電力系統(tǒng)暫態(tài)分析：第二章 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析

第二章

同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析

與無(wú)窮大電源的差別１）有限電源２）電機(jī)內(nèi)部有暫態(tài)過(guò)程

３）

物理過(guò)程及短路電流近似分析

一、空載機(jī)端短路電流的組成１、設(shè)定條件１）轉(zhuǎn)子上既有工作繞組（），又有阻尼繞組（）２）發(fā)電機(jī)保持同步轉(zhuǎn)速３）勵(lì)磁電壓為常數(shù)，不考慮強(qiáng)勵(lì)４）短路點(diǎn)在機(jī)端物理過(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ax、by、cz為定子三相繞組ff’為勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子鐵心中的渦流（隱極機(jī)）或閉合短路環(huán)（凸極機(jī)）為阻尼繞組波形特征短路電流包絡(luò)線中心偏離時(shí)間軸，說(shuō)明短路電流中含有衰減的非周期分量；交流分量的幅值是衰減的，說(shuō)明電勢(shì)或阻抗是變化的。勵(lì)磁回路電流也含有衰減的交流分量和非周期分量，說(shuō)明定子短路過(guò)程中有一個(gè)復(fù)雜的電樞反應(yīng)過(guò)程。

物理過(guò)程及短路電流近似分析２、電流組成１）定子電流①交流穩(wěn)態(tài)分量由轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)直流分量生成②交流暫態(tài)分量

——由的直流暫態(tài)分量生成，以衰減物理過(guò)程及短路電流近似分析

——由的直流暫態(tài)分量生成，以衰減③直流暫態(tài)分量以衰減－保持定子電流不突變（含小的倍頻分量）合成電流偏離ｔ軸第一節(jié)

物理過(guò)程及短路電流近似分析定子直流暫態(tài)分量與轉(zhuǎn)子交流暫態(tài)分量相對(duì)應(yīng)（用以抵消產(chǎn)生穿過(guò)定子繞組的磁通）截割定子直流分量生成的磁通產(chǎn)生基波交流，合成磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子上反向旋轉(zhuǎn)與電流磁場(chǎng)相對(duì)靜止（相互對(duì)應(yīng)）第一節(jié)

物理過(guò)程及短路電流近似分析當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)不對(duì)稱時(shí)由于不能生成恒定磁場(chǎng)（以為周期變化）為保持初始磁鏈不變，定子產(chǎn)生倍頻交流分量予以補(bǔ)償

物理過(guò)程及短路電流近似分析２）轉(zhuǎn)子主繞組（）的電流①直流穩(wěn)態(tài)分量由外施勵(lì)磁電壓產(chǎn)生②直流暫態(tài)分量保持的電流不突變③交流暫態(tài)分量由定子直流生成物理過(guò)程及短路電流近似分析3)阻尼繞組定子時(shí)，定子基頻交流純無(wú)功，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

在定子上生成次暫態(tài)電流物理過(guò)程及短路電流近似分析定子直流分量在，上產(chǎn)生基頻交流與同軸，使兩個(gè)繞組自由分量相互影響（改變等效電抗＆時(shí)間常數(shù)）第一節(jié)

物理過(guò)程及短路電流近似分析３、定、轉(zhuǎn)子回路電流分量的對(duì)應(yīng)關(guān)系直流分量（自由分量）：維持繞組本身磁鏈不突變而感生的電流，其衰減主要由該繞組的電阻所確定；交流分量（強(qiáng)制分量）：由電勢(shì)產(chǎn)生的電流。第一節(jié)

物理過(guò)程及短路電流近似分析第一節(jié)

物理過(guò)程及短路電流近似分析衰減關(guān)系：（各繞組有電阻）穩(wěn)態(tài)短路電流不衰減基頻交流電流初值與穩(wěn)態(tài)值之差衰減至0時(shí)間常數(shù)（T”d和T’d）決定于轉(zhuǎn)子回路參數(shù)直流電流和倍頻電流衰減至0時(shí)間常數(shù)（Ta）決定于定子回路參數(shù)

物理過(guò)程及短路電流近似分析三、空載下突然短路定子基頻分量穩(wěn)態(tài)值與初始值的確定1、初始條件轉(zhuǎn)子（為勵(lì)磁電流產(chǎn)生的空載電動(dòng)勢(shì)有效值）

定子

物理過(guò)程及短路電流近似分析２、穩(wěn)態(tài)電流（）與轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止，不在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)電勢(shì)定子電抗磁通（直軸電樞反應(yīng)電抗）定子漏磁通（定子漏電抗）穩(wěn)態(tài)電抗

物理過(guò)程及短路電流近似分析３、初始值１）無(wú)（只有）暫態(tài)電抗（勵(lì)磁繞組漏電抗）有效值：

物理過(guò)程及短路電流近似分析２）有次暫態(tài)電抗（阻尼繞組D的漏電抗）次暫態(tài)電流有效值（p25對(duì)次暫態(tài)、暫態(tài)電流的描述）物理過(guò)程及短路電流近似分析四、基頻交流過(guò)渡過(guò)程表達(dá)式

3個(gè)分量，，１、有效值變化過(guò)程物理過(guò)程及短路電流近似分析２、瞬時(shí)值

物理過(guò)程及短路電流近似分析３、全電流（含直流分量）

物理過(guò)程及短路電流近似分析４、時(shí)間常數(shù)的確定設(shè)定：僅計(jì)主要繞組（產(chǎn)生直流暫態(tài)分量繞組）的電阻（實(shí)際計(jì)算中可以取）物理過(guò)程及短路電流近似分析１）--取決于在中的衰減

物理過(guò)程及短路電流近似分析２）--取決于在中的衰減

物理過(guò)程及短路電流近似分析３）--取決于在中的衰減

物理過(guò)程及短路電流近似分析４）--定子開(kāi)路狀態(tài)下轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)

５）經(jīng)外接阻抗短路時(shí)的電流在定子中串接

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路二、同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程，向量圖及等值電路１、方程第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路對(duì)稱時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)

僅保留3個(gè)方程第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路代入電壓方程，得定子轉(zhuǎn)子第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路２、相量圖作圖原則：沿轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向，超前于，q軸相量超前于d軸相量ìdùdìqùqèq第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路qdùììdùdìqùqrìjìdxd第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路3、等值電路１）d,q分開(kāi)第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路2）全電流等值電路第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路根據(jù)電壓、電流，確定q、d軸的位置隱極機(jī)φδìùrìjìxqdq第二節(jié)

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路凸極機(jī)：

物理過(guò)程及短路電流近似分析五、負(fù)載下突然短路基頻電流初值１、初始條件：短路前的電流，電壓物理過(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、無(wú)下的基頻電流初始值1）交軸原電流——經(jīng)產(chǎn)生壓降增量——經(jīng)產(chǎn)生壓降（走勵(lì)磁漏磁通路徑）物理過(guò)程及短路電流近似分析電流記——q軸(交軸)暫態(tài)電勢(shì)初值（不突變）

物理過(guò)程及短路電流近似分析2）直軸原電流—經(jīng)產(chǎn)生壓降增量—經(jīng)產(chǎn)生壓降（q軸上無(wú)繞組）（走勵(lì)磁主磁通路徑）因此有物理過(guò)程及短路電流近似分析3)基頻電流簡(jiǎn)化暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)（要突變）

物理過(guò)程及短路電流近似分析３、有下的基頻電流初值（類似推導(dǎo)）１）交軸

——q軸（交軸）次暫態(tài)電勢(shì)（不突變）

物理過(guò)程及短路電流近似分析２）直軸３）定子基頻電流物理過(guò)程及短路電流近似分析４）近似算法近似條件視簡(jiǎn)化

物理過(guò)程及短路電流近似分析——次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路一、基本方程與坐標(biāo)變換（一）正方向的規(guī)定１）各繞組軸線正方向定義為磁鏈的正方向２）按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向確定各繞組的相對(duì)位置３）轉(zhuǎn)子電流的正方向?yàn)楫a(chǎn)生正向磁通的方向；定子電流的正方向?yàn)楫a(chǎn)生負(fù)向磁通的方向同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路４）轉(zhuǎn)子電壓的正方向?yàn)楫a(chǎn)生正向電流的方向定子電壓的正方向?yàn)楫a(chǎn)生負(fù)向電流的方向6繞組模型，定子abc三相繞組，勵(lì)磁繞組ff，d軸阻尼繞組DD，q軸阻尼繞組QQ

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路cDabdqzabxycDDffQ同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路rfLffifufrDLDDiDuDrQLQQiQuQrbrcraLaaLbbLccuaubucicibia同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路（二）基本方程與坐標(biāo)變換電壓方程（6個(gè)繞組）

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路２、磁鏈方程（）

,同理，下標(biāo)相同時(shí)為自感L,下標(biāo)不同時(shí)為互感M同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路３、磁鏈方向中的電感（大部分為變量——隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化）變系數(shù)微分方程

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路４、坐標(biāo)變換——Park變換１）變換的數(shù)學(xué)概念①對(duì)定子參數(shù)實(shí)施變換從靜止的A、B、C坐標(biāo)系－－＞d、q、0坐標(biāo)系（其中d、q坐標(biāo)以旋轉(zhuǎn)）

——轉(zhuǎn)子速度同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路②可視為引入中間變量對(duì)原變量實(shí)施代換，使新方程中不出現(xiàn)變量電感原變量換成新變量同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路２）變換的物理概念在定子上建立三個(gè)假想繞組，，等效代替繞組，，①，分別與d，q軸重合，并以旋轉(zhuǎn)將，d軸分量注入將，q軸分量注入同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路②將原零軸分量保留在原繞組上零軸分量——同頻，同相，同幅的分量，在d,q軸上投影為0變換表達(dá)式：同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路矩陣形式：

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路５、（d,q,0）坐標(biāo)系中的磁鏈方程P38.(2-61)各元素均為常量

同步電機(jī)的基本方程、參數(shù)和等值電路６、d,q,0坐標(biāo)系中的電壓方程P412-67A,B,C系中：同步電機(jī)的基