沈阳工程学院 课件 同步电机_电机学第十三篇

第三篇同步电机 第十一章同步发电机的三相突然短路和异常运行 第一节同步发电机的三相突然短路 第二节同步发电机的不对称运行 第三节同步发电机的失磁运行 第四节同步发电机的振荡 主 页 目录 上一页 下一页 后退 退出

第三篇 同步电机 第十一章 同步发电机的三相突然短路和异常运行 第一节 同步发电机的三相突然短路 第二节 同步发电机的不对称运行 第三节 同步发电机的失磁运行 第四节 同步发电机的振荡

第三篇同步电机 第一节同步发电机的三相突然短路 一、超导体闭合回路的磁链守恒原理 w→e→i→wz→e dy L dyo eo=- dΨo eo+el=- dΨ上二0 dt dt dt _dt do+9)=0 Ψ+Ψ=Ψ=C dt 无论交链回路的外磁场如何变化，由感应 电流产生的磁链将恰好抵消这种变化，使得任 意瞬间超导闭合回路的总磁链始终不变，即超 导闭合回路保持其磁链等于初始值而且不变， 这就是超导闭合回路的磁链守恒原理。 录 一页 后 退 退出

第三篇 同步电机 第一节 同步发电机的三相突然短路 一、超导体闭合回路的磁链守恒原理  0 0  e dt dψ e 0 0   i  i  L L  e dt dψ e L L   0 0 0     dt dψ dt dψ e e L L 0 0   dt d(ψ ψ ) L ψ0ψL  ψ  C 无论交链回路的外磁场如何变化，由感应 电流产生的磁链将恰好抵消这种变化，使得任 意瞬间超导闭合回路的总磁链始终不变，即超 导闭合回路保持其磁链等于初始值而且不变， 这就是超导闭合回路的磁链守恒原理

第三篇同步电机 二、三相突然短路时的物理过程和同步电抗 为了简化分析，假定 1)转子转速一直保持同步转速，只考虑电磁过渡过程， 不考虑机械过渡过程； 2)磁路不饱和，在分析时可利用叠加原理； 3)突然短路前电机处于空载状态，突然短路发生在发电 机的出线端； 4)突然短路后由励磁电源提供的励磁电流始终不变，即 认为空载电动势不变。 页 目 录 一页 下一页 后退 退出

第三篇 同步电机 二、三相突然短路时的物理过程和同步电抗 1）转子转速一直保持同步转速，只考虑电磁过渡过程， 不考虑机械过渡过程； 为了简化分析，假定 2）磁路不饱和，在分析时可利用叠加原理； 3）突然短路前电机处于空载状态,突然短路发生在发电 机的出线端； 4）突然短路后由励磁电源提供的励磁电流始终不变，即 认为空载电动势不变

第三篇同步电机 A相相轴 1.定子绕组的磁链 取转子d轴与定子A相绕组轴 线垂直为t=0时刻， 轴 定子三相绕组中的磁链的表 A 达式为 B V业o4=Vom sin at VOA 4(0) 业oB="om sin(ot-120°)》 Ψoc=Wom Sin(ot+120°) WA(0) 4(0) 主 页 目录 上一页 下一页 后退 退出

第三篇 同步电机 1．定子绕组的磁链 sin( ) sin( ) sin 0 0 0 0 0 0 0 0 120 120      t t t C m B m A m          取转子d轴与定子A相绕组轴 线垂直为t=0时刻. 定子三相绕组中的磁链的表 达式为

第三篇同步电机 三相突然短路时，t=0时刻，三相磁链的初始值 44(0)=4msin0°=0 4s(0)=4omsi(0-120°)=-0.866wom 4c(0)=omsi(0+120°)=+0.866ym 短路发生后，根据磁链守恒原理，由定子电流产生的磁 链将抵消转子主磁场对定子的磁链的变化，并且保持磁链的 初始值不变，即 Ψ0A+A=Ψ4(0) Ψ0B+业B=ΨB(0) Ψc+Ψc=Ψc(0) 主 页 目录 上一页 下一页 后退 退出

第三篇 同步电机 三相突然短路时，t=0时刻，三相磁链的初始值 m m m m m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 120 0 866 0 0 120 0 866 0 0 0   ψ ( ) ψ sin( ) . ψ ( ) ψ sin( ) . ψ ( ) ψ sin C B A           短路发生后，根据磁链守恒原理，由定子电流产生的磁 链将抵消转子主磁场对定子的磁链的变化，并且保持磁链的 初始值不变，即 ψ ψ ψ ( ) ψ ψ ψ ( ) ψ ψ ψ ( ) C C C B B B A A A 0 0 0 0 0 0      

第三篇同步电机 即 ΨA=-Ψo4+业4(0)=-Ψ0 sinot=44-+94z 4B=-4B+9s(0)=-40msin(0t-120°)-0.8664m=ΨB+Ψz 4c=-4c+Ψc(0)=-4 om Sin(ot+120°)+0.866yom=4c-+4cz 说明每相的磁链有交流分量（周期分量)和直流分量（非 周期分量)两部分组成。 交流分量磁链的作用是抵消转子的励磁磁链，直流分量 磁链的是维持短路瞬间磁链不变。 主 页 目录 上一页 下一页 后退 退出

第三篇 同步电机 即 C 0C C m 0m C~ CZ B 0 B B m 0m B~ BZ A 0 A A m A~ AZ ψ ψ ψ ( ) ψ sin( ) . ψ ψ ψ ψ ψ ψ ( ) ψ sin( ) . ψ ψ ψ ψ ψ ψ ( ) ψ sin ψ ψ                          0 120 0 866 0 120 0 866 0 0 0 0 0 0 t t t    说明每相的磁链有交流分量（周期分量）和直流分量（非 周期分量）两部分组成。 交流分量磁链的作用是抵消转子的励磁磁链，直流分量 磁链的是维持短路瞬间磁链不变

第三篇同步电机 2.定、转子电流的对应关系 定子每相磁链由直流分量和交流分量磁链组成，与之对应的 定子电流也有两个分量，一个是三相对称的交流分量短路电流， 另一个是直流分量短路电流。 定子三相对称交流分量短路电流产生直轴的同步旋转电枢反 应磁场，与转子相对静止，与励磁主磁通方向相反。该磁场的磁 链企图穿过励磁和阻尼绕组。为保持磁链守恒，励磁绕组和阻尼 绕组将分别感应与原励磁电流同方向的直流分量电流，这两电流 分别产生恒定方向的直流磁链抵消定子的直轴电枢反应磁场的影 响。 定子三相直流分量短路电流产生合成的静止磁场，相对转子 是旋转的，它分别在励磁绕组和阻尼绕组中将感应出交流分量电 流，二者分别产生交变的磁链抵消定子的静止磁场的影响，维持 磁链守恒 录 一页 一页 后 退 退出

第三篇 同步电机 2．定、转子电流的对应关系 定子每相磁链由直流分量和交流分量磁链组成，与之对应的 定子电流也有两个分量，一个是三相对称的交流分量短路电流， 另一个是直流分量短路电流。 定子三相对称交流分量短路电流产生直轴的同步旋转电枢反 应磁场，与转子相对静止，与励磁主磁通方向相反。该磁场的磁 链企图穿过励磁和阻尼绕组。为保持磁链守恒，励磁绕组和阻尼 绕组将分别感应与原励磁电流同方向的直流分量电流，这两电流 分别产生恒定方向的直流磁链抵消定子的直轴电枢反应磁场的影 响。 定子三相直流分量短路电流产生合成的静止磁场，相对转子 是旋转的，它分别在励磁绕组和阻尼绕组中将感应出交流分量电 流，二者分别产生交变的磁链抵消定子的静止磁场的影响，维持 磁链守恒

第三篇同步电机 3.电枢反应磁通的路径和同步电抗 同步发电机稳态短路时，电枢反应为纯去磁作用，电枢反 应磁通和漏磁通路径如图。 ad 电枢反应磁通直接穿过阻尼绕组和 励磁绕组，路径的磁阻很小，短路 电流遇到的电抗为数值很大的直轴 同步电抗x,稳态短路电流有效值 16= Eo xd 返回 页 录 上一页 下一页 后 退 退出

第三篇 同步电机 同步发电机稳态短路时，电枢反应为纯去磁作用，电枢反 应磁通和漏磁通路径如图。 电枢反应磁通直接穿过阻尼绕组和 励磁绕组，路径的磁阻很小，短路 电流遇到的电抗为数值很大的直轴 同步电抗xd，稳态短路电流有效值 d 0 k x E I  返回 3．电枢反应磁通的路径和同步电抗

第三篇同步电机 有阻尼绕组的同步发电机三相突然短路时，电枢反应磁通被挤 出阻尼绕组和励磁绕组，只能沿着阻尼绕组和励磁绕组漏磁路 径闭合 磁路的磁阻变得很大，由于路 径的磁阻变大，定子绕组的电 抗比稳态短路时的同步电抗大 Φ6 大减小，致使短路电流很大。 同步发电机此时状态称为次暂 态状态，定子电抗称为直轴次 暂态同步电抗x:”，短路电流称 为次暂态短路电流 xd<<Xd I= 页 目 录 -页 一页 后 退 退出

第三篇 同步电机 有阻尼绕组的同步发电机三相突然短路时，电枢反应磁通被挤 出阻尼绕组和励磁绕组，只能沿着阻尼绕组和励磁绕组漏磁路 径闭合. '' 磁路的磁阻变得很大，由于路 径的磁阻变大，定子绕组的电 抗比稳态短路时的同步电抗大 大减小，致使短路电流很大。 同步发电机此时状态称为次暂 态状态，定子电抗称为直轴次 暂态同步电抗xd ” ，短路电流称 为次暂态短路电流 xd  xd  d k x E I    0

第三篇同步电机 当阻尼绕组中电流衰减完毕后，电枢反应磁通就能够穿过阻尼 绕组（或相当于发电机无阻尼绕组状态），仍需经过励磁绕组的 漏磁路径，如图所示 此时发电机状态称为暂态状态， 定子电抗称为暂态同步电抗x。, 短路电流称为暂态短路电流 x<xd<xd E。 主 页 目录 上一页 下一页 后退 退出

第三篇 同步电机 当阻尼绕组中电流衰减完毕后，电枢反应磁通就能够穿过阻尼 绕组(或相当于发电机无阻尼绕组状态)，仍需经过励磁绕组的 漏磁路径，如图所示 此时发电机状态称为暂态状态， 定子电抗称为暂态同步电抗xd ’ ， 短路电流称为暂态短路电流 d d d x  x  x d k x E I    0