电力系统三相短路优秀PPT.ppt

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1、电力系统三相短路你现在浏览的是第一页，共123页第一节短路的一般概念l故障故障:一般指短路和断线一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障分为简单故障和复杂故障l简单故障简单故障:电力系统中的单一故障电力系统中的单一故障l复杂故障复杂故障:同时发生两个或两个以上故障同时发生两个或两个以上故障l短路短路:指一切指一切不正常不正常的相与相之间或相与地之间（对于的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。中性点接地的系统）发生通路的情况。你现在浏览的是第二页，共123页l5.1.1短路的原因、类型及后果你现在浏览的是第三页，共123页绝缘材料的绝缘材料的自然老化自然老化，设计、安装

2、及维护不良所带来，设计、安装及维护不良所带来的的设备缺陷设备缺陷发展成短路。发展成短路。恶劣天气：雷击造成的恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器闪络放电或避雷器动作，架空动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。修后未拆除地线就加上电压引起短路。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。二、短路的主要原因二、短路的主要原因你现在浏览的是第四页，共123页你现在浏览的是第五页，共12

3、3页(1)(1)电流电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设备过热甚至损坏设备过热甚至损坏;由于短路电流的由于短路电流的电动力电动力效应，导体间效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。(2)(2)电压电压大幅度下降，对用户影响很大。大幅度下降，对用户影响很大。(3)(3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的行的发电机可能失去同步发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停

4、电，这是短路最严重的后果。成大面积停电，这是短路最严重的后果。(4)(4)发生不对称短路时发生不对称短路时,三相不平衡电流三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感会在相邻的通讯线路感应出电动势应出电动势,影响通讯影响通讯.三、短路的危害三、短路的危害你现在浏览的是第六页，共123页4.4.预防短路措施：预防短路措施：采取合理的防雷措施，加强运行维护管理；线路上安装电抗器。采用继电保护装置，切除故障设备，保证无故障部分安全运行；架空线路采用自动重合闸装置；你现在浏览的是第七页，共123页四、计算短路电流的目的短路电流计算结果短路电流计算结果l是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆是选择电气设

5、备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；等）的依据；l是电力系统继电保护设计和整定的基础；是电力系统继电保护设计和整定的基础；l是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。据，根据它可以确定限制短路电流的措施。你现在浏览的是第八页，共123页（1 1）电势都同相位：电势都同相位：短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都同相位。认为所有发电机的电势都同相位。（2 2）负荷近似估计负荷近似估计：或当作：或当作恒定电抗恒定电抗，或当作某种临时，或当作某种临时

6、附附加电源加电源，视具体情况而定。，视具体情况而定。（3 3）不不计计磁磁路路饱饱和和：系系统统各各元元件件的的参参数数都都是是恒恒定定的的，可可以以应用叠加原理。应用叠加原理。计算短路电流的基本假设计算短路电流的基本假设你现在浏览的是第九页，共123页（4 4）对称三相系统对称三相系统：除不对称故障处出现局部的不对称以外，实：除不对称故障处出现局部的不对称以外，实际的电力系统通常都当做是对称的。际的电力系统通常都当做是对称的。（5 5）纯电抗表示纯电抗表示:忽略高压输电线的电阻和电容，忽略变压器忽略高压输电线的电阻和电容，忽略变压器的电阻和励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值电路除外），的电

7、阻和励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值电路除外），加上所有发电机电势都同相位的条件，这就避免了复数运算。加上所有发电机电势都同相位的条件，这就避免了复数运算。（6 6）金属性短路金属性短路:短路处相与相（或地）的接触往往经过一定短路处相与相（或地）的接触往往经过一定的电阻（如外物电阻、电弧电阻、接触电阻等），这种电阻通的电阻（如外物电阻、电弧电阻、接触电阻等），这种电阻通常称为常称为“过渡电阻过渡电阻”。所谓金属性短路，就是不计过渡电阻的影。所谓金属性短路，就是不计过渡电阻的影响，即认为过渡电阻等于零的短路情况。响，即认为过渡电阻等于零的短路情况。你现在浏览的是第十页，共123页11计算短路

8、电流的基本程序1.1.制定等值网络并计算各元件在统一基准值下的标幺值。制定等值网络并计算各元件在统一基准值下的标幺值。2.2.网络简化：网络简化：图图5.25.2网络简化的最终形式网络简化的最终形式(a)(a)一个等值电源支路一个等值电源支路(b)(b)多个有源支路的星形电路多个有源支路的星形电路3.3.考虑在短路点附近的大型电动机对短路电流的影响。考虑在短路点附近的大型电动机对短路电流的影响。4.4.计算指定时刻短路点发生某种短路时的短路电流。计算指定时刻短路点发生某种短路时的短路电流。5.5.计算网络个支路的短路电流和各母线的电压。计算网络个支路的短路电流和各母线的电压。你现在浏览的是第十

9、一页，共123页二、网络变换与化简几个阻抗串联，其等值阻抗为几个阻抗串联，其等值阻抗为几个阻抗串联，其等值阻抗为几个阻抗串联，其等值阻抗为1.阻抗的串并联几个阻抗并联，其等值阻抗为几个阻抗并联，其等值阻抗为几个阻抗并联，其等值阻抗为几个阻抗并联，其等值阻抗为或或或或你现在浏览的是第十二页，共123页1.网络的等值变换网络的等值变换星形与三角形变换星形与三角形变换图图6-30 6-30 星形星形(a)(a)和三角形和三角形(b)(b)变换变换(a)(b)你现在浏览的是第十三页，共123页你现在浏览的是第十四页，共123页星网变换星网变换图图 5.4 5.4 星网变换星网变换 具有具有K个支路的星

10、形网络变换为个支路的星形网络变换为K个定点的网形网络，变换前后各顶点电压以及经这些点流个定点的网形网络，变换前后各顶点电压以及经这些点流入网络的电流不变，则网行网络中任意两个顶点入网络的电流不变，则网行网络中任意两个顶点m和和s间的支路阻抗为间的支路阻抗为其中其中你现在浏览的是第十五页，共123页16在星形网络中某支路的端点发生短路，对于计算短路点的短路电流而言，各电源在星形网络中某支路的端点发生短路，对于计算短路点的短路电流而言，各电源供给的短路电流仅决定于该电源的电势和电源点到短路点间的转移阻抗，而与各供给的短路电流仅决定于该电源的电势和电源点到短路点间的转移阻抗，而与各电源之间的阻抗无关

11、。因而，再以计算短路电流为目的的星网变换时，不必将网电源之间的阻抗无关。因而，再以计算短路电流为目的的星网变换时，不必将网行网络中的全部阻抗算出，只要求出各电源点到短路点间的转移阻抗即可，此时，行网络中的全部阻抗算出，只要求出各电源点到短路点间的转移阻抗即可，此时，电源电源i i到短路点到短路点f f间的转移阻抗为间的转移阻抗为其中其中你现在浏览的是第十六页，共123页（2）等值电源法）等值电源法图图 等值电源法等值电源法(a)(b)你现在浏览的是第十七页，共123页即对于两条有源支路并联对于两条有源支路并联式中 由戴维南定理得：由戴维南定理得：由戴维南定理得：由戴维南定理得：由图知代入 你现

12、在浏览的是第十八页，共123页5.3转移阻抗l5.3.1转移阻抗的定义l当复杂网络消去电源点与短路点以外的全部中间节点，得到如图所示的电路，Zif就是电源i对短路点f的转移阻抗。l设电力系统中有m个电源，根据叠加原理，在f点短路以后短路点总的短路电流等于m个电源分别单独作用提供的短路电流之和。即：19式中式中是电源是电源i i单独作用，其他电源单独作用，其他电源都被短接时，短路点都被短接时，短路点f f的短路电流的短路电流你现在浏览的是第十九页，共123页l转移阻抗的定义：电源i对短路点f的转移阻抗等于电势与由单独作用在f点产生的电流之比：20在短路电流的计算中，往往不仅需要知道短路点中的短路

13、电流，而且还需要知道在短路电流的计算中，往往不仅需要知道短路点中的短路电流，而且还需要知道各电源单独提供的短路电流，这是用转移阻抗计算就十分方便，各电源单独提供的短路电流，这是用转移阻抗计算就十分方便，用等值电源法将上图中的电路简化为最简形式，总的短路电流为用等值电源法将上图中的电路简化为最简形式，总的短路电流为式中式中是短路点的输入阻抗，数值上等于各电源点对短路点的转移阻抗的并联值是短路点的输入阻抗，数值上等于各电源点对短路点的转移阻抗的并联值你现在浏览的是第二十页，共123页Z6Z5fZ7Z4Z2Z3Z1Z10Z5fZ7Z8Z2Z9Z1fZ13Z11Z12Z2Z1fZ2fZ1f转移阻抗转移

14、阻抗5.3.2求转移阻抗的方法求转移阻抗的方法1.1.网络化简法网络化简法网络化简法网络化简法求转移阻抗的过程你现在浏览的是第二十一页，共123页2.2.分布系数法分布系数法分布系数法分布系数法l右图中，若各电源电势相等，即22各电源单独作用时向短路点提供的电流分别为各电源单独作用时向短路点提供的电流分别为短路点的总电流为短路点的总电流为设设称支路称支路i i的电流分布系数，它是电源的电流分布系数，它是电源i i单独提供的短路电流占总电流的份额。单独提供的短路电流占总电流的份额。若若你现在浏览的是第二十二页，共123页23例题：如图所示，已知例题：如图所示，已知P116P116以及各支路电抗，

15、求网络各支路的电以及各支路电抗，求网络各支路的电流分布系数和电源点对电路点的转移流分布系数和电源点对电路点的转移电抗。电抗。你现在浏览的是第二十三页，共123页图图6-35 6-35 求电流分布系数示意图求电流分布系数示意图你现在浏览的是第二十四页，共123页电流分布系数的特点：电流分布系数的特点：所以因为图图6-35 6-35 求电流分布系数示意图求电流分布系数示意图你现在浏览的是第二十五页，共123页(2)分布系数与转移阻抗之间的关系分布系数与转移阻抗之间的关系；你现在浏览的是第二十六页，共123页（3）电流分布系数的确定方法）电流分布系数的确定方法单位电流法单位电流法令令你现在浏览的是第

16、二十七页，共123页网络还原法网络还原法图图5-37 5-37 并联支路的电流分布系数并联支路的电流分布系数两端同时除以短路电流两端同时除以短路电流 你现在浏览的是第二十八页，共123页对于两条并联支路且短路发生在总支路上时（对于两条并联支路且短路发生在总支路上时（）你现在浏览的是第二十九页，共123页三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算1.1.起始次暂态电流的计算起始次暂态电流的计算l l起始次暂态电流起始次暂态电流起始次暂态电流起始次暂态电流：短路电流周期分量（基频分量）的：短路电流周期分量（基频分量）的初值。初值。l l静止元件的次暂态参数与稳态参

17、数相同静止元件的次暂态参数与稳态参数相同静止元件的次暂态参数与稳态参数相同静止元件的次暂态参数与稳态参数相同。实用计算：实用计算：不计负载影响：不计负载影响：l发电机发电机：用次暂态电势：用次暂态电势 和次暂态电抗和次暂态电抗 表示。表示。你现在浏览的是第三十页，共123页l异步电动机异步电动机：图图6-40 6-40 异步电机简化相量图异步电机简化相量图 近似计算：近似计算：近似计算：近似计算：你现在浏览的是第三十一页，共123页l综合负荷综合负荷：l输电线路和变压器输电线路和变压器：次暂态参数与其稳：次暂态参数与其稳 态参数相同态参数相同。用用次次暂暂态态参参数数表表示示的的等等值值电电路

18、路及及次次暂暂态态电电流流计计算算你现在浏览的是第三十二页，共123页2.2.冲击电流的计算冲击电流的计算l l异步电机的提供的异步电机的提供的异步电机的提供的异步电机的提供的冲击电流：冲击电流：冲击电流：冲击电流：冲击电流冲击电流发电机冲击发电机冲击系数系数P16P16对小容量电机和综合负荷：对小容量电机和综合负荷：对小容量电机和综合负荷：对小容量电机和综合负荷：容量为容量为容量为容量为200500kW200500kW的异步电机：的异步电机：的异步电机：的异步电机：容量为容量为容量为容量为1000kW1000kW以上的异步电机：以上的异步电机：以上的异步电机：以上的异步电机：例例例例6 65

19、 5你现在浏览的是第三十三页，共123页四、短路电流计算曲线及其应用四、短路电流计算曲线及其应用 作用作用：求任意时刻：求任意时刻t t的短路电流周期分量。的短路电流周期分量。1.计算曲线的概念计算曲线的概念 定义计算电抗定义计算电抗则则在发电机的参数和运行初态给定后，在发电机的参数和运行初态给定后，短路电流短路电流仅是仅是电电源到短路点的距离源到短路点的距离 和和时间时间的函数。的函数。你现在浏览的是第三十四页，共123页2.计算曲线的制作计算曲线的制作汽轮发电机汽轮发电机(18(18种种):12MW):12MW 200MW200MW 水轮发电机水轮发电机(17(17种种):12.5MW):

20、12.5MW 225MW225MW制作计算曲线的典型接线图制作计算曲线的典型接线图当当X Xjsjs3.453.45时时你现在浏览的是第三十五页，共123页3.计算曲线的应用计算曲线的应用电源合并的原则电源合并的原则：把短路电流变化规律大体相同的发：把短路电流变化规律大体相同的发电机合并起来电机合并起来 。（3)3)远离短路点的同类型发电厂合并；远离短路点的同类型发电厂合并；（4)4)无限大功率电源（如果有的话）合并成无限大功率电源（如果有的话）合并成 一组。一组。（1)1)与短路点电气距离相差不大的同类型发与短路点电气距离相差不大的同类型发 电机合并；电机合并；（2)2)直接接于短路点的发电

21、机（或发电厂）直接接于短路点的发电机（或发电厂）单独考虑；单独考虑；你现在浏览的是第三十六页，共123页应用计算曲线法的步骤应用计算曲线法的步骤（1 1）绘制等值网络；）绘制等值网络；（2 2）求转移电抗：）求转移电抗：X Xifif(i i=1,2,=1,2,g),g)、X Xsfsf；（3 3）求计算电抗；）求计算电抗；（4 4）查表：）查表：Ipt1*，Ipt2*，Iptg*。（5 5）无限大功率电源供给的短路周期电流）无限大功率电源供给的短路周期电流你现在浏览的是第三十七页，共123页第第i i台等值发电机提供的短路电流为：台等值发电机提供的短路电流为：无限大功率电源提供的短路电流为：

22、无限大功率电源提供的短路电流为：短路点周期电流的有名值为：短路点周期电流的有名值为：(6)(6)计算短路电流周期分量的有名值计算短路电流周期分量的有名值例例6 66 6你现在浏览的是第三十八页，共123页五、短路电流周期分量的近似计算五、短路电流周期分量的近似计算(1)(1)选定基准功率选定基准功率 和基准电压和基准电压 ，作出，作出系统的标幺值等值电路，其中电源电势系统的标幺值等值电路，其中电源电势 ，不，不计负荷。计负荷。(2)(2)网络化简求出电源对短路点的组合电抗网络化简求出电源对短路点的组合电抗 (3)(3)求短路电流周期分量的标幺值求短路电流周期分量的标幺值基本思想假定电源为恒定电

23、势源，周期分假定电源为恒定电势源，周期分假定电源为恒定电势源，周期分假定电源为恒定电势源，周期分量的幅值不随时间而变化。量的幅值不随时间而变化。量的幅值不随时间而变化。量的幅值不随时间而变化。你现在浏览的是第三十九页，共123页（4 4）电流有名值）电流有名值（5 5）功率的有名值）功率的有名值你现在浏览的是第四十页，共123页近似计算的应用近似计算的应用确定未知系统的电抗确定未知系统的电抗(已知短路电流或短路功率已知短路电流或短路功率)：未知未知系统系统你现在浏览的是第四十一页，共123页例例6-76-7 图图6-48 6-48 例例6-76-7的电力系统及其等值网络的电力系统及其等值网络你

24、现在浏览的是第四十二页，共123页例例6-86-8你现在浏览的是第四十三页，共123页l恒定电势源恒定电势源（又称（又称无限大功率电源无限大功率电源），是指端电压幅值和频），是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。一、三相短路的暂态过程一、三相短路的暂态过程第二节恒定电势源电路的三相短路图图6-1 6-1 简单三相电路短路简单三相电路短路你现在浏览的是第四十四页，共123页l短路前短路前电路处于电路处于稳态稳态：你现在浏览的是第四十五页，共123页a a相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：其解就是短路的全电

25、流，它由两部分组成：周期分量周期分量和和非周期分量非周期分量。假定假定t t0 0时刻发生短路时刻发生短路你现在浏览的是第四十六页，共123页短路电流的强制分量短路电流的强制分量,并记为并记为 周期分量：周期分量：你现在浏览的是第四十七页，共123页非周期电流非周期电流 ：短路电流的自由分量短路电流的自由分量,记为记为 特征方程特征方程 的根。的根。非周期分量电流衰减的时间常数非周期分量电流衰减的时间常数 （C C C C为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）你现在浏览的是第四十八页，共123页短路的全电流可表示为短路的

26、全电流可表示为：短路电流短路电流短路电流短路电流不突变不突变不突变不突变短路前电流短路前电流短路前电流短路前电流积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解你现在浏览的是第四十九页，共123页短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示在时间轴上的投在时间轴上的投在时间轴上的投在时间轴上的投影代表各量的瞬影代表各量的瞬影代表各量的瞬影代表各量的瞬时值时值时值时值你现在浏览的是第五十页，共123页l指短路电流最大可能的瞬时值，用指短路电流最大可能的瞬时值，用 表示。表示。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。(1)(1)相量差相量差 有最

27、大可能值；有最大可能值；(2)(2)相量差相量差 在在t t0 0时与时间轴平行。时与时间轴平行。一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即 ，故可近似认为，故可近似认为 。因此，非周期电流有最大值。因此，非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（的条件为：短路前电路空载（I Im m=0),=0),并且短路发生时，并且短路发生时，电源电势过零（电源电势过零（0 0）。）。二、短路冲击电流二、短路冲击电流非周期电流有最大初值的条件应为：非周期电流有最大初值的条件应为：你现在浏览的是第五十一页，共123页图图6-3 6-3 短路电流非周期分量有

28、最大可能值的条件图短路电流非周期分量有最大可能值的条件图 非周期电流有最非周期电流有最大值的条件为大值的条件为（1）短路前电路空载短路前电路空载（Im=0)；（2）短路发生时，）短路发生时，电源电势过零（电源电势过零（0）。）。你现在浏览的是第五十二页，共123页将将 ，和和 0 0代入式短路全电流表达式：代入式短路全电流表达式：短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现（如图（如图6-46-4）。若。若 HzHz，这个时间约为，这个时间约为0.010.01秒，将其代入式（秒，将其代入式（6-86-8），可得短路冲击电流），可得短路冲击电流

29、 ：k kimim为冲击系数为冲击系数,实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在发电机电压发电机电压发电机电压发电机电压母线母线母线母线时时时时k k k kimimimim1.91.9；短路发生在；短路发生在发电厂高压母线发电厂高压母线时时k kimim1.851.851.851.85；在；在；在；在其它地点其它地点其它地点其它地点短路短路k k k kimim1.81.81.81.8。P113你现在浏览的是第五十三页，共123页图图6-4 6-4 非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图你现在浏览的是第五十四页，共123页三、短路电流的有效值三、

30、短路电流的有效值l在短路过程中，任意时刻在短路过程中，任意时刻t t的的短路电流有效值短路电流有效值，是指，是指以时刻以时刻t t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即即 为为了了简简化化计计算算，通通常常假假定定：非非周周期期电电流流在在以以时时间间t t为为中中心心的的一一个个周周期期内内恒恒定定不不变变，因因而而它它在在时时间间t t的的有有效效值值就等于它的瞬时值，即就等于它的瞬时值，即你现在浏览的是第五十五页，共123页对于对于周期电流周期电流，认为它在所计算的周期内是幅值恒定，认为它在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等于由周期电流包络线所

31、确定的的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的t t时刻时刻的幅值。因此，的幅值。因此，t t时刻的周期电流有效值应为时刻的周期电流有效值应为图图6-5 6-5 短路电流有效值的确定短路电流有效值的确定你现在浏览的是第五十六页，共123页根据上述假定条件，公式根据上述假定条件，公式(6-10)(6-10)就可以简化为就可以简化为 ：短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的断流能力断流能力或耐力强度或耐力强度。（6-11）短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心

32、为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：t=0.01st=0.01s你现在浏览的是第五十七页，共123页短短路路容容量量也也称称为为短短路路功功率率，它它等等于于短短路路电电流流有有效效值值同同短短路路处处的的正正常常工工作作电电压压（一一般般用用平平均均额额定定电电压压）的乘积，即的乘积，即用标幺值表示时用标幺值表示时短路容量短路容量主要用来主要用来校验开关的切断能力。校验开关的切断能力。四、短路容量四、短路容量你现在浏览的是第五十八页，共123页第三节同步发电机的基本方程同步电机的结构同步电机的结构l有阻尼绕组的凸极式同步有阻尼绕组的凸极

33、式同步发电机发电机 定子方面定子方面有静止的三相绕组有静止的三相绕组a a、b b、c c；转子方面转子方面有与转子一起旋转有与转子一起旋转的一个的一个励磁绕组励磁绕组f f、纵轴等效阻尼绕组纵轴等效阻尼绕组D D和和横轴横轴等效阻尼绕组等效阻尼绕组Q Q。l隐极式同步发电机，没有两隐极式同步发电机，没有两个阻尼绕组。个阻尼绕组。你现在浏览的是第五十九页，共123页理想同步发电机理想同步发电机(1)(1)电电机机导导磁磁部部分分的的导导磁磁系系数数不不变变。即即把把同同步步发发电电机机简化为一线性元件。简化为一线性元件。(2)(2)电机转子在结构上对纵轴及横轴分别对称。电机转子在结构上对纵轴及

34、横轴分别对称。(3)(3)定定子子a a、b b、c c三三相相绕绕组组在在空空间间互互差差120,120,是是完完全全对对称称而又相同的三个绕组。而又相同的三个绕组。(4)(4)定定子子绕绕组组沿沿定定子子作作均均匀匀分分布布。这这样样可可使使定定子子电电流流在在空空气气隙隙中中产产生生正正弦弦分分布布的的磁磁势势，定定子子绕绕组组与与转转子子绕绕组组间间的的互感磁通在空气隙中也按正弦分布。互感磁通在空气隙中也按正弦分布。你现在浏览的是第六十页，共123页图图6-6 6-6 同步发电机各绕组轴线正方向示意图同步发电机各绕组轴线正方向示意图一、同步发电机的原始方程一、同步发电机的原始方程正方向

35、的规定：正方向的规定：(1)(1)绕组轴线的正方向绕组轴线的正方向作为磁链的正方向作为磁链的正方向.(2)(2)定子绕组产生的磁链定子绕组产生的磁链方向与轴线方向方向与轴线方向相反相反时时的电流为正值的电流为正值.(3)(3)转子绕组产生的磁转子绕组产生的磁链方向与轴线方向链方向与轴线方向相相同同时的电流为正值时的电流为正值.（4 4）电压的正方向）电压的正方向如图如图6 67 7示。示。你现在浏览的是第六十一页，共123页图图6-7 6-7 同步发电机各回路电路同步发电机各回路电路你现在浏览的是第六十二页，共123页式中：式中：1.电势方程和磁链方程电势方程和磁链方程电势方程：电势方程：你现

36、在浏览的是第六十三页，共123页磁链方程：磁链方程：你现在浏览的是第六十四页，共123页南京理工大学65上述方程组共上述方程组共12各方程，其中有各方程，其中有18个运行变量（电压、电流、个运行变量（电压、电流、磁链），一般电压作为已知量，另外磁链），一般电压作为已知量，另外12个未知量可通过方程组个未知量可通过方程组解出。解出。你现在浏览的是第六十五页，共123页(1)定子各相绕组的自感系数（定子各相绕组的自感系数（以以a a相为例相为例）2.电感系数电感系数图图6-8 6-8 定子绕组的自感定子绕组的自感 你现在浏览的是第六十六页，共123页图图6-8 6-8 定子绕组的自感定子绕组的自感

37、 你现在浏览的是第六十七页，共123页图图6-8 6-8 自感自感Laa的变化规律的变化规律由此可见，由此可见，a a相自感系数是相自感系数是角的周期函数，其变角的周期函数，其变化周期为化周期为。你现在浏览的是第六十八页，共123页以以a a相与相与b b相之间的互感系数相之间的互感系数L Labab为例为例(2)定子绕组间的互感定子绕组间的互感图图6-9 6-9 定子绕组间的互感定子绕组间的互感你现在浏览的是第六十九页，共123页图图6-9定子绕组间的互感定子绕组间的互感你现在浏览的是第七十页，共123页图图6-9 6-9 互感互感L Labab的变化规律的变化规律由此可见，定子互感系数也是

38、由此可见，定子互感系数也是角的周期函数，其周角的周期函数，其周期为期为。你现在浏览的是第七十一页，共123页l转子各绕组的自感系数转子各绕组的自感系数L Lffff、L LDDDD和和L LQQQQ都是常数，分别都是常数，分别改记为改记为L Lf f、L LD D和和L LQ Q。l转转子子各各绕绕组组间间的的互互感感系系数数亦亦应应为为常常数数。两两个个纵纵轴轴绕绕组组（励励磁磁绕绕组组f f和和阻阻尼尼绕绕组组D D）之之间间的的互互感感系系数数L LfDfD=L LDfDf=常常数数。由由于于转转子子的的纵纵轴轴绕绕组组和和横横轴轴绕绕组组互互相相垂垂直直，它们之间的互感系数为零，即它们

39、之间的互感系数为零，即L LfQfQ=L LQfQf=L LDQDQ=L LQDQD=0=0。(3)转子上各绕组的自感系数和互感系数转子上各绕组的自感系数和互感系数你现在浏览的是第七十二页，共123页(4)定子绕组和转子绕组间的互感系数定子绕组和转子绕组间的互感系数以励磁绕组与定子以励磁绕组与定子a a相绕组间的互感相绕组间的互感L Lafaf为例为例图图6-10 6-10 定子绕组与励磁绕组间的互感定子绕组与励磁绕组间的互感你现在浏览的是第七十三页，共123页图图6-10 6-10 定子绕组与励磁绕组间的互感定子绕组与励磁绕组间的互感你现在浏览的是第七十四页，共123页图6-10 互感Laf

40、的变化规律 由此可见，定子绕组和转子绕组间的互感系数是由此可见，定子绕组和转子绕组间的互感系数是角角的周期函数，其周期为的周期函数，其周期为22。你现在浏览的是第七十五页，共123页二同步发电机的基本方程1.派克变换派克变换磁链方程式中出现变系数的原因主要是：磁链方程式中出现变系数的原因主要是：(1)(1)转转子子的的旋旋转转使使定定、转转子子绕绕组组间间产产生生相相对对运运动动，致致使使定定、转子绕组间的转子绕组间的互感系数互感系数发生相应的周期性变化。发生相应的周期性变化。(2)(2)转转子子在在磁磁路路上上只只是是分分别别对对于于d d轴轴和和q q轴轴对对称称而而不不是是任任意意对对称

41、称的的，转子的旋转也导致定子各绕组的自感和互感的周期性变化。转子的旋转也导致定子各绕组的自感和互感的周期性变化。你现在浏览的是第七十六页，共123页l同同步步电电机机稳稳态态对对称称运运行行时时，电电枢枢磁磁势势幅幅值值不不变变，转转速速恒恒定定，对对于于转转子子相相对对静静止止。它它可可以以用用一一个个以以同同步步转转速速旋旋转转的的矢矢量量 来来表表示示。如如果果定定子子电电流流用用一一个个同同步步旋旋转转的的通通用用相相量量 表表示示，那那么么，相相量量 与与相相量量 在在任任何何时时刻刻都都同相位，而且在数值上成比例，如图同相位，而且在数值上成比例，如图6-116-11所示。所示。你现

42、在浏览的是第七十七页，共123页图图6-11 6-11 通用电流相量在两种坐标系统上的投影关系通用电流相量在两种坐标系统上的投影关系你现在浏览的是第七十八页，共123页由两种不同的投影可得他们之间的关系44你现在浏览的是第七十九页，共123页l通通过过这这种种变变换换，将将三三相相电电流流i ia a、i ib b、i ic c变变换换成成了了等等效效的的两相电流两相电流i id d和和i iq q。l可可以以设设想想：这这两两个个电电流流是是定定子子的的两两个个等等效效绕绕组组dddd和和qqqq中中的的电电流流。这这组组等等效效的的定定子子绕绕组组dddd和和qqqq不不像像实实际际的的a

43、 a、b b、c c三三相相绕绕组组那那样样在在空空间间静静止止不不动动，而而是是随随着着转转子子一一起起旋旋转转。等等效效绕绕组组中中的的电电流流产产生生的的磁磁势势对对转转子子相相对对静静止止，它它所所遇遇到到的的磁磁路路磁磁阻阻恒恒定定不不变变，相相应应的的电感系数也就变为常数电感系数也就变为常数了。了。你现在浏览的是第八十页，共123页l当定子绕组内存在幅值恒定的三相对称电流时，由式当定子绕组内存在幅值恒定的三相对称电流时，由式(6-27)(6-27)确定的确定的i id d和和i iq q都是常数。即：等效的都是常数。即：等效的dddd、qqqq绕绕组的电流是直流。组的电流是直流。l

44、如如果果定定绕绕组组中中存存在在三三相相不不对对称称的的电电流流，只只要要是是一一个个平平衡衡的三相系统，即满足的三相系统，即满足 i ia a+i ib b+i ic c=0=0仍仍然然可可以以用用一一个个通通用用相相量量来来代代表表三三相相电电流流，不不过过这这时时通通用用相相量量的的幅幅值值和和转转速速都都不不是是恒恒定定的的，因因而而它它在在d d轴和轴和q q轴上的投影也是幅值变化的。轴上的投影也是幅值变化的。你现在浏览的是第八十一页，共123页当当定定子子三三相相电电流流构构成成不不平平衡衡系系统统时时，三三相相电电流流是是三三个个独独立立的的变变量量，仅仅用用两两个个新新变变量量

45、(d(d轴轴分分量量和和q q轴轴分分量量)不不足足以以代代表表原原来来的的三三个个变变量量。为为此此，需需要要增增选选第第三三个个新新变量变量i i0 0，其值为，其值为i i0 0为定子电流的零轴分量。为定子电流的零轴分量。你现在浏览的是第八十二页，共123页从而构成了一个从从而构成了一个从a a、b b、c c坐标系统到坐标系统到d d、q q、0 0坐标系统坐标系统的变换，可写成矩阵形式的变换，可写成矩阵形式idq0=Piabc你现在浏览的是第八十三页，共123页你现在浏览的是第八十四页，共123页由由此此可可见见，当当三三相相电电流流不不平平衡衡时时，每每相相电电流流中中都都含含有有

46、相相同同的的零零轴轴分分量量i i0 0。由由于于定定子子三三相相绕绕组组完完全全对对称称，在在空空间间互互相相位位移移120120电电角角度度，三三相相零零轴轴电电流流在在气气隙隙中中的的合合成成磁磁势势为为零零，故故不不产产生生与与转转子子绕绕组组相相交交链链的的磁磁通通。它它只只产产生生与与定定子子绕绕组组交交链链的的磁磁通通，其其值值与与转转子子的的位置无关。位置无关。上述变换称为上述变换称为派克派克(Park)(Park)变换变换.例6-1你现在浏览的是第八十五页，共123页2.d、q、0系统的电势方程系统的电势方程左乘左乘P P 由于由于 dq0dq0=PPabcabc所以所以你现

47、在浏览的是第八十六页，共123页你现在浏览的是第八十七页，共123页于是得到于是得到d d、q q、0 0轴分量表示的电势方程式轴分量表示的电势方程式你现在浏览的是第八十八页，共123页3d、q、0系统的磁链方程和电感系数系统的磁链方程和电感系数左乘以左乘以P P 你现在浏览的是第八十九页，共123页经过运算可得经过运算可得你现在浏览的是第九十页，共123页用标幺值表示时同步发电机的基本方程：用标幺值表示时同步发电机的基本方程：你现在浏览的是第九十一页，共123页4.功率公式功率公式你现在浏览的是第九十二页，共123页（1 1）转子转速不变并等于额定转速）转子转速不变并等于额定转速 ；（2 2

48、）电电机机纵纵轴轴向向三三个个绕绕组组只只有有一一个个公公共共磁磁通通，而而不存在只同两个绕组交链的漏磁通。不存在只同两个绕组交链的漏磁通。三、同步发电机稳态运行的电势方程三、同步发电机稳态运行的电势方程1.基本方程的实用化基本方程的实用化你现在浏览的是第九十三页，共123页(3)(3)略去定子电势方程中的变压器电势，即认为略去定子电势方程中的变压器电势，即认为 ，这条假设适用于不计定子回路，这条假设适用于不计定子回路电磁暂态过程或者对定子电流中的非周期分量另行电磁暂态过程或者对定子电流中的非周期分量另行考虑的场合；考虑的场合；(4)(4)定定子子回回路路的的电电阻阻只只在在计计算算定定子子电

49、电流流非非周周期期分分量量衰衰减时予以计及，而在其它计算中则略去不计。减时予以计及，而在其它计算中则略去不计。在在(1)(1)、(2)(2)两两项项假假设设条条件件的的基基础础上上，可可将将基基本本方方程程改写如下：改写如下：你现在浏览的是第九十四页，共123页转转转转P83P83你现在浏览的是第九十五页，共123页和和E Eq q分别代表励磁电流对定子绕组产生的互感分别代表励磁电流对定子绕组产生的互感磁链（即空载磁链）和相应的感应电势，磁链（即空载磁链）和相应的感应电势，E Eq q即通常所指即通常所指的的空载电势空载电势。稳稳态态时时，等等效效阻阻尼尼绕绕组组中中电电流流为为零零，励励磁磁

50、电电流流 是是常常数数。略略去去定定子子电电阻阻R R，定定子子电势方程电势方程将为将为2.稳态运行的电势方程、相量图和等值电路稳态运行的电势方程、相量图和等值电路式中，式中，你现在浏览的是第九十六页，共123页相量形式相量形式:选选q q轴作为虚轴，比轴作为虚轴，比q q轴落后轴落后9090的方向为实轴，则有：的方向为实轴，则有：相应的交流等值电路如图相应的交流等值电路如图6-126-12所示。所示。你现在浏览的是第九十七页，共123页图图6-12凸极机的等值电路凸极机的等值电路（a）纵轴向（）纵轴向（b）横轴向）横轴向你现在浏览的是第九十八页，共123页令令,可将式可将式(6-49)(6-