǔn)睾?3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?超導(dǎo)磁鏈?zhǔn)睾憷?1 4 由于超導(dǎo)R 0 故ia不會消耗能量 永不衰減地流動下去 實際上就將磁極運(yùn)動的機(jī)械能變?yōu)殡娔艽鎯υ诹司€圈a中 這就是所謂的 超導(dǎo)儲能 的原理 3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?普通線圈電流和磁鏈的衰減 3 4 感應(yīng)電流的衰減 衰減時間常數(shù) 回路磁鏈的衰減 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量自由分量 3 1超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍?用磁鏈?zhǔn)睾惴治鲭姍C(jī)瞬變過程的基本思路 4 4 利用瞬變發(fā)生的那一瞬間假設(shè)R 0 繞組磁鏈?zhǔn)睾?可確定瞬變過程的各繞組磁鏈初值和電流初值 通過分析各繞組電流的衰減模式 在確定電流和磁鏈的衰減時間常數(shù)后 得到電流和磁鏈隨時間變化的暫態(tài)表達(dá)式 3 2 1空載合閘到電網(wǎng)3 2 2二次側(cè)突然短路 3 2變壓器的暫態(tài)過程 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 空載合閘到電網(wǎng)示意圖p71磁鏈?zhǔn)睾?1 8 電源電壓 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 合閘后的電壓平衡方程 2 8 忽略電阻后 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 合閘后的磁鏈 3 8 由于合閘瞬間磁鏈?zhǔn)睾?得 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 合閘后的磁鏈 續(xù) 4 8 說明合閘瞬間t0 時刻的磁鏈或磁通大小與合閘初始條件有關(guān) t0 時刻 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量自由分量直流分量 直流分量隨時間衰減 穩(wěn)態(tài)分量隨時間穩(wěn)定變化 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 如果短路瞬間時 90 電壓為最大值時刻合閘 5 8 此時不發(fā)生瞬變過程 直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 磁通為穩(wěn)態(tài)磁通 一次側(cè)電流為穩(wěn)態(tài)空載電流 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 如果短路瞬間時 0 電壓大小為0時刻合閘 6 8 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量自由分量 不衰減 則衰減 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 如果短路瞬間時 0 電壓為0時刻合閘 6 8 瞬變過程中 合閘后半個周期時 磁通可達(dá)穩(wěn)態(tài)分量最大值的兩倍 激磁電流峰值可達(dá)正常空載電流的100倍以上 也可由求得電流 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 磁通和電流的衰減P72T2 39 7 8 一般小容量變壓器衰減得快 經(jīng)幾個周期就基本達(dá)到穩(wěn)態(tài) 大型變壓器衰減慢 有的甚至可延續(xù)幾十秒 衰減時間常數(shù) L1為一次側(cè)繞組的全電感 3 2 1變壓器空載合閘到電網(wǎng) 小結(jié) 8 8 空載合閘到電網(wǎng)的時機(jī)會影響沖擊電流的大小 空載合閘電流對變壓器的直接危害不大 但可能引起過流保護(hù)裝置動作 從而合不上閘 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 分析二次側(cè)突然短路的意義 1 13 當(dāng)變壓器的一次側(cè)接在額定電壓的電網(wǎng)上 二次側(cè)不經(jīng)過任何阻抗突然短接 從發(fā)生短路到斷路器跳閘需要一定的時間 在此期間 變壓器繞組要承受短路電流的沖擊 其幅值往往超過穩(wěn)態(tài)短路電流 很容易損壞變壓器 設(shè)計 制造時應(yīng)予以充分考慮 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路微分方程 短路后的回路方程 2 13 短路電感 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 短路電流表達(dá)式 3 13 突然短路電流的穩(wěn)態(tài)分量 突然短路電流的暫態(tài)分量 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量自由分量直流分量 就是穩(wěn)態(tài)短路電流 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 確定穩(wěn)態(tài)短路電流Ik有效值 4 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 確定短路時的一次側(cè)功率因數(shù)角 5 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 確定暫態(tài)分量衰減時間常數(shù) 6 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 確定微分常數(shù)C 7 13 一般在突發(fā)短路之前 變壓器已帶上負(fù)載 但由于負(fù)載電流比短路電流小得多 可忽略負(fù)載電流 即認(rèn)為短路前變壓器是空載 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 最后短路電流表達(dá)式 8 13 穩(wěn)態(tài)分量 暫態(tài)分量 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 90 時 短路時刻 電壓為最大值 9 13 此時短路電流暫態(tài)分量為0 不發(fā)生瞬變過程 直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 0時 短路時刻 電壓為0時刻 10 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 突然短路電流最大值出現(xiàn)在短路后半個周期時刻 t 11 13 大型變壓器ky 1 7 1 8中小型變壓器ky 1 2 1 4 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 突然短路電流最大值 標(biāo)幺值 12 13 3 2 2變壓器二次側(cè)突然短路 突然短路時的電磁力 13 13 13 13 3 2變壓器暫態(tài)過程思考題及作業(yè) 13 13 3 2變壓器暫態(tài)過程思考題及作業(yè) 3 3 1概述3 3 2電樞繞組的磁鏈3 3 3短路電流及其衰減3 3 4突然短路的影響 3 3同步發(fā)電機(jī)的突然短路 3 3 1同步發(fā)電機(jī)突然短路概述 基本特點(diǎn) 1 2 電樞繞組 勵磁繞組 阻尼繞組中的電流要相互影響 突然短路瞬間 由于時間很短 能量損失不多 可認(rèn)為磁鏈?zhǔn)睾?隨著時間推移 能量損失上升為主要矛盾 電流中的自由分量要衰減 3 3 1同步發(fā)電機(jī)突然短路概述 基本假設(shè) 2 2 突然短路前 發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行 短路發(fā)生在機(jī)端 且為三相同時短路 短路后轉(zhuǎn)速仍為同步速度 突然短路前后勵磁電流相同 磁路不飽和 可用疊加原理 3 3 2 1短路前的磁鏈3 3 2 2短路后的磁鏈 3 3 2短路前后電樞繞組的磁鏈 3 3 2 1短路前的磁鏈 空載磁場 1 3 3 3 2 1短路前的磁鏈 空載磁鏈表達(dá)式 2 3 3 3 2 1短路前的磁鏈 空載穩(wěn)態(tài)的時 空矢量圖 3 3 3 3 2 2短路后的磁鏈 發(fā)生短路時的轉(zhuǎn)子位置和時 空矢量圖 1 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 短路瞬間的磁鏈初值 2 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 忽略繞阻電阻 短路后的磁鏈 3 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 忽略繞阻電阻 短路電流產(chǎn)生的磁鏈 4 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 短路電流產(chǎn)生磁鏈的非周期分量 5 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 短路電流產(chǎn)生磁鏈的周期分量 6 7 3 3 2 2短路后的磁鏈 短路后任意時刻的時 空矢量圖 7 7 3 3 3 1短路電流的初值3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù)3 3 3 3短路電流的衰減 3 3 3電樞短路電流及其衰減 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路電流的兩個分量 1 10 周期性分量 又稱交流分量 產(chǎn)生電樞磁鏈的周期性分量 非周期性分量 又稱直流分量 產(chǎn)生電樞磁鏈的非周期性分量 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路電流周期性分量的特點(diǎn) 2 10 電樞突然短路電流的周期性分量是用于抵消勵磁磁鏈的 而勵磁磁場以同步速度旋轉(zhuǎn) 勵磁磁密沿氣隙按正弦規(guī)律分布 因此 三相突然短路電流周期分量所產(chǎn)生的磁動勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢 其磁密在空間按正弦規(guī)律分布 三相突然短路電流周期性分量應(yīng)當(dāng)是三相對稱的電流 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路后的時 空矢量圖 3 10 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路后的磁場分布示意圖 4 10 3 3 3 1電樞短路電流的初值 短路后的電樞磁通的路徑 5 10 直軸電樞磁通 3 3 3 1電樞短路電流的初值 直軸電樞磁通對應(yīng)的磁導(dǎo)與電抗 6 10 3 3 3 1電樞短路電流的初值 突然短路后的電壓平衡方程 7 10 直軸超瞬變電抗 3 3 3 1電樞短路電流的初值 超瞬變電流 8 10 瞬時值 幅值 3 3 3 1電樞短路電流的初值 突然短路電流周期性分量的初值 9 10 3 3 3 1電樞短路電流的初值 突然短路電流非周期性分量的初值 10 10 3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù) 直軸超瞬變電抗 1 4 3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù) 直軸瞬變電抗 2 4 3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù) 交軸超瞬變電抗 3 4 3 3 3 2同步電機(jī)的瞬態(tài)參數(shù) 交軸瞬變電抗 4 4 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞繞組突然短路電流非周期性分量的衰減 1 11 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞時間常數(shù) 2 11 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞突然短路電流周期性分量的衰減特點(diǎn) 3 11 隨轉(zhuǎn)子繞組的突然短路電流非周期分量的衰減而衰減 直軸阻尼繞組和勵磁繞組的突然短路電流非周期分量是同時開始衰減的 但前者的衰減速度更快 將電樞突然短路電流周期性分量的衰減過程分為兩個階段 超瞬變階段和瞬變階段 3 3 3 3短路電流的衰減 超瞬變狀態(tài)的初值和時間常數(shù) 4 11 3 3 3 3短路電流的衰減 直軸阻尼繞組電流非周期分量產(chǎn)生的磁場 5 11 3 3 3 3短路電流的衰減 D繞組電流非周期分量對應(yīng)的電抗 6 11 3 3 3 3短路電流的衰減 瞬變電流初值和時間常數(shù) 7 11 3 3 3 3短路電流的衰減 勵磁繞組電流非周期分量產(chǎn)生的磁場 8 11 3 3 3 3短路電流的衰減 勵磁繞組電流非周期分量對應(yīng)的等效電抗 9 11 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞繞組的穩(wěn)態(tài)短路電流 10 11 3 3 3 3短路電流的衰減 電樞繞組突然