同步发电机的不对称运行和突然短路

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1、第第9 9章章 同步发电机的不对称运行和突然短路同步发电机的不对称运行和突然短路 9.1 9.1 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行9.2 9.2 同步发电机的突然短路同步发电机的突然短路 在前面两章，研究了同步发电机在三相对称负载下的在前面两章，研究了同步发电机在三相对称负载下的稳态性能，这是同步发电机最基本的运行方式，因而也稳态性能，这是同步发电机最基本的运行方式，因而也是同步发电机中最基本的容。是同步发电机中最基本的容。 在本章中，将研究同步发电机的另外两种运行方式，在本章中，将研究同步发电机的另外两种运行方式，即三相不对称运行和瞬态短路。这是两种非正常的运行即三相不对称运行和

2、瞬态短路。这是两种非正常的运行方式，如果处理不当会产生严重后果。方式，如果处理不当会产生严重后果。 退出返回下一页9.1 9.1 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 对有功率较大的单相负载，例如采用单相电炉对有功率较大的单相负载，例如采用单相电炉或向电气铁道供电等，不对称的程度就比较大。不对称或向电气铁道供电等，不对称的程度就比较大。不对称会使转子发热，甚至烧环。因而对不对称运行方式的研会使转子发热，甚至烧环。因而对不对称运行方式的研究，有着现实意义。究，有着现实意义。 研究方法是对称分量法：研究方法是对称分量法：即把不对称的三相电压、即把不对称的三相电压、电流分解成正序、负序和零序

3、，分别研究它们的效果，电流分解成正序、负序和零序，分别研究它们的效果，然后迭加起来而得到最后结果。然后迭加起来而得到最后结果。 退出下一页上一页返回 如同变压器一样，要利用对称分量法来分析同步电如同变压器一样，要利用对称分量法来分析同步电机的不对称运行状态，机的不对称运行状态，首先必须了解同步电机在正序、首先必须了解同步电机在正序、负序及零序时的参数。负序及零序时的参数。 9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 各相序电抗各相序电抗各相序电抗各相序电抗 1 1 正序电抗：正序电抗： 转转子子直直流流励励磁磁的的磁磁通通在在定定子子绕绕组组所所产产生生的的感感应应电电势势的相序，定为正序

4、。的相序，定为正序。 当当定定子子绕绕组组中中三三相相电电流流的的相相序序与与 一一致致时时，就就是是正正序电流。序电流。 正序电抗：正序电流流过定子绕组时所对应的电抗。正序电抗：正序电流流过定子绕组时所对应的电抗。退出下一页上一页上一页下一页返回 由于正序电流通过三相绕组后，产生了和转子同方由于正序电流通过三相绕组后，产生了和转子同方向旋转的磁场，亦即在空间和转子相对静止，不会在向旋转的磁场，亦即在空间和转子相对静止，不会在转子绕组中产生感应电势，因此正序电流所对应的电转子绕组中产生感应电势，因此正序电流所对应的电抗，就是电机的同步电抗。对应于短路情况下，电枢抗，就是电机的同步电抗。对应于短

5、路情况下，电枢反应磁势作用在直轴，所以的正序电抗为不饱和的直反应磁势作用在直轴，所以的正序电抗为不饱和的直轴同步电抗，即轴同步电抗，即 = = 。退出下一页上一页2 2 负序电抗负序电抗 ： 负序电流流过定子绕组所对应的电抗就是负序电抗。负序电流流过定子绕组所对应的电抗就是负序电抗。 负序电流所产生的旋转磁场与转子转向相反，负序磁负序电流所产生的旋转磁场与转子转向相反，负序磁场以两倍同步速切割转子上的所有绕组（包括励磁绕组、场以两倍同步速切割转子上的所有绕组（包括励磁绕组、阻尼绕组等），在这些绕组中感应出两倍频率的电势。阻尼绕组等），在这些绕组中感应出两倍频率的电势。 在正常运行时，这些绕组都

6、是自成闭路的，因而产生在正常运行时，这些绕组都是自成闭路的，因而产生两倍频率的电流，这就相当于感应电机运行于转差率为两倍频率的电流，这就相当于感应电机运行于转差率为 时的制动状态，所以同步电机负序状态下的等效电路与感时的制动状态，所以同步电机负序状态下的等效电路与感应应电电机机负负序序电电流流产产生生的的旋旋转转磁磁场场与与转转子子转转向向相相反反的的等等效效电电路极为类似。路极为类似。 退出下一页上一页 图图图图9-1 9-1 9-1 9-1 负序电流产生的旋转磁场与转子转向相反负序电流产生的旋转磁场与转子转向相反负序电流产生的旋转磁场与转子转向相反负序电流产生的旋转磁场与转子转向相反 退出

7、下一页上一页 如果略去定、转子电阻，同步电机负序时的等效电路如果略去定、转子电阻，同步电机负序时的等效电路如如图图9-29-2所示所示 。 是励磁绕组的漏电抗；是励磁绕组的漏电抗； 是阻尼绕组的漏电抗。是阻尼绕组的漏电抗。可以求出直轴与交轴的负序电抗可以求出直轴与交轴的负序电抗 1 1） 2 2）退退 出出下一页下一页上一页上一页图图9-2 9-2 直轴及交轴负序等效电路直轴及交轴负序等效电路（a) a) 直轴负序电抗直轴负序电抗 （b) b) 交轴负序电抗交轴负序电抗 负序电抗的平均值为负序电抗的平均值为3 3 零序电抗：零序电抗： 零序电流流过定子绕组时所对应的电抗就是零序零序电流流过定子

8、绕组时所对应的电抗就是零序电抗。电抗。 由于三相零序电流在时间上也是同相位、振幅相由于三相零序电流在时间上也是同相位、振幅相等，因此当零序电流流过三相绕组时，各相所建立的等，因此当零序电流流过三相绕组时，各相所建立的磁势在时间上也是同相位、振幅相等。磁势在时间上也是同相位、振幅相等。退退 出出上一页下一页返回 因为三相绕组在空间相隔因为三相绕组在空间相隔120120电角度因此零序电流在电角度因此零序电流在空气隙中三相合成基波磁势为零，故零序电流不能在气空气隙中三相合成基波磁势为零，故零序电流不能在气隙中建立基波磁势及磁场。隙中建立基波磁势及磁场。 零序电流通过三相绕组时，只产生漏磁通，因此零序

9、零序电流通过三相绕组时，只产生漏磁通，因此零序电抗的大小大体上等于定子绕组的漏电抗。即电抗的大小大体上等于定子绕组的漏电抗。即 退出下一页上一页9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 同步发电机的稳态单相短路同步发电机的稳态单相短路同步发电机的稳态单相短路同步发电机的稳态单相短路 以同步发电机不对称运行的特例，即同步发电机以同步发电机不对称运行的特例，即同步发电机的稳态单相短路为例，来研究不对称运行的分析方法。的稳态单相短路为例，来研究不对称运行的分析方法。 假定假定A A相发生短路，相发生短路， 表示短路电流，根据下图表示短路电流，根据下图所示的端点情况，可得：所示的端点情况，可得：

10、退退 出出下一页下一页上一页上一页返返 回回将短路电流分解为对称分量时，得将短路电流分解为对称分量时，得 正序、负序、零序电流分量流经电枢绕组时，各自产生正序、负序、零序电流分量流经电枢绕组时，各自产生相应的正序、负序及零序电抗压降相应的正序、负序及零序电抗压降. .转子上仅有正序旋转子上仅有正序旋转磁场，故每相感应电势中只有正序分量，负序及零序转磁场，故每相感应电势中只有正序分量，负序及零序的感应电势为零。的感应电势为零。退退 出出下一页下一页上一页上一页 如果略去电阻压降，便得到正序、负序及零序电势如果略去电阻压降，便得到正序、负序及零序电势平衡方程式平衡方程式 （9-79-7） A A相

11、电压为相电压为 （9-89-8）退退 出出下一页下一页上一页上一页 将将式（式（9-79-7）代入代入式（式（9-89-8）中，即可解中，即可解得短路电流得短路电流 （9-99-9） 由于负序电抗及零序电抗比正序电抗小得多，故由于负序电抗及零序电抗比正序电抗小得多，故单相短路电流远较三相短路电流为大，近似是三相短单相短路电流远较三相短路电流为大，近似是三相短路电流的三倍。路电流的三倍。退出下一页上一页 单相负载的分析方法与单相短路类似。单相负载的分析方法与单相短路类似。 同步发电机不对称运行的主要危害是在定子中产生同步发电机不对称运行的主要危害是在定子中产生了三相负序电流，此负序电流在电机气隙

12、中将建立了三相负序电流，此负序电流在电机气隙中将建立反向旋转磁场，以两倍同步速切割转子上的一切金反向旋转磁场，以两倍同步速切割转子上的一切金属部件，并在其中产生电势及电流，增中转子的损属部件，并在其中产生电势及电流，增中转子的损耗及发热，影响发电机的正常运行。耗及发热，影响发电机的正常运行。 退出下一页上一页9.2 9.2 同步发电机的突然短路同步发电机的突然短路 同步发电机的突破短路是一个电磁瞬态过程，这个同步发电机的突破短路是一个电磁瞬态过程，这个过程的时间虽然不长，多不过过程的时间虽然不长，多不过1 12s2s，但会产生巨大的，但会产生巨大的冲击电流，可达冲击电流，可达101020I20

13、IN N。这样大的冲击电流对发电机这样大的冲击电流对发电机本身及电力系统都是一个严重的破坏因素本身及电力系统都是一个严重的破坏因素： 1 1）会产生极大的电磁力，可能使绕组变形甚至拉断；）会产生极大的电磁力，可能使绕组变形甚至拉断； 2 2）还可能破坏电网的稳定运行，影响到接到同一电网）还可能破坏电网的稳定运行，影响到接到同一电网上的其他设备的正常工作。上的其他设备的正常工作。退退 出出下一页下一页上一页上一页返返 回回9.2.1 9.2.1 9.2.1 9.2.1 超导闭合回路的磁链守恒原理超导闭合回路的磁链守恒原理超导闭合回路的磁链守恒原理超导闭合回路的磁链守恒原理 所谓超导回路是指一个电

14、阻为零的闭合线圈。如图所谓超导回路是指一个电阻为零的闭合线圈。如图9-5a9-5a所示，如果将一个永久磁铁移近该线圈，由于改变所示，如果将一个永久磁铁移近该线圈，由于改变了该闭合线圈的磁链，在线圈中将感应出电势了该闭合线圈的磁链，在线圈中将感应出电势， 为外磁场对超导回路的磁链。为外磁场对超导回路的磁链。下一页下一页上一页上一页返返 回回图图9-5 9-5 超导回路磁链守恒超导回路磁链守恒a) a) 当永久磁铁移近线圈时当永久磁铁移近线圈时 b) b) 当永久磁铁离开线圈时当永久磁铁离开线圈时在此电势作用下，在线圈中产生电流，电流产生磁链，并在此电势作用下，在线圈中产生电流，电流产生磁链，并产

15、生自感电势产生自感电势 。于是于是即即 （9-109-10） 退退 出出下一页下一页上一页上一页 式（式（9-109-10）表示：不论在任何情况下，匝链超导表示：不论在任何情况下，匝链超导回路的磁链不变。回路的磁链不变。如果原来线圈不匝链磁通，那么如果原来线圈不匝链磁通，那么 + = 0 + = 0 ，所以，所以 与与 大小相等，方向相反，使大小相等，方向相反，使匝链线圈的总磁链在任何时刻不改变其大小，且等于零。匝链线圈的总磁链在任何时刻不改变其大小，且等于零。如果外磁场如果外磁场 发生周期性交变，则发生周期性交变，则 也周期性交也周期性交变，线圈中的电流便为交流电流。变，线圈中的电流便为交流

16、电流。 退退 出出下一页下一页上一页上一页假定超导线圈在闭合前，线圈匝链的磁通不为零，假定超导线圈在闭合前，线圈匝链的磁通不为零，而为某一数值，如而为某一数值，如图图9-5b9-5b所示，此时将永久磁铁移所示，此时将永久磁铁移出闭合回路，那么在该回路中将感应电流，此电流出闭合回路，那么在该回路中将感应电流，此电流所产生的磁链要维持闭合线圈的磁链不变。所产生的磁链要维持闭合线圈的磁链不变。退退 出出下一页下一页上一页上一页 如果闭合线圈磁链的初始值为如果闭合线圈磁链的初始值为 ，而，而 又按正又按正弦规则作周期性变化，那么回路中的电流除了有一个正弦规则作周期性变化，那么回路中的电流除了有一个正弦

17、变化的电流分量来抵消外磁场变动的影响外，它还将弦变化的电流分量来抵消外磁场变动的影响外，它还将产生一个直流分量来保持回路磁链初值不变产生一个直流分量来保持回路磁链初值不变 。 因为所研究的是超导回路，电阻为零，电流流过超导因为所研究的是超导回路，电阻为零，电流流过超导线圈时不消耗能量，因此线圈中感应电流将永远存在，线圈时不消耗能量，因此线圈中感应电流将永远存在，并不改变其数值。实际上，线圈总是有电阻的，电流流并不改变其数值。实际上，线圈总是有电阻的，电流流过时必伴随有能量的损耗，使磁场能转变为电能消耗，过时必伴随有能量的损耗，使磁场能转变为电能消耗，于是电流逐渐衰减。于是电流逐渐衰减。 退出下

18、一页上一页下一页下一页上一页上一页返返 回回 9.2.2 9.2.2 9.2.2 9.2.2 对称突然短路的物理过程对称突然短路的物理过程对称突然短路的物理过程对称突然短路的物理过程 当发生短路，主磁场随着转子以同步速旋，当发生短路，主磁场随着转子以同步速旋，A A相绕组相绕组的磁链的磁链 = 0 = 0；励磁绕组及阻尼绕组的磁链分别为；励磁绕组及阻尼绕组的磁链分别为 = = 、 = = 。（见。（见图图9-6a9-6a） 短路以后，主磁场随着转子以同步速旋转，短路以后，主磁场随着转子以同步速旋转，A A相绕组相绕组的磁链在逐渐增加，从图的磁链在逐渐增加，从图9-6a9-6a转到图转到图9-6

19、b9-6b，转子转过，转子转过9090，A A相绕组所匝链的主磁通为最大值。（见相绕组所匝链的主磁通为最大值。（见图图9-9-6b6b） 退出下一页上一页图图9-6 9-6 三相瞬态短路时磁链图三相瞬态短路时磁链图（a)a)=0时 （b)从图a转过90时 因为闭合的因为闭合的A A相绕组有保持磁链不变的特性（即使相绕组有保持磁链不变的特性（即使 =0=0），所以在），所以在A A相绕组中将感应出电流，由电流产生相绕组中将感应出电流，由电流产生的电枢反应磁通的电枢反应磁通 （经过空气隙进入转子）及定子漏（经过空气隙进入转子）及定子漏磁通磁通 之和，应与之和，应与 大小相等方向相反，即有大小相等方

20、向相反，即有 (9-11) (9-11) 要通过转子回路，去匝链转子上的励磁绕组和阻尼要通过转子回路，去匝链转子上的励磁绕组和阻尼要通过转子回路，去匝链转子上的励磁绕组和阻尼要通过转子回路，去匝链转子上的励磁绕组和阻尼绕组。但是转子上的闭合绕组都要保持它们所匝链的磁绕组。但是转子上的闭合绕组都要保持它们所匝链的磁绕组。但是转子上的闭合绕组都要保持它们所匝链的磁绕组。但是转子上的闭合绕组都要保持它们所匝链的磁链不变，因此在励磁绕组及阻尼绕组中将感应电流。链不变，因此在励磁绕组及阻尼绕组中将感应电流。链不变，因此在励磁绕组及阻尼绕组中将感应电流。链不变，因此在励磁绕组及阻尼绕组中将感应电流。退出下

21、一页上一页 此感应电流企图阻止电枢反应磁通此感应电流企图阻止电枢反应磁通 进入转子，所进入转子，所以以 只能沿着励磁绕组及阻尼绕组的漏磁路而形成闭合只能沿着励磁绕组及阻尼绕组的漏磁路而形成闭合回路，如回路，如图图9-6b9-6b所示。所示。 这条磁路的主要组成部分是空气，磁阻很大，定子绕这条磁路的主要组成部分是空气，磁阻很大，定子绕组要产生一定的电枢反应磁通，就需要有很大的定子电组要产生一定的电枢反应磁通，就需要有很大的定子电流，所以瞬态短路电流要比稳态短路电流大得多。流，所以瞬态短路电流要比稳态短路电流大得多。 随着转子旋转，主磁场对定子绕组作正弦变化，所以随着转子旋转，主磁场对定子绕组作正

22、弦变化，所以定子绕组中产生正弦变化的交流电流。定子绕组中产生正弦变化的交流电流。 退出下一页上一页 实际情况下，各绕组都有电阻存在，虽然电阻的实际情况下，各绕组都有电阻存在，虽然电阻的数值要比电抗小得多，对于电流的振幅几乎没有什数值要比电抗小得多，对于电流的振幅几乎没有什么影响，但是由于电阻的存在，使短路电流逐渐衰么影响，但是由于电阻的存在，使短路电流逐渐衰减。减。 定子短路电流的衰减主要受到转子上励磁绕组及定子短路电流的衰减主要受到转子上励磁绕组及阻尼绕组的影响。一般而言，阻尼绕组的阻尼绕组的影响。一般而言，阻尼绕组的X/RX/R比励磁比励磁绕组的要小得多，所以在短路以后，阻尼绕组中的绕组的

23、要小得多，所以在短路以后，阻尼绕组中的电流很快衰减完毕（一般为），而励磁绕组的电电流很快衰减完毕（一般为），而励磁绕组的电流衰减比较慢（一般为流衰减比较慢（一般为2s2s）。）。退出下一页上一页 因此可以认为当阻尼绕组中的感应电流衰减完毕因此可以认为当阻尼绕组中的感应电流衰减完毕时，励磁绕组中的电流才开始衰减。时，励磁绕组中的电流才开始衰减。 当励磁绕组中的感应电流衰减完毕，就进入稳态当励磁绕组中的感应电流衰减完毕，就进入稳态短路。短路。 阻尼绕组中感应电流衰减完毕后，电枢反应磁通阻尼绕组中感应电流衰减完毕后，电枢反应磁通的流通路径如的流通路径如图图9-7a9-7a所示；励磁绕组中感应电流衰减

24、所示；励磁绕组中感应电流衰减完毕后的流通路径如完毕后的流通路径如图图9-7b9-7b所示。所示。 退出下一页上一页图图9-7 9-7 短路后衰减过程中的磁链图短路后衰减过程中的磁链图9.2.3 9.2.3 9.2.3 9.2.3 突然短路时的电抗突然短路时的电抗突然短路时的电抗突然短路时的电抗 从电路的角度来看，同步电机短路电流的大小决定于从电路的角度来看，同步电机短路电流的大小决定于电路的参数，即同步电机电抗的大小。电抗的大小是由电路的参数，即同步电机电抗的大小。电抗的大小是由磁路状态来决定的。磁路状态来决定的。退退 出出下一页下一页上一页上一页返返 回回 研究电枢磁路的磁阻及磁导研究电枢磁

25、路的磁阻及磁导: : 在稳态短路时，转子绕组中没有感应电在稳态短路时，转子绕组中没有感应电流，电枢反应磁通流，电枢反应磁通 可以顺利地通过定、转可以顺利地通过定、转子铁芯及两个气隙，见子铁芯及两个气隙，见图图9-7b) )。因为铁芯的磁。因为铁芯的磁阻是很小的，可以略去不计，所以对应的磁导阻是很小的，可以略去不计，所以对应的磁导为气隙磁导为气隙磁导 。短路电流还产生漏磁。短路电流还产生漏磁 ， 对应的漏磁导为对应的漏磁导为 。退出下一页上一页返返 回回 所以短路电流所产生的总磁通所对应的总所以短路电流所产生的总磁通所对应的总磁导为磁导为 （9-129-12）对应的电抗为对应的电抗为 （9-13

26、9-13）它就是直轴同步电抗。所以稳态短路电流的大它就是直轴同步电抗。所以稳态短路电流的大小为小为 （9-149-14） 退出下一页上一页 在发生瞬态短路时，转子上励磁绕组及阻尼在发生瞬态短路时，转子上励磁绕组及阻尼绕组中都感应了电流，因此励磁绕组及阻尼绕组绕组中都感应了电流，因此励磁绕组及阻尼绕组对电枢反应磁通对电枢反应磁通 的进入，产生反抗作用，使的进入，产生反抗作用，使电枢反应磁通被撞到它们的漏磁路径上，如图电枢反应磁通被撞到它们的漏磁路径上，如图（9-6b) )所示。所示。 电枢反应磁通电枢反应磁通 的路径经过气隙磁的路径经过气隙磁 、励磁绕组漏磁阻励磁绕组漏磁阻 及阻尼绕组漏磁阻及阻

27、尼绕组漏磁阻 ，所以，所以电枢反应磁通所遇到的磁阻为：电枢反应磁通所遇到的磁阻为：（9-15） 退出下一页上一页用相应的磁导来表示用相应的磁导来表示 = = （9-169-16）考虑漏磁通后，定子磁通的总磁导为考虑漏磁通后，定子磁通的总磁导为 + + （9-179-17）对应的电抗为对应的电抗为 = = （9-18） 退出下一页上一页 称为直轴超瞬态电抗。称为直轴超瞬态电抗。 及及 为为阻尼绕组及励磁绕组的漏磁电抗。阻尼绕组及励磁绕组的漏磁电抗。 的大小如下表所示的大小如下表所示: : 电机类型电机类型隐极式隐极式凸极式凸极式0.090.090.240.24 0.13 0.130.350.35

28、0.150.150.380.38 0.200.200.500.50退 出下一页上一页由超瞬态电抗所决定的电流，为短路时超瞬态电由超瞬态电抗所决定的电流，为短路时超瞬态电由超瞬态电抗所决定的电流，为短路时超瞬态电由超瞬态电抗所决定的电流，为短路时超瞬态电流周期分量的有效值，即流周期分量的有效值，即流周期分量的有效值，即流周期分量的有效值，即 （9-199-199-199-19）退退 出出下一页下一页上一页上一页在发生短路后的极短时间内，阻尼绕组中的感应电流在发生短路后的极短时间内，阻尼绕组中的感应电流已衰减完毕，此时电枢反应磁通的路径如已衰减完毕，此时电枢反应磁通的路径如图图9-7a9-7a所所

29、示，它经过气隙磁阻及励磁绕组漏磁阻，所以电枢反示，它经过气隙磁阻及励磁绕组漏磁阻，所以电枢反应磁通的总磁阻为应磁通的总磁阻为 （9-209-20）如用磁导来表示，则如用磁导来表示，则 = = （9-21） 退出下一页上一页对应的电抗为对应的电抗为 = = （9-239-23）称为直轴瞬态电抗，其数值见称为直轴瞬态电抗，其数值见表表9-19-1。由所决定的电。由所决定的电流，是短路时瞬态电流周期分量的有效值，即流，是短路时瞬态电流周期分量的有效值，即 （9-249-24） 退出下一页上一页9.2.4 9.2.4 9.2.4 9.2.4 瞬态短路电流计算瞬态短路电流计算瞬态短路电流计算瞬态短路电流

30、计算 前已分析刚短路时，电枢反应磁通路径如前已分析刚短路时，电枢反应磁通路径如图图9-6b所示，短路电流为所示，短路电流为 。当阻尼绕。当阻尼绕组电流衰减完毕，此时电枢反应磁通的路径如组电流衰减完毕，此时电枢反应磁通的路径如图图9-7a所示，短路电流为所示，短路电流为 。再经过。再经过一段时间后，励磁绕组中的感应电流全部衰减完一段时间后，励磁绕组中的感应电流全部衰减完毕，电枢反应磁通路径如毕，电枢反应磁通路径如图图9-7b所示，短路电流所示，短路电流为为 。 退出下一页上一页返回同步发电机发生突破短路后，由于电阻的影响同步发电机发生突破短路后，由于电阻的影响同步发电机发生突破短路后，由于电阻的

31、影响同步发电机发生突破短路后，由于电阻的影响, , , ,短路电短路电短路电短路电流是逐渐衰减的。流是逐渐衰减的。流是逐渐衰减的。流是逐渐衰减的。 所以（所以（ ）是受阻尼绕组影响而衰减）是受阻尼绕组影响而衰减的一部分电流，衰减时间常数的一部分电流，衰减时间常数 （ 对对应于阻尼绕组的等效电感，应于阻尼绕组的等效电感， 阻尼绕组的阻）。阻尼绕组的阻）。短路电流中（短路电流中（ ）是受励磁绕组影响而衰）是受励磁绕组影响而衰减的一部分电流，衰减时间常数减的一部分电流，衰减时间常数 （ 对应于励磁绕组的等效电感，对应于励磁绕组的等效电感， 励磁励磁绕组的电阻）。绕组的电阻）。 退出下一页上一页根据分

32、析，定子绕组电流可以写成：根据分析，定子绕组电流可以写成：退出下一页上一页（9-259-25） 此时此时A A相绕组匝链的磁通为最大，为了保持磁通不相绕组匝链的磁通为最大，为了保持磁通不变，短路电流中除周期分量变，短路电流中除周期分量式（式（9-259-25）所表示的外，所表示的外，还应存在有直流分量，因此，还应存在有直流分量，因此， A A相瞬态短路电流可相瞬态短路电流可以写成：以写成：（9-26） 退出下一页上一页 空载短路，空载短路，t=0t=0时时 =0 =0，将此条件代入，将此条件代入式（式（9-9-2626），可得直流分量的最大值为，可得直流分量的最大值为 。由于定子绕。由于定子绕

33、组电阻的影响，直流分量要衰减，衰减的快慢决定于组电阻的影响，直流分量要衰减，衰减的快慢决定于时间常数时间常数 。 瞬态短路电流如图瞬态短路电流如图9-89-8所示。图中，所示。图中，1 1是瞬态短是瞬态短路电流的周期分量，路电流的周期分量，2 2是曲线是曲线1 1的包线，的包线，3 3表示瞬态短表示瞬态短路电流中的直流分量，路电流中的直流分量，4 4表示瞬态短路电流的总值，表示瞬态短路电流的总值，5 5是总电流的包线。是总电流的包线。 退出下一页上一页 可以看出：曲线可以看出：曲线5 5的最大值是的最大值是 ，它是超瞬，它是超瞬态短路电流周期分量的态短路电流周期分量的2 2倍。由于电流的衰减，

34、经倍。由于电流的衰减，经过半个周期后，实际上的最大电流一般为超瞬态过半个周期后，实际上的最大电流一般为超瞬态短路电流周期分量的倍。短路电流周期分量的倍。退出上一页下一页图图图图9-8 9-8 9-8 9-8 当当当当 时时时时A A A A相相相相绕阻瞬态短路电流的波形图绕阻瞬态短路电流的波形图绕阻瞬态短路电流的波形图绕阻瞬态短路电流的波形图 退出下一页上一页9.2.5 9.2.5 9.2.5 9.2.5 突然短路的影响突然短路的影响突然短路的影响突然短路的影响1 1 突然短路对同步电机的影响突然短路对同步电机的影响: :（1 1）. . 冲击电流的电磁力作用冲击电流的电磁力作用 冲冲击击电电

35、流流的的电电磁磁力力很很大大，对对定定子子绕绕组组的的端端接接部部分分产产生生危危险险的的应应力力，特特别别是是在在汽汽轮轮发发电电机机里里，由由于于它它的的端端接接伸伸出出较较长长，问问题题更更为为严严重重要要准准确确地地计计算算出出来来电电磁磁力力的的大大小小很很困困难难因因为为，端端接接所所处处的的磁磁场场的的分分布布是是极极为为复杂的。复杂的。退出下一页上一页返回（2 2）. . 突然短路时的电磁转矩突然短路时的电磁转矩: : 在突然短路时，气隙磁场变化不大，而定子电流却在突然短路时，气隙磁场变化不大，而定子电流却增长很多，因此，要产生巨大的电磁转矩增长很多，因此，要产生巨大的电磁转矩

36、 电磁转矩有两类：第一类是短路后为了供给定子绕电磁转矩有两类：第一类是短路后为了供给定子绕组和转子绕组中由于电阻而引起的损耗所产生的冲击单组和转子绕组中由于电阻而引起的损耗所产生的冲击单向转矩，它对原动机是个反抗转矩。第二类是由定转子向转矩，它对原动机是个反抗转矩。第二类是由定转子具有相对运动的磁场所产生的冲击交变转矩。具有相对运动的磁场所产生的冲击交变转矩。退出下一页上一页 后一类转矩比前一类转矩有更大的数值，它的方向后一类转矩比前一类转矩有更大的数值，它的方向是正负交替的，一方面作用在原动机端的轴颈上；另一是正负交替的，一方面作用在原动机端的轴颈上；另一方面作用在定子机座的底脚螺钉上。方面

37、作用在定子机座的底脚螺钉上。 最大的突然短路交变转矩发生在线对线的不对称短最大的突然短路交变转矩发生在线对线的不对称短路，且起始磁链最大的时。对某台凸极同步电机计算过路，且起始磁链最大的时。对某台凸极同步电机计算过这个转矩，其值达到额定转矩的十二倍以上，以后很快这个转矩，其值达到额定转矩的十二倍以上，以后很快就衰减下来在设计电机转轴、机座和底脚螺钉等时，就衰减下来在设计电机转轴、机座和底脚螺钉等时，必须要考虑到这个巨大的转矩的作用必须要考虑到这个巨大的转矩的作用退出下一页上一页（3 3）. . 发热现象发热现象: : 突然短路使各绕组都出现较大的电流，而铜损耗突然短路使各绕组都出现较大的电流，

38、而铜损耗增加得就更多，不过，因为电流衰减的速度还是较快增加得就更多，不过，因为电流衰减的速度还是较快的，因此，各绕组的温升增长得并不多经验证明，的，因此，各绕组的温升增长得并不多经验证明，在变然短路中，很少发现电机受到热破坏的现象在变然短路中，很少发现电机受到热破坏的现象 退出下一页上一页2 2 2 2 突然短路对电力系统的影响突然短路对电力系统的影响突然短路对电力系统的影响突然短路对电力系统的影响: : : :（1 1）. . 破坏电力系统运行的稳定性破坏电力系统运行的稳定性: : 在线路上发生突然短路时，由于电压的降低，发电机在线路上发生突然短路时，由于电压的降低，发电机的功率送不出去，但

39、原动机的拖动转矩一时又降不下的功率送不出去，但原动机的拖动转矩一时又降不下来，因而，作用到转子上的转矩失去平衡，使发电机转来，因而，作用到转子上的转矩失去平衡，使发电机转子的转速上升而失去同步，破坏了系统的稳定性子的转速上升而失去同步，破坏了系统的稳定性（2 2）. . 产生过电压现象产生过电压现象: : 在不对称的突然短路中，分析够证明，在没有短路的在不对称的突然短路中，分析够证明，在没有短路的相绕组中会出现过电压的现象。相绕组中会出现过电压的现象。退出下一页上一页其数值一般达到额定值的其数值一般达到额定值的2323倍，视电机参数的大小倍，视电机参数的大小而定这种现象也是造成电力系统内过电压的一个因而定这种现象也是造成电力系统内过电压的一个因素。素。（3 3）. . 产生高频干犹现象产生高频干犹现象: : 在不对称突然短路中，定子绕组电流出现一系列的在不对称突然短路中，定子绕组电流出现一系列的高次谐波分量，这些高频电流在输电线上所产生的磁高次谐波分量，这些高频电流在输电线上所产生的磁场，对附近的通讯电路发生干扰作用。场，对附近的通讯电路发生干扰作用。退出上一页返回