暫態(tài)分析第一章

1、第一章第一章 同步發(fā)電機(jī)突然三相同步發(fā)電機(jī)突然三相 短路的分析短路的分析 n第一節(jié)第一節(jié) 短路的一般概念短路的一般概念 n第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物 理過(guò)程及短路電流的近似分析理過(guò)程及短路電流的近似分析n第三節(jié)第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的基本方程同步發(fā)電機(jī)的基本方程n第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)參數(shù)和等效電路同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)參數(shù)和等效電路 n第五節(jié)第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)參數(shù)和等效電同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)參數(shù)和等效電路路 n第八節(jié)第八節(jié) 自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)短路電流的影響自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)短路電流的影響 第一節(jié)第一節(jié) 短路的一般概念短路的一般概念 一、短路的原因、類型

2、及后果一、短路的原因、類型及后果短路短路:指一切指一切正常運(yùn)行情況之外正常運(yùn)行情況之外的相與相之間或相與的相與相之間或相與地之間發(fā)生連接的情況。地之間發(fā)生連接的情況。故障故障:一般指短路和斷線一般指短路和斷線,分為簡(jiǎn)單故障和復(fù)雜故障分為簡(jiǎn)單故障和復(fù)雜故障簡(jiǎn)單故障簡(jiǎn)單故障:電力系統(tǒng)中的單一故障電力系統(tǒng)中的單一故障復(fù)雜故障復(fù)雜故障:同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上故障同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上故障第一節(jié)第一節(jié) 短路的一般概念短路的一般概念 短路類型短路類型示示 意意 圖圖符號(hào)符號(hào)三 相 短 路兩相接地短路兩 相 短 路單相接地短路 3f1 , 1f2f 1f原因：原因：元件損壞，例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)、安

3、裝及元件損壞，例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良所帶來(lái)的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等；維護(hù)不良所帶來(lái)的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等；氣象條件惡化，例如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)氣象條件惡化，例如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等；作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等；人為事故，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉隔離開(kāi)關(guān)，線路或人為事故，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉隔離開(kāi)關(guān)，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；其他，例如鳥(niǎo)獸跨接在裸露的載流部分等。其他，例如鳥(niǎo)獸跨接在裸露的載流部分等。 第一節(jié)第一節(jié) 短路的一般概念短路的一般概念第一節(jié)

4、第一節(jié) 短路的一般概念短路的一般概念 后果：后果：（1 1）短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力損壞導(dǎo)體和電氣設(shè)備）短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力損壞導(dǎo)體和電氣設(shè)備（2 2）短路電流發(fā)熱燒毀設(shè)備短路電流發(fā)熱燒毀設(shè)備（3 3）短路電流產(chǎn)生電弧，引發(fā)火災(zāi)）短路電流產(chǎn)生電弧，引發(fā)火災(zāi)（4 4）短路引起電壓下降，影響用戶供電，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生電壓崩潰）短路引起電壓下降，影響用戶供電，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生電壓崩潰（5 5）短路會(huì)破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，造成大面積停電）短路會(huì)破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，造成大面積停電（6 6）不對(duì)稱短路產(chǎn)生零序電流，干擾通訊線路）不對(duì)稱短路產(chǎn)生零序電流，干擾通訊線路（7 7）不對(duì)稱短路產(chǎn)生的負(fù)序電流損害電機(jī)）不對(duì)稱短路產(chǎn)

5、生的負(fù)序電流損害電機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 短路的一般概念短路的一般概念 二、短路計(jì)算的作用和若干簡(jiǎn)化假設(shè)二、短路計(jì)算的作用和若干簡(jiǎn)化假設(shè)作用：作用：（1 1）選擇電氣設(shè)備）選擇電氣設(shè)備（2 2）合理配置繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)）合理配置繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)（3 3）在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)電氣主接線時(shí)，確定是否需要采取限制）在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)電氣主接線時(shí)，確定是否需要采取限制短路電流的措施短路電流的措施（4 4）進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、研究短路對(duì)用戶工作的影響）進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、研究短路對(duì)用戶工作的影響第一節(jié)第一節(jié) 短路的一般概念短路的一般概念 假設(shè)：假設(shè)：（1 1） 忽略磁路飽和、磁滯、渦流等

6、的影響忽略磁路飽和、磁滯、渦流等的影響（2 2）電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分別相對(duì)于直軸和交軸對(duì)稱）電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分別相對(duì)于直軸和交軸對(duì)稱（3 3）定子的三相繞組的空間位置互差）定子的三相繞組的空間位置互差120120電角度，在結(jié)構(gòu)上電角度，在結(jié)構(gòu)上完全相同，它們均在氣隙中產(chǎn)生正弦分布的磁動(dòng)勢(shì)。完全相同，它們均在氣隙中產(chǎn)生正弦分布的磁動(dòng)勢(shì)。（4 4）電機(jī)空載、轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的磁動(dòng)勢(shì)在定子）電機(jī)空載、轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的磁動(dòng)勢(shì)在定子繞組所感應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)是時(shí)間的正弦函數(shù)繞組所感應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)是時(shí)間的正弦函數(shù)（5 5）定子和轉(zhuǎn)子的槽和通風(fēng)溝不影響定子和轉(zhuǎn)子的電感）定子和轉(zhuǎn)子的槽和通風(fēng)溝不影響定

7、子和轉(zhuǎn)子的電感第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-1-1 在分析在分析無(wú)限大功率電源無(wú)限大功率電源供電的系統(tǒng)發(fā)生三相對(duì)稱短供電的系統(tǒng)發(fā)生三相對(duì)稱短路時(shí)，認(rèn)為路時(shí)，認(rèn)為電源電壓的幅值和頻率均保持不變電源電壓的幅值和頻率均保持不變。 但是實(shí)際上三相電路中發(fā)生短路時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部也但是實(shí)際上三相電路中發(fā)生短路時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部也發(fā)生暫態(tài)過(guò)程，因而并不能保持其端電壓和頻率不發(fā)生暫態(tài)過(guò)程，因而并不能保持其端電壓和頻率不變變 在分析發(fā)電機(jī)附近的短路過(guò)程中，一般情況下需計(jì)在分析發(fā)電機(jī)附近的短路過(guò)程中，一般情況下需計(jì)及及發(fā)電機(jī)中的暫

8、態(tài)過(guò)程發(fā)電機(jī)中的暫態(tài)過(guò)程。無(wú)窮大電源三相短路電流波形：n注：注：本節(jié)的討論不是在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)本節(jié)的討論不是在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而只是在實(shí)測(cè)短路電流波形上進(jìn)行的，而只是在實(shí)測(cè)短路電流波形的基礎(chǔ)上，應(yīng)用同步電機(jī)的的基礎(chǔ)上，應(yīng)用同步電機(jī)的雙雙反應(yīng)原理反應(yīng)原理和和超導(dǎo)體閉合回路的磁鏈?zhǔn)睾阍沓瑢?dǎo)體閉合回路的磁鏈?zhǔn)睾阍?，?duì)，對(duì)短路后的物理過(guò)程和短路電流的表達(dá)式短路后的物理過(guò)程和短路電流的表達(dá)式作近似分析。作近似分析。超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍沓瑢?dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍碓诖艌?chǎng)中的超導(dǎo)體回路短路后，無(wú)論交鏈在磁場(chǎng)中的超導(dǎo)體回路短路后，無(wú)論交鏈回路的外磁場(chǎng)如何變化，任何瞬間的總磁回路的外磁場(chǎng)如何變化

9、，任何瞬間的總磁鏈等于短路前瞬間的磁鏈值不變超鏈等于短路前瞬間的磁鏈值不變超導(dǎo)磁鏈?zhǔn)睾?。?dǎo)磁鏈?zhǔn)睾恪? ( 0 )0ecia(t)1( ) tae雙反應(yīng)原理： 考慮到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞考慮到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來(lái)處理，反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來(lái)處理，然后進(jìn)行疊加的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。然后進(jìn)行疊加的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。aadaqFFF同步發(fā)電機(jī)外觀磁路部分第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-2-2短路條件：短路條件： （1）同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁電流

10、同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁電流;(2);(2)定子回路開(kāi)路即空定子回路開(kāi)路即空載載;(3);(3)定子三相繞組端部突然三相短路定子三相繞組端部突然三相短路 假設(shè)：假設(shè)：（1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保持同步轉(zhuǎn)速，即頻率保持恒定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保持同步轉(zhuǎn)速，即頻率保持恒定 （2 2）短路后勵(lì)磁電壓不變（即不考慮強(qiáng)行勵(lì)磁）短路后勵(lì)磁電壓不變（即不考慮強(qiáng)行勵(lì)磁）（3 3）短路發(fā)生在出線端口。（如果發(fā)生在出線外，可以把）短路發(fā)生在出線端口。（如果發(fā)生在出線外，可以把外電路的阻抗看做發(fā)電機(jī)阻抗的一部分）外電路的阻抗看做發(fā)電機(jī)阻抗的一部分）一、空載時(shí)突然三相短路的電流波形一、空載時(shí)突然三相短路的電流波形t=0 時(shí)時(shí)A相電流實(shí)測(cè)波形

11、：相電流實(shí)測(cè)波形：t=0 時(shí)勵(lì)磁電流實(shí)測(cè)波形時(shí)勵(lì)磁電流實(shí)測(cè)波形:第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析的物理過(guò)程及短路電流近似分析-3 。 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析的物理過(guò)程及短路電流近似分析-4第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-5-5二、空載短路電流分析二、空載短路電流分析思路：思路：六個(gè)回路：六個(gè)回路： 定子（定子（a、b、c 3個(gè)）個(gè)） 勵(lì)磁回路勵(lì)磁回路 阻尼繞組（阻尼繞組（D、

12、Q 2個(gè)）個(gè)）先分析磁鏈，再分析對(duì)應(yīng)電流先分析磁鏈，再分析對(duì)應(yīng)電流假定正向的選取假定正向的選取1）定子磁鏈正方向：與定子電流產(chǎn)生的磁）定子磁鏈正方向：與定子電流產(chǎn)生的磁通方向相反；通方向相反；2）d軸的方向：與勵(lì)磁繞組電流的磁通方軸的方向：與勵(lì)磁繞組電流的磁通方向相同。向相同。主磁通主磁通空載磁場(chǎng)（短路前的磁鏈）snAXBYCZ0ff主磁通主磁通第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-6-6( (一一) )定子短路電流分量定子短路電流分量短路前主磁通交鏈定子繞組磁鏈：短路前主磁通交鏈定子繞組磁鏈：120cos120

13、coscos00c00b00a0注意：轉(zhuǎn)子以同步速 旋轉(zhuǎn)，所以 為時(shí)間的函數(shù)，即00t第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-7-7120cos120coscos0000c0000b0000attt120cos120coscos000c000b000a短路后主磁通交鏈定子繞組磁鏈：短路后主磁通交鏈定子繞組磁鏈：短路瞬間三相磁鏈的瞬時(shí)值：短路瞬間三相磁鏈的瞬時(shí)值：第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-8-8aibici短路后定子產(chǎn)生短路

14、電流，短路電流產(chǎn)生相應(yīng)磁鏈短路后定子產(chǎn)生短路電流，短路電流產(chǎn)生相應(yīng)磁鏈0c0cci0b0bbi0a0aai根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾阍碛校焊鶕?jù)磁鏈?zhǔn)睾阍碛校旱诙?jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-9-9磁鏈分析結(jié)論：磁鏈分析結(jié)論：短路后定子繞組含有兩個(gè)磁鏈短路后定子繞組含有兩個(gè)磁鏈 交流磁鏈、直流磁鏈交流磁鏈、直流磁鏈交流磁鏈交流磁鏈基頻交流電流基頻交流電流直流磁鏈直流磁鏈直流電流直流電流 + 2倍頻交流電流倍頻交流電流定子回路：定子回路：基頻交流電流基頻交流電流 直流電流直流電流 2 2倍頻交流電流倍頻交流電流第二節(jié)第二節(jié)

15、 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-10-10tRRr0202sintaRaRi0202sin( (二二) )勵(lì)磁回路電流分量勵(lì)磁回路電流分量第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-11-11短路前勵(lì)磁回路的勵(lì)磁電流為短路前勵(lì)磁回路的勵(lì)磁電流為0fi 突然短路后定子電流的電樞反應(yīng)將引起勵(lì)磁回路感生其他電流分量 短路后定子電流的電樞反應(yīng)將使勵(lì)磁回路感生其他電流分量短路后定子電流的電樞反應(yīng)將使勵(lì)磁回路感生其他電流分量 定子回路：定子回路：基頻交流電

16、流基頻交流電流 直流電流直流電流 2 2倍頻交流電流倍頻交流電流第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-12-12定子基頻交流電流定子基頻交流電流與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁回路感生附加直流電流分量勵(lì)磁回路感生附加直流電流分量磁鏈?zhǔn)睾愦沛準(zhǔn)睾愕诙?jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-13-13定子直流電流定子直流電流空間靜止磁場(chǎng)（與轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速為同步速）空間靜止磁場(chǎng)（與轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速為同步速）勵(lì)磁回路感生

17、基頻交流電流分量勵(lì)磁回路感生基頻交流電流分量磁鏈?zhǔn)睾愦沛準(zhǔn)睾愕诙?jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-14-14定子定子2倍頻交流電流倍頻交流電流2倍同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（與轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速為同步速）倍同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（與轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速為同步速）勵(lì)磁回路感生基頻交流電流分量勵(lì)磁回路感生基頻交流電流分量磁鏈?zhǔn)睾愦沛準(zhǔn)睾愕诙?jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-15-15勵(lì)磁回路：勵(lì)磁回路：勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 附加直流電流附加直流電流 基頻交流電流基頻交流

18、電流0fi（三）（三） 阻尼回路電流分量阻尼回路電流分量等效阻尼繞組等效阻尼繞組D：與勵(lì)磁繞組同軸向：與勵(lì)磁繞組同軸向等效阻尼繞組等效阻尼繞組Q：與勵(lì)磁繞組軸向垂直：與勵(lì)磁繞組軸向垂直D繞組：繞組：附加直流電流附加直流電流 基頻交流電流基頻交流電流Q繞組：繞組： 基頻交流電流基頻交流電流第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-16-16（四）（四） 定子、轉(zhuǎn)子回路電流分量對(duì)應(yīng)關(guān)系與衰減定子、轉(zhuǎn)子回路電流分量對(duì)應(yīng)關(guān)系與衰減定子：定子：基頻交流電流基頻交流電流 直流電流直流電流 2 2倍頻交流電流倍頻交流電流勵(lì)磁：勵(lì)磁

19、：勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 附加直流電流附加直流電流 基頻交流電流基頻交流電流D繞組：繞組：附加直流電流附加直流電流 基頻交流電流基頻交流電流Q繞組：繞組：基頻交流電流基頻交流電流第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-17-17定子：定子：基頻交流電流基頻交流電流 直流電流直流電流 2 2倍頻交流電流倍頻交流電流勵(lì)磁：勵(lì)磁：勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 附加直流電流附加直流電流 基頻交流電流基頻交流電流D繞組：繞組：附加直流電流附加直流電流 基頻交流電流基頻交流電流Q繞組：繞組：基頻交流電流基頻交流電流兩個(gè)衰減過(guò)程兩個(gè)衰減過(guò)程Td

20、d、Td d一個(gè)衰減過(guò)程一個(gè)衰減過(guò)程Ta a第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析物理過(guò)程及短路電流近似分析-18-18定子回路定子回路穩(wěn)態(tài)短路電流I基頻交流電流初始與穩(wěn)態(tài)值之差I(lǐng)-I直流電流ia二倍頻電流i2勵(lì)磁回路勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流if|0|自由直流電流ifa基頻交流電流if阻尼回路阻尼回路D D自由直流電流iDa基頻交流電流iD阻尼回路阻尼回路Q Q自由直流電流iQa0基頻交流電流iQ三、空載短路電流基頻交流分量的初始值三、空載短路電流基頻交流分量的初始值 和穩(wěn)態(tài)有效值和穩(wěn)態(tài)有效值(一) 穩(wěn)態(tài)值d0qdXEII0qE0fi對(duì)應(yīng)勵(lì)磁電流的

21、空載電動(dòng)勢(shì)有效值 dXaddXXX直軸同步電抗( (二二) ) 初始值初始值1.1.不計(jì)阻尼回路時(shí)基頻交流分量初始值不計(jì)阻尼回路時(shí)基頻交流分量初始值 I0fifai產(chǎn)生的主磁通 產(chǎn)生的主磁通增量 產(chǎn)生的定子漏 磁通 IIfaiI產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通 0fi產(chǎn)生的勵(lì)磁漏磁通 fai產(chǎn)生的勵(lì)磁漏磁通 I0fifai產(chǎn)生的主磁通 產(chǎn)生的主磁通增量 產(chǎn)生的定子漏 磁通 IfaiI產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通 0fi產(chǎn)生的勵(lì)磁漏磁通 fai產(chǎn)生的勵(lì)磁漏磁通 勵(lì)磁繞組磁鏈?zhǔn)睾銊?lì)磁繞組磁鏈?zhǔn)睾鉘f0產(chǎn)生空載電動(dòng)勢(shì) 0qEd0qdXEII0qEd0qdXEII00qqEE計(jì)算計(jì)算 困難困難 ffd0qdXEII產(chǎn)生空載電

22、動(dòng)勢(shì) fddXX0qEd0qdXEIIaddXXXRD 0Rf0磁通平衡關(guān)系磁通平衡關(guān)系 d0qdXEIIaddXXXdddXXX 2 2計(jì)及阻尼回路時(shí)基頻交流分量初始值計(jì)及阻尼回路時(shí)基頻交流分量初始值 I第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析后的物理過(guò)程及短路電流近似分析當(dāng)短路不是發(fā)生在發(fā)電機(jī)端，而是發(fā)生在外電路電抗X之后時(shí) dXXXd短路電流計(jì)算公式仍然適用，只是須對(duì)電抗進(jìn)行修正 dXXXddXXXd第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析后的物理過(guò)程及短路電流近似分析X當(dāng)很大時(shí)，顯然XXXX

23、XXXdddd0qdXEIId0qdXEIId0qdXEIIIII III fff變化過(guò)程變化過(guò)程第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析后的物理過(guò)程及短路電流近似分析四、空載短路電流的近似表達(dá)式四、空載短路電流的近似表達(dá)式( (一一) ) 基頻交流分量的近似表達(dá)式基頻交流分量的近似表達(dá)式基頻交流電流幅值基頻交流電流幅值 ddddd0qm1e11e112ddXXXXXEtITtTt 120cos120coscos00mpc00mpb00mpattItittItittIti三相交流基頻電流瞬時(shí)值三相交流基頻電流瞬時(shí)值 ( (二二) ) 全電流的近似

24、表達(dá)式全電流的近似表達(dá)式00ddddd0qacos1e11e112ddtXXXXXEiTtTt第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析后的物理過(guò)程及短路電流近似分析aecos20d0qTtXE第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析后的物理過(guò)程及短路電流近似分析五、負(fù)載時(shí)短路電流基頻交流分量初始值五、負(fù)載時(shí)短路電流基頻交流分量初始值1.1.不計(jì)阻尼回路：不計(jì)阻尼回路： d|0|q 0q 0q 0;ddIEXEUjx I近似用虛構(gòu)次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)代替暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)近似用虛構(gòu)次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)代替暫態(tài)電動(dòng)勢(shì) |0|d

25、|0|0|0|;dIEXEUjx In直軸暫態(tài)電抗fadd111XXXXdXXadXfXn交軸瞬變電抗qqaq11XXXX qXXaqX2.2.計(jì)及阻尼回路計(jì)及阻尼回路 qq|0|d 000j;qqddIEXEUjx Idd|0|q 0q 0q 0/ j;ddIEXEUjx I交軸次暫態(tài)電流和次暫態(tài)電勢(shì)：交軸次暫態(tài)電流和次暫態(tài)電勢(shì)： 直軸次暫態(tài)電流和次暫態(tài)電勢(shì)：直軸次暫態(tài)電流和次暫態(tài)電勢(shì)： d000jXIUE第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析后的物理過(guò)程及短路電流近似分析工程實(shí)用計(jì)算工程實(shí)用計(jì)算中用虛構(gòu)次暫中用虛構(gòu)次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)近似態(tài)電動(dòng)勢(shì)近

26、似計(jì)算次暫態(tài)電計(jì)算次暫態(tài)電流流 d0/ XEId/1XI01E 標(biāo)么值n直軸超瞬變電抗Dfadd1111XXXXX dX XadXfXDXn交軸超瞬變電抗Qaqq111XXXX qX XaqXQX第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的物理過(guò)程及短路電流近似分析后的物理過(guò)程及短路電流近似分析d0/ XEId0qdXEIId0qdXEIId0qXEI空載空載 負(fù)載負(fù)載 結(jié)論：結(jié)論：負(fù)載短路電流小于空載短路電流負(fù)載短路電流小于空載短路電流 負(fù)載短路電流與空載短路電流的比較負(fù)載短路電流與空載短路電流的比較 3.相量圖相量圖+qdEU rI jx IqjIxQE()ddqjIxx

27、qEUIddjIxqEUIdq+j()+j()qqqddqdqQdqEU rI jx Ijx IU rIjx IxxIExxI第三節(jié)第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的基本方程同步發(fā)電機(jī)的基本方程一、電壓方程和磁鏈方程一、電壓方程和磁鏈方程 1）定子繞組磁鏈正方向定子繞組磁鏈正方向：與各繞組軸線的正方向相同，與定子電流產(chǎn)生的磁通方向相反；定子繞組電流的正方向定子繞組電流的正方向：正電流產(chǎn)生負(fù)磁通定子繞組電壓的正方向定子繞組電壓的正方向：在定子回路中向負(fù)荷側(cè)觀察與電流的正方向相同。（按發(fā)電機(jī)慣例規(guī)定）磁鏈、電壓和電流參考正方向的選取磁鏈、電壓和電流參考正方向的選取2) 轉(zhuǎn)子磁鏈的正方向轉(zhuǎn)子磁鏈的正方向與與繞組的

28、軸線方向相同；繞組的軸線方向相同；轉(zhuǎn)子繞組電流方向轉(zhuǎn)子繞組電流方向：正：正電流產(chǎn)生正磁通；電流產(chǎn)生正磁通；轉(zhuǎn)子繞組電壓方向轉(zhuǎn)子繞組電壓方向： （勵(lì)磁繞組）電動(dòng)機(jī)（勵(lì)磁繞組）電動(dòng)機(jī)規(guī)律來(lái)定義，即向轉(zhuǎn)子規(guī)律來(lái)定義，即向轉(zhuǎn)子繞組側(cè)看去，與電流的繞組側(cè)看去，與電流的方向一致方向一致 阻尼繞組：阻尼繞組：電壓為電壓為0n定子繞組：n 勵(lì)磁繞組：n 直軸阻尼繞組：n 交軸阻尼繞組：ffffiRuDDDiR0QQQiR0aaaRiu各繞組的電壓方程：各繞組的電壓方程：Q.D.f.c.b.a.QDfcbaQDffcba0000iiiiiiRRRRRRuuuu電壓方程矩陣形式電壓方程矩陣形式:磁鏈方程磁鏈方程:

29、同步發(fā)電機(jī)中各繞組的磁鏈?zhǔn)怯杀纠@組的自感磁鏈和其同步發(fā)電機(jī)中各繞組的磁鏈?zhǔn)怯杀纠@組的自感磁鏈和其它繞組與本繞組間的互感磁鏈組合而成。它繞組與本繞組間的互感磁鏈組合而成。定子繞組的定子繞組的自感自感定子繞組間的互感定子繞組間的互感轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)子繞組的自感自感轉(zhuǎn)子繞組間的互感轉(zhuǎn)子繞組間的互感定轉(zhuǎn)子繞組間的互感定轉(zhuǎn)子繞組間的互感QDfcbaQQQDQfQcQbQaDQDDDfDcDbDafQfDfffcfbfacQcDcfcccbcabQaDbfbcbbbaaQaDafacabaaQDfcbaiiiiiiLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMML二、電感系數(shù)二、電感系數(shù)

30、 ( (一一) ) 定子各相繞組的自感系數(shù)定子各相繞組的自感系數(shù)ccbbLLLaa自感系數(shù)是自感系數(shù)是角的周期函數(shù)，其變化周期為角的周期函數(shù)，其變化周期為 4cos2cos420aalllL自感系數(shù)是自感系數(shù)是角的周期函數(shù)，其變化周期為角的周期函數(shù)，其變化周期為 2cos20aallL( (二二) ) 定子繞組間的互感系數(shù)定子繞組間的互感系數(shù)互感系數(shù)是互感系數(shù)是角的周期函數(shù)，其變化周期為角的周期函數(shù)，其變化周期為 1502cos902cos302cos20acca20cbbc20baabmmMMmmMMmmMM互感系數(shù)恒為負(fù)值互感系數(shù)恒為負(fù)值 ( (三三) ) 轉(zhuǎn)子上各繞組的自感系數(shù)和互感系數(shù)

31、轉(zhuǎn)子上各繞組的自感系數(shù)和互感系數(shù)轉(zhuǎn)子各繞組的自感、互感系數(shù)轉(zhuǎn)子各繞組的自感、互感系數(shù)為常數(shù)為常數(shù) DffDMMffLDDLQQL0QDDQQffQMMMM常數(shù)常數(shù)常數(shù)常數(shù)( (四四) ) 定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)120cos120coscosaffccfaffbbfaffaafmMMmMMmMM120cos120coscosaDDccDaDDbbDaDDaaDmMMmMMmMM定子各相繞組與勵(lì)磁繞組間的互感系數(shù)定子各相繞組與勵(lì)磁繞組間的互感系數(shù) 定子各相繞組與定子各相繞組與D繞組間的互感系數(shù)繞組間的互感系數(shù) 定子各相繞組與定子各相繞組與Q繞組間的互感系數(shù)繞組間的

32、互感系數(shù) 120sin120sinsinaQQccQaQQbbQaQQaaQmMMmMMmMM磁鏈方程磁鏈方程QDfcbaQQQDQfQcQbQaDQDDDfDcDbDafQfDfffcfbfacQcDcfcccbcabQbDbfbcbbbaaQaDafacabaaQDfcbaiiiiiiLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMML電感系數(shù)為常數(shù)電感系數(shù)為常數(shù) Q.D.f.c.b.a.QDfcbaQDffcba0000iiiiiiRRRRRRuuuu電壓方程電壓方程線性變系數(shù)微分方程線性變系數(shù)微分方程 三、派克變換及其應(yīng)用三、派克變換及其應(yīng)用拉氏變換拉氏變換從時(shí)域變

33、換到頻域，微分方程變從時(shí)域變換到頻域，微分方程變?yōu)榇鷶?shù)方程為代數(shù)方程對(duì)稱分量變換對(duì)稱分量變換從不對(duì)稱空間變換到對(duì)稱空間從不對(duì)稱空間變換到對(duì)稱空間派克變換派克變換把變系數(shù)微分方程變換為常系數(shù)把變系數(shù)微分方程變換為常系數(shù)微分方程微分方程傅立葉變換、小波變換等等傅立葉變換、小波變換等等Park變換的提出旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換變換由美國(guó)工程師派克在年首次提出（其后不久，蘇聯(lián)學(xué)者戈列夫也獨(dú)立地完成了大致相同的工作），一般稱為派克變換。變換就是將a 、b、c的量經(jīng)過(guò)下列變換，轉(zhuǎn)換成另外三個(gè)量。例如對(duì)于電流，將 、 、 變換成另外三個(gè)電流， 、 、 分別成為定子電流的d 軸分量、q 軸分量、零軸分量。qiaibici

34、di0i120cos120coscosmcmbmaIiIiIi同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)原理：同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)原理：a、b、c三相電流產(chǎn)生的電樞反三相電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)，用同步旋轉(zhuǎn)的應(yīng)，用同步旋轉(zhuǎn)的d、q軸電樞反應(yīng)等效軸電樞反應(yīng)等效)120cos()120cos()120cos()120cos(coscos32)cos()120cos()120sin()120cos()120sin(cossin32)sin(綜合相量綜合相量sincosmqmdIiIi顯然顯然t0t000diqi為直流為直流120sin120sinsin32120cos120coscos32cbaqcbadiiiiiiiicba0q

35、d212121120sin120sinsin120cos120coscos32iiiiii增加增加“0”軸軸派克變派克變換矩陣換矩陣coscos120cos1202sinsin120sin12031 21 21 2Pabcdq0Piidq01abciPi派克變換實(shí)現(xiàn)了不同坐標(biāo)系電流派克變換實(shí)現(xiàn)了不同坐標(biāo)系電流 的等價(jià)變換的等價(jià)變換派克變換同樣適用于電壓和磁鏈派克變換同樣適用于電壓和磁鏈0dq1abcabc0dqUPUPUU0dq1abcabc0dqPP舉例：舉例：120cos120coscos000mcbatttIiii派克變換派克變換0sincos0000m0Iiiiqd交流電流交流電流 直

36、流電流直流電流 舉例：舉例：派克變換派克變換25.025.01mcbaIiii1sin5cos5600m0ttIiiiqd直流電流直流電流 交流電流交流電流 fDQabcRRRSSRSSfDQabciiLLLLfDQabcRRRSSRSSfQDabcfQDdqiiLLLLUPUP00000fDQdqoRRRSSRSSfDQabcRRRSSRSSiiLPLPLPPLiiUPUPLLLLUP111000000L表示各類電感系數(shù)，下標(biāo)表示各類電感系數(shù)，下標(biāo)ss表示定子側(cè)各量，表示定子側(cè)各量，SR和和RS表表示定子和轉(zhuǎn)子側(cè)各量示定子和轉(zhuǎn)子側(cè)各量001000000dqqdssLLLLPPL20023lm

37、lLd20023lmlLq0002mlL00000aQqaDafSRmLmmPL023002300231aQqaDafSRmLmmPLQDrffRRLLmmLL0000矩陣中各量為：矩陣中各量為：派克變換后的磁鏈方程：派克變換后的磁鏈方程：QDf0qdQaQDraDrfaf0aQqaDafdQDf0qd0002300002300023000000000000iiiiiiLmLmmmLmLmLmmLQDfqdQaQDraDrfafaQqaDafdQDfqdiiiiiiLmLmmmLmLmLmmL0000000000000000000000000Lx1Lx QDf0qdQaqDadadadfad0

38、aqqadaddQDf0qd0000000000000000000000iiiiiiXXXXXXXXXXXXXXqx0 xQDfxxx、aqadxx 、dx2.派克變換的電壓方程得 得對(duì) 兩側(cè)求導(dǎo)，得： fDQabcfDQabcfDQfDQabciirrUU00UP00fDQabcfDQabcfDQfDQdqUPiiUPUPrrUPUU000000000010fDQabcfDQdqfDQfDQdqUPiirrUU000000abcabcdqPP0abc0dqP0100dqdqabcdqabcPPPP00001000dqfDQdqfDQdqfDQfDQdqPPiirrUU001dqdqPPs1s

39、10000110000dqQDf0qdQDf0qdQDff0qdssppppppiiiiiiRRRRRRuuuu派克變換后的電壓方程派克變換后的電壓方程dddquri qqqduri 000riuffffiruDDDDiruQQQQiruDadfaddddixixixQaqqqqixix000ixDaddadfffixixixfaddadDDDixixixqadQQQixix d、q、0 坐標(biāo)下的電壓、磁鏈方程： 一般不存在一般不存在0軸分量，所以發(fā)電機(jī)模型為軸分量，所以發(fā)電機(jī)模型為5階階如果不考慮阻尼繞組，則發(fā)電機(jī)模型為如果不考慮阻尼繞組，則發(fā)電機(jī)模型為3階階第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同

40、步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路一、同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)定子回路的電壓方程一、同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)定子回路的電壓方程正常運(yùn)行時(shí)，同步發(fā)電機(jī)定子三相電流對(duì)稱正常運(yùn)行時(shí)，同步發(fā)電機(jī)定子三相電流對(duì)稱 120cos120coscos0mc0mb0matIitIitIidiqi為常數(shù)為常數(shù)duqudq為常數(shù)為常數(shù)QDf0qdQaqDadadadfad0aqqadaddQDf0qd0000000000000000000000iiiiiiXXXXXXXXXXXXXXqqqqddfaddddiXEiXiXiX0000110000dqQDf0qdQDf0qdQDff0qdssppppppiiiiii

41、RRRRRRuuuuqdqdqdRiuRiu變壓器電動(dòng)勢(shì)變壓器電動(dòng)勢(shì)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)qdqdqdRiuRiuqqqqdddiXEiXqddqdqqqqdqddEiXRiRiuiXRiRiu磁鏈方程代入電壓方程磁鏈方程代入電壓方程qddqdqqqqdqddEiXRiRiuiXRiRiuqqdqdqdqqdsincosXUXuiXUEXuEi忽略電阻忽略電阻虛構(gòu)電動(dòng)勢(shì)虛構(gòu)電動(dòng)勢(shì) dqdqQiXXEEQdqqqEiXRiuQqdqqdqdjjjjjEiiXiiRuuqdqqdQjjjjiiXRuuEqddqdqqqqdqddEiXRiRiuiXRiRiu代入代入組合組合qdqqdQjjjji

42、iXRuuE以相量表示以相量表示IjxrUEqQ)(QjEEQqdjuuUqdjiiIqqjXRZ QE在虛軸（j）軸上dqdQqiXXEE二、無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路的物理過(guò)程二、無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路的物理過(guò)程第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等參數(shù)和等效效電路電路 ffa0ffiiii 2ak0iiiiii dTaT三、同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和暫態(tài)電抗三、同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和暫態(tài)電抗qqdqdqdqqdsincosXUXuiXUEXuEifqiE暫態(tài)過(guò)程中暫態(tài)過(guò)程中Eq、Ud、Uq隨隨 if、i 的變化而變化，的變化而變化，此公式不能此公式不能 用來(lái)計(jì)算

43、暫態(tài)過(guò)程中的用來(lái)計(jì)算暫態(tài)過(guò)程中的 id、iq第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等參數(shù)和等效效電路電路第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路QDf0qdQaqDadadadfad0aqqadaddQDf0qd0000000000000000000000iiiiiiXXXXXXXXXXXXXXffdadffaddddiXiXiXiX第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路QDf0qdQaqDadadadfad0aqqadaddQDf0qd0000000000000000000000iiiiiiXXXXXX

44、XXXXXXXXffdadffaddddiXiXiXiX第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路ffdadffaddddiXiXiXiX消去消去ifdf2addffaddiXXXXX第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路qffadEXX令令df2addXXXXddqqiXEudqqdXuEiR=0由于由于0qEE 短路瞬間不突變，可由正常運(yùn)行狀態(tài)短路瞬間不突變，可由正常運(yùn)行狀態(tài)求出，且求出，且fEq第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路qdqdqqdXuiXuEi0qd uudqdX

45、Ei 0qi暫態(tài)過(guò)程中暫態(tài)過(guò)程中qQXIjUIZUEqddqqiXuEqXI jdXIjUEdqdqQiXXEE第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路qffadffadadEXXXXXdfadfadXXXXXX第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路四、無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)電四、無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)電流自由分量衰減的時(shí)間常數(shù)流自由分量衰減的時(shí)間常數(shù)ddfddffdXXTXXRXTfffRXT勵(lì)磁電流的直流自由分量和定子三相電流的基勵(lì)磁電流的直流自由分量和定子三相電流的基頻交流分量將按時(shí)間常數(shù)頻交流分量將按時(shí)間常數(shù)Td衰減

46、衰減第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)參數(shù)和等效電路同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)參數(shù)和等效電路fadfaddXXXXXXqaqXXXqdqda2XXRXXT定子的直流分量、二倍頻分量、定子的直流分量、二倍頻分量、勵(lì)磁電流的基頻交流分量按勵(lì)磁電流的基頻交流分量按Ta衰衰減減第五節(jié)第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路一、同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和次暫態(tài)電抗一、同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和次暫態(tài)電抗QDfqdQaQDfDaDfDfadaQqaDaddQDfqd000000000000iiiiiXXXXXXXXXXXXXd2adfDadfD2addqDadffadD2adfDad2XXXXXXXXXEXXXXXXXXdQQaqEXXqQ2aqqXXXX第五節(jié)第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài) 參數(shù)和等效電路參數(shù)和等效電路二、有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)電流二、有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)電流自由分量的衰減時(shí)間常數(shù)自由分量的衰減時(shí)間常數(shù) DfadfadfadDdRXXXXXXXX