同步发电机突然三相短路中的几个问题
第2章作业参考答案
2-1 为何要对同步发电机的基本电压方程组及磁链方程组进行派克变换？
答：由于同步发电机的定子、转子之间存在相对运动，定转子各个绕组的磁路会发生周期性的变化，故其电感系数（自感和互感）或为1倍或为2倍转子角θ的周期函数（θ本身是时间的三角周期函数），故磁链电压方程是一组变系数的微分方程，求解非常困难。因此，通过对同步发电机基本的电压及磁链方程组进行派克变换，可把变系数微分方程变换为常系数微分方程。
2-2 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？试用磁链守恒原理说明它们是如何产生的？
答：无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流中出现的分量包含：a）基频交流分量(含强制分量和自由分量)，基频自由分量的衰减时间常数为T d’。
b）直流分量（自由分量），其衰减时间常数为T a。
c）倍频交流分量（若d、q磁阻相等，无此量），其衰减时间常数为T a。
转子电流中出现的分量包含：
a）直流分量(含强制分量和自由分量)，自由分量的衰减时间常数为T d’。
b）基频分量（自由分量），其衰减时间常数为T a。
产生原因简要说明：
1)三相短路瞬间，由于定子回路阻抗减小，定子电流突然增大，电枢反应
使得转子f绕组中磁链突然增大，f绕组为保持磁链守恒，将增加一个自
由直流分量，并在定子回路中感应基频交流，最后定子基频分量与转子
直流分量达到相对平衡（其中的自由分量要衰减为0）.
2)同样，定子绕组为保持磁链守恒，将产生一脉动直流分量（脉动是由于d、
q不对称），该脉动直流可分解为恒定直流以及倍频交流，并在转子中感
应出基频交流分量。这些量均为自由分量，最后衰减为0。
2-3 有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？
答：有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流和转子电流中出现的分量与无阻尼绕组的情况相同。衰减时间常数如下： a) 定子基频自由分量的衰减时间常数有3个：
'
d T 、
"
d T 、
"
q T ，分别对应于f
绕组、D 绕组和Q 绕组。
b) 定子直流分量和倍频分量（自由分量），其衰减时间常数均为Ta 。 c ） 转子自由直流分量的衰减时间常数为
"
d T 、
'
d T 。
d ） 转子基频分量（自由分量），其衰减时间常数为T a 。
产生原因说明：f 绕组与无阻尼绕组的情况相同。另外增加了D 绕组和Q 绕组，这两个绕组中与f 绕组类似，同样要产生直流分量和基频交流分量（f 绕组与D 绕组间要相互感应自由直流分量），但全部为自由分量，最后衰减为0。定子绕组中也有相应分量与之对应。
2-4 为什么要引入暂态电势E q ’ 、E q ” 、E d ” 、E ” ？
答：不计阻尼回路时，E q ’为暂态电动势，它与励磁绕组磁链Ψf 有关，故在扰动前后瞬间不变，可用来计算短路后瞬间的基频交流分量。当计及阻尼回路时，E q ”为q 轴次暂态电动势，由于其正比于f 绕组磁链和D 绕组磁链的线性组合，可用来计算短路后瞬间基频d 轴次暂态电流初始值，E d ”为d 轴次暂态电动势，
解： cos 0.8?=； 036.87?=
000
1
136.870.80.6
10.8(0.80.6) 1.480.64 1.6124523.38523.385()
Q q q Q d d q U I j E U j I X j j i E E j I x x δ==∠=-=+=+-=+=∠==+-
2 5 : 1.2, 0.8, '0.29, "0.25, "0.35 1,1, cos 0.8'"""d q d d q Q q q q d x x x x x U I E E E E E E ?-========已知同步发电机的参数为。发电机在额定运行时，。试计算额定运行状态下同步发电机的、、、、和的值。
=1.61245sin()(1.20.8) 1.61245sin(23.38536.87)0.4I δ?++-=++?=1.9597
cos cos 23.3850.868240.29 1.1696q q d d d d E U I x u I x δ'''=+=+=+?= cos 23.3850.868240.25 1.13492q q d d E U I x ''''=+=+?=
sin 23.385cos(23.38536.87)0.350.22325d q q q E U I x ''''=-=-+?=
1.15667E ''==
解：1）200,cos 0.85N N P MW ?==
200235.294()cos 0.85
N N N P S MVA ?=
== 180110;S j =+ 0110
()31.43180
arctg ?==
0*210.9531.430.896531.43235.294
S ∠=
=∠
8.6252()N I KA =
=
7.733()I KA =
== 07.7330.89731.438.6252
I =
=∠-
31.4
3?= 0010.89731.430.96210.86299031.43Q q E U j I x j =+=+∠-?=+∠-
=1.450.7363 1.626226.92o j +=∠ 026.92δ=
() 1.6262q Q d d q q E E I x x E =+-== （有名值 25.61KV ）
cos cos 26.920.8970.246sin(26.9231.43)q q d d d d E U I x u I x δ'''=+=+=+??+
2 6 :200,cos 0.85,15.75, 0.962, '0.246, "0.146, "0.21180110), 1'""" 2 N N N d q d d q q q q d P MW U kV x x x x x j MV A E E E E E ?-========+?一台有阻尼同步发电机，已知。发电机在额定电压下运行，带负荷（机端突然发生三相短路，试求：
（）、、、和在短路前瞬间和短路后瞬间的值。（）起始次暂态电流。
=1.07948 （有名值 17KV ）
cos 26.920.8970.146sin(26.9231.43)q q d d E U I x ''''=+=+??+
=1.0031234 （有名值5.574KV ）
sin 26.920.8970.21cos(26.9231.43)0.3539d q q q E U I x ''''=-=-??+=
（有名值5.574KV ）
1.0637E ''== （有名值 16.75KV ） 短路后瞬间：q E ''、d E ''、E ''保持不变，q E '和q E 发生变化 用公式 q q d d
E U I x =+ q q d d E U I x ''=+
因为 0q U = ，所以 q d d E I x ''=，q d d E I x ''''= 而短路瞬间的 1.0031234
6.687070.146
q d d E I x ''''==
=''
6.8707
0.962
6.q E =?= （有名值104.1KV ）
6.87070.244 1.6902q E '=?= （有名值 26.62KV ）
2）0.3539
1.68520.21d q q E I x ''''===''
有：
7.0743I ''==
有名值为 7.074
30.62526I ''=?=（KA ）
27 : 1.20.8, '0.35, "0.2, "0.250.15,1,1,cos 0.8 1 2
d q d d q T x x x x x X U I ?-=========同步发电机参数，，变压器参数运行状态为高压侧。试求：
（）当变压器高压侧三相短路时流过发电机定子绕组的次暂态电流、暂态电流、稳态电流。
（）当发电机端三相短路时流过发电机定子绕组的次暂态电流、暂态电流、
稳态电流。
解：087.368.0cos =→=??
01∠=?
U 087.3611-∠=-∠=?
?I
0086.257437.176066.056925.1)8007.0599.0(95.0187.3690)15.08.0(1)(∠=+=+?+=-∠++=++=?
?
?
j j X X I j U E T q ?
8888.073.62sin )87.3686.25sin()sin(,86.250000==+=+==?δδI I d 则即
45818.0)cos(=+=?δI I q
099
.2)8.02.1(8888.07437.1)(=-+=-+=q d d Q q X X I E E //0()cos 0.8888(0.350.15)cos 25.860.88880.51.34426
q q d d T E U I X X U δ=++=+?+=+?=
////()0.89980.8888(0.20.15)
1.21088
q q d d T E U I X X =++=+?+=
////()
sin 25.86 0.45818(0.250.15) 0.2529
d d q q T E U I X X =-+=?+=－
1.237E ''== 1) 经过变压器短路时：
1.34426
I 2.688520.350.15
q d
T E x x ''=
=
='++
d 1.21088
I 3.4596570.20.15
q d T E x x ''''=
=
=+''+
q 0.25289
I 0.6322250.250.15
d q T
E x x ''''=
=
=+''+
3.5169I ''==
2.099
I 1.55481.20.15
q d T
E x x ∞=
=
=++
2) 机端短路时：
1.34426
I 3.84070.35
q d
E x ''=
=
=' d 1.21088
I 6.05440.2q d E x ''''=
=
='' q 0.25289
I 1.011560.25
d q E x ''''=
=
=''
6.138I ''==
2.099
I 1.7491.2
q d
E x ∞=
=
=
6.3-同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析资料
6.3-同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析资料
6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析 6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程 上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。 同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。 图6-6 凸极式同步发电机示意图 图6-6为凸极同步发电机的示意图。定子三相绕组分别用绕组，，表示，绕组的中心轴，，轴线彼此相差120o。转子极中心线用轴表示，称为纵轴或直轴；极间轴线用轴表示，称为横轴或交轴。转子逆时针旋转为正方向，轴超前轴90o。励磁绕组的轴线与轴重合。阻尼绕组用两个互相正交的短接绕组等效，轴线与轴重合的称为阻尼绕组，轴线与轴重合的称为阻尼绕组。 定子各相绕组轴线的正方向作为各绕组磁链的正方向，各相绕组中正方向电流产生的磁链的方向与绕组轴线的正方向相反，即定子绕组中正电流产生负磁通。励磁绕组及轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，转子绕组中正向电流产生的磁链与轴线的正方向相同，即在转子方面，正电流产生正磁通。下面分析发电机空载突然短路的暂态过程。 1.定子回路短路电流 设短路前发电机处于空载状态，气隙中只有励磁电流产生的磁链，忽略漏磁链后，穿过主磁路为主磁链匝链定子三相绕组，又设为转子轴与A相绕组轴线的初始夹角。由于转子以同步转速旋转，主磁链匝链定子三相绕组的磁链随着的变化而变化，因此 （6-17）
基于MATLAB的同步发电机突然短路设计
第1章绪论 电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大。在这种情况下，许多大型的电力科研试验很难进行，一是实际的条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。因此，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具必不可少。而在众多的仿真工具中，MATLAB 以其优越的运算能力、方便和完善的绘图功能脱颖而出。 1.1设计目的 让学生综合运用Matlab/Simulink仿真工具箱，建立电力系统仿真模型，对系统三相短路和单相短路等故障形式进行设计、仿真、分析，加深对供电和电力系统知识的了解，并进一步熟悉MATLAB电力系统这一仿真工具。 1.2设计任务 1.运用Simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真，对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。 2.建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。 1.3设计要求 1.要求每个学生独立完成设计任务。 2.针对每个仿真要给出详细的结果分析。 3.完成实训任务书。 4.要求提交成果：报告书一份。
第2章MATLAB语言的概述 2.1 MATLAB简介 MATLAB是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台，所具有的程序设计灵活，直观，图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科，多平台的强大的大型软件。MATLAB提供的Simulink工具箱是一个在MATLAB环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。它提供了用方框图进行建模的接口，与传统的仿真建模相比，更加直观、灵活。Simulink的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个系统。每个程序块由输入向量，输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。在计算前，需要初始化并赋初值，程序块按照需要更新的次序分类。然后用 ODE计算程序通过数值积分来模拟系统。MATLAN含有大量的 ODE计算程序，有固定步长的，有可变步长的为求解复杂的系统提供了方便。MATLAB在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块SimPowerSystem 来完成的。 由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。MATLAB 的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。通过MATLAB 的 SimPowerSystem的模块对电力系统中的应用进行仿真，从而说明其在电力系统仿真中的运用电力系统的仿真可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，通过故障仿真得出了相关的电压稳定性方面的结论，从而证明了这种仿真的正确性和在分析应用中的可行性。 2.2 Simulink简介 Simulink是Matlab软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB软件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。 由于 Simulink可以很方便地创建和维护一个完整的模型，评估不同算法和结构并验证系统性能，另外Simulink还可以与MATLAB中的DSP工具箱、信号处理工具箱以及通讯工具箱等联合使用，进而实现软硬件的接口，从而成为实用的
无刷同步发电机
3、三相交流同步发电机 3.1同步发电机概况 同步发电机按其运行方式和功率转换方向可分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三大类型。 同步发电机是把机械能转换为交流电能的设备；同步电动机是把交流电转换为机械能的设备；同步补偿机则是专门用于调节电网的无功功率的装置，以改善电网的功率因数。 同步发电机的基本型式分为旋转电枢式和旋转磁极式两种类型。这两类同步发电机虽然结构上有所不同，但基本原理是相同的，即磁场与导线相对运动，切割磁力线，导线产生感应电势。 旋转电枢式发电机的磁场是固定的，而电极则由原动机拖动旋转，三相交流电流通过**和电刷的连接输送到负载，这类发电机的优点是铁芯硅钢片的利用率高，而且定子的机座可作磁轭，以节约钢材，其缺点是输出的容量受到限制，电压也不能太高，因此，用这类发电机供电已很少采用，通常采用无刷发电机作交流励磁机用。 旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极是旋转的，电枢绕组均匀分布在整个铁心槽内，按磁极的形状，又可分为凸极式和隐极式两种。 凸极式发电机有明显的磁极，在磁极铁芯上套有集中磁极绕组，电的气隙是不均匀的，极弧下气隙较小，而极间部分气隙较大. 阴极式发电机没有明显的磁极，磁极绕组分散嵌在转子铁芯槽内，由于转子制成圆柱形，因此气隙是均匀的。 3.2无刷同步发电机 3.2.1无刷同步发电机的基本结构 无刷同步发电机无论是凸极式还是隐极式可分为两大部分，即定子和转子，静止部分称为定子，包括机座、定子铁芯、定子绕组、端盖、轴承盖及交流励磁机的定子等；转动部分称为转子，包括转子铁芯、磁极绕组、转轴、轴承、风扇、交流励磁机的电枢及旋转整流器等。 3.2.2同步发电机的工作原理及工作特性 同步发电机所谓同步，就是说发电机的转子由发动机拖动旋转后，在定子和转子之间的气隙里产生一个旋转磁场，这个旋转磁场是发电机的主磁场，又称为转子磁场。当主磁场切割三相电枢绕组的线圈时，就会产生三相感应电势，接通负载后，在电枢绕组中流过感应电流，这个*变电流也会在发电机的气隙中产生一个旋转磁场，这个旋转磁场称为电枢磁场，又称为定子磁场。 主磁场被发动机拖动旋转时，它拉着电枢旋转，就像两块磁铁之间有相互吸引力一样，就是说，发电机的转子带动电枢磁场以同一转速旋转，二者之间保持同步，故称为同步发电机。电枢磁场的转速称为同步转速。 由于定子三相绕组在空间的位置是对称的，彼此相差120°电角度，因此，定子绕组切割磁力线时，将产生对称三相感应电势。 定子每相绕组感应电势的有效值为：
同步发电机短路实验
同步发电机突然短路的分析 一、实验目的 1.学会使用MATLAB软件对电力系统进行时域仿真分析，加深对电力系统短路时暂态过程的理解。 2.通过实验，进一步理解有限容量系统和无穷大系统短路时暂态过程的不同 二、实验原理 同步电机是电力系统中的重要元件，由多个有磁耦合关系的绕组构成，同步电机突然短路的暂态过程要比恒定电压源电路复杂很多，所产生的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响。 同步电机短路时，由于定子绕组中周期分量电流突变将对转子产生电枢反应，该反应产生交链励磁绕组的磁链。为了维持励磁绕组在短路瞬间总磁链不变，励磁绕组内将产生直流电流分量，其方向与原有的励磁电流方向相同，它产生的磁通也有一部分要穿过定子绕组，从而使定子绕组的周期分量电流增大。因此在有限容量系统突然发生三相短路时，短路电流的初值将大大超过稳态短路电流，最终衰减为稳态短路电流。 三、实验内容 电力系统时域分析实例（仿真） 范例：同步电机突然短路模型如图所示—使用简化的同步电机(Simplified Synchronous Machine)，使用三相并联RLC负载并通过三相电路短路故障发生器元件实现同步电机的三相短路。 图1 同步电机突然短路电路模型
1、从电机元件库选择简化的同步电机(Simplified Synchronous Machine)元件，设置参数如下 2、从测量元件库中选择三相电压—电流测量元件，进行参数设置。电压测 量选项中选择测量相电压（phase-to-ground）用来测量同步发电机突然短路后三相电压的变化。 3.从线路元件库中选择三相短路故障发生器（3-phase-Fault）,双击将三 相故障同时选中并设置转换时间。 4.从线路元件库中选择三相并联RLC负载元件，参数设置如下：
三相同步发电机实验解读
1．同步发电机运行实验指导书2．发电机励磁调节装置实验指导书3．静态稳定实验(提纲，供参考) 4．发电机保护实验提示 5． 广西大学电气工程学院
同步发电机运行实验指导书 目录 一、实验目的 二、实验装置及接线 三、实验内容 实验一发电机组的起动和同步电抗Xd测定 实验二发电机同期并网实验 实验三发电机的正常运行 实验四发电机的特殊运行方式 实验五发电机的起励实验 四、实验报告 五、参考资料 六、附录 1．不饱和Xd的求法 2．用简化矢量图求Eq和δ 3．同期表及同期电压矢量分析
一、实验目的 同步发电机是电力系统最重要又最复杂的电气设备，在电力系统运行中起着十分重要的作用。通过实验，使学生掌握和巩固同步发电机及其运行的基本概念和基本原理，培养学生的实践能力、分析能力和创新能力，加强工程实线训练，提高学生的综合素质。 二、实验装置及接线 实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以4KW直流电动机与同轴的1.5KW同步发电机为被控对象，配置常规仪表测量控制屏（常规控制）和自动控制屏（微机监控）。可实现对发电机组的测量、控制、信号、保护、调节、并列等功能，本次同步发电机运行实验，仅采用常规控制方式。 直流电动机-同步发电机组的参数如下： 直流电动机： 型号Z2-42，凸极机 额定功率4KW 额定电压DC220V 额定电流22A 额定转速1500r/min 额定励磁电压DC220V 额定励磁电流0.81A 同步发电机 型号STC-1.5 额定功率 1.5KW 额定电压AC400V(星接) 额定电流 2.7A 额定功率因数0.8 空载励磁电流1A 额定励磁电流2A 同步发电机接线如图电-01所示。发电机通过接触器1KM、转换开关1QS、
无刷交流同步发电机原理与构造
无刷交流同步发电机原理与构造 国民经济建设和人民生活时刻离不开电能，同步发电机由原动机驱动而旋转，把机械能转换成电能，向用电设备提供交流电源。 无刷同步发电机由于其无线电干扰小，无电刷，维护工作量少，运行可靠，性能优越，又便于实现无人值守，当今国内外己普遍推广应用。 第一节无刷同步发电机工作原理 一、电与磁的关系 （一）通电导体周围有磁场 在导体中通入电流之后，导体周围便产生磁场，而且沿导体全部长度上都存在着，该磁场的强弱决定于电流的大小，电流越大，磁场强度越强，磁场的方向按右手定则决定，如图8-1所示，将右手姆指伸直表示电流方向，将其余四指卷曲，这时四指所指的方向，就是磁场方向。 通电线圈 或螺线管周围 也产生磁场。 磁场的强度与
线圈匝数及电流大小成正比 , 磁场方向也以右手定则决定 , 如 图 8一2 所示 , 伸出右手姆指，其余四指卷曲，使四指的方向符 合线圈中电流方向 , 那么伸直的姆指所指的方向就是磁场方向。 发电机的磁场就是在磁极铁心外套上线图通以直流电而形成南、北磁极。当线圈断电后，磁极铁心仍有一定的磁性，俗 称“剩磁”，这是发电机自建电压的必不可少的条件。 （二）电磁感应 当导体(线)在磁场中运动或磁场在导体周围运动，两者互相切割时，在导体(线)中便感应电动势，这种现象称为电磁感 应。 感应电动势的方向与导体运动方向和磁场方向有关，可用“右手定则”来判定。伸右手于磁场内，手心对着N极,四指与 大姆指互相垂直，让大姆指指向导体运动方向，那么四指所指 方向就是感应电动势方向。发电机就是根据这个原理工作的。 如图8－3所示。 感应电动势的大小e与磁 感应强度B,导体切割磁力线的速度 v和导体长度l成正比。 e=B1v 要增大感应电动势，可采用下列办法： 1、增加被切割的磁力线数目，即增强磁场强度，磁场越强，感应电动势越大。
同步发电机突然三相短路的仿真研究_高仕红
第26卷第1期 湖北民族学院学报(自然科学版) V o.l26 N o.1 2008年3月 J ourna l o fHubei Institute for N ati ona liti es(N at ural Science Editi on) M a r.2008同步发电机突然三相短路的仿真研究 高仕红 (湖北民族学院电气工程系,湖北恩施445000) 摘要:同步发电机的突然三相短路,是电力系统最严重的故障,对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响,研究它有着非常重要的意义.在d-p坐标系统下,构建了同步发电机的数学模型以及动态等效电路.利用M a tlab7.1/Si m uli nk6.3的强大功能,构建了同步发电机机端突然三相短路的仿真模型,并对同步发电机的各物理量在短路期间进行了仿真研究.通过理论和仿真对比分析,同步发电机的各物理量在突然短路的暂态过程中产生很大的冲击和振荡,最后稳定在短路前的状态,仿真结果与理论分析相吻合.此方法还可用来研究同步发电机某些动态过程,从而为电机的优化设计提供必要的理论依据. 关键词:同步发电机;突然三相短路;数学模型;动态等效电路;仿真模型 中图分类号:TM301文献标识码:A文章编号:1008-8423(2008)01-0036-05 Si m ul ati on Study of Synchronous G enerator on Sudden Three-phase Short C ircuit GAO Sh i-hong (Depart m ent o f E l ec trical Eng i neeri ng,H ube i Institute f o r N a ti ona li ties,Enshi445000,Chi na) Abst ract:Three-phase short circuit of synchr onous generator is a seri o us fau lt i n t h e electric po w er sys-te m,wh ich is like l y to i n fl u ence bad l y on the nou m enon of electr icm ach i n e and correlati v e electric equ i p-m en,t so it is i m portant to study i.t In the reference fra m e,m athe m atic m ode l and dyna m ic equivalent c ir-cu itw as bu il.t By m aking use of po w erful f u ncti o n ofM atlab7.1/S i m uli n k6.3,si m ulati o n mode l of syn-chronous generator on sudden three-phase short circu it w as buil,t vari o us physica l quantities were stud-ied by si m u lation duri n g t h e short c ircu i.t By co mpari n g theoretics w ith si m ulati o n,various physica l quan-tities o f synchronous generator produced tre m endous i m pact and surge duri n g the sudden circu it and they stabilized in the pr oceedi n g state of short c ircu i.t The e m u lational resu lts are consi s tent w ith theore tic a-nalysis.Th ism ethod is a lso for the use o f researching certa i n dyna m ic course of synchronous generator, w hich provided necessary theoreti c basis for opti m u m desi g n of e lectric m ach i n e. K ey w ords:synchronous generator;sudden three-phase short c ircu i;t m athe m atic m ode;l dyna m ic equ i v-alent circu i;t si m ulati o n m odel 同步发电机是电力系统中最重要和最复杂的元件,由多个具有电磁耦合关系的绕组构成.同步发电机突然短路的暂态过程所产生的冲击电流可能达到额定电流的十几倍,对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响,因此对同步发电机动态特性的研究历来是电力系统中的重要课题之一[1~3].而同步电机的突然三相短路,是电力系统的最严重的故障,它是人们最为关心、研究最多的过渡过程.虽然短路过程所经历的时间是极短的(通常约为0.1~0.3s),但对电枢短路电流和转子电流的分析计算,却有着非常重要的意 收稿日期:2007-12-12. 基金项目:湖北省教育厅科学研究计划项目(B20082908). 作者简介:高仕红(1971-),男,硕士,讲师,主要从事电机控制和同步电机励磁控制.
三相同步发电机的电压向量图原文
Voltage Diagrams of the Three-Phase Synchronous Generator on Balanced Load The voltage diagram is of very great importance for analyzing working conditions in a synchronous machine. It is possible to obtain from the voltage diagram the per cent variation of the synchronous generator voltage, the voltage increase with a drop in load and drop voltage for the transition from operation on no-load to operation on-load. The solution of these problems is of great importance: (1) for initial machine design when the necessary excitation current values are to be determined under various operating conditions and (2) when testing a finished machine to decide whether the machine conforms to given technical specifications. By using a voltage diagram, it is also possible to determine the operating conditions of a machine without actually applying the load, something which becomes especially difficult when the machine is of large rating. The voltage diagrams make it possible to obtain the fundamental performance characteristics of a machine by means of calculation. Finally, the voltage diagram allows to determine the power angle θ between the e. m. f. produced by the excitation field and the voltage across the terminals. Angle θplays a very important role in the analysis of the torque and power developed by a machine both in the steady-state and transient conditions. The vector difference between the e. m. f. E0due to the excitation flux and the terminal voltage V of a synchronous machine depends on the effect of the armature reaction and on the voltage drop in the active resistance and leakage inductive reactance of the armature winding. Since armature reaction depends to a very great extent on the type of the machine ( salient-pole or non-salient-pole ) , kind of load ( inductive, active or capacitive ) and on the degree of load symmetry ( balanced or unbalanced ) , all these factors must be duly considered when plotting a voltage diagram. It is necessary to bear in mind that all the e. m. f. s and voltages that participate as components in the voltage diagram should correspond to its fundamental frequency; therefore, all the e. m. f. s and voltages must preliminarily be resolved into harmonics and from each of them the fundamental wave must be taken separately. In the chapter where the armature reaction is considered an analysis was carried out which allowed to obtain the fundamental voltage wave produced by the armature field components revolving in step with the machine rotor. When a new machine is being commissioned, a vector diagram is plotted from the test data obtained from the experimental no-load and short-circuit
同步发电机突然三相短路中的几问题
第2章作业参考答案 2-1 为何要对同步发电机的基本电压方程组及磁链方程组进行派克变换答：由于同步发电机的定子、转子之间存在相对运动，定转子各个绕组的磁路会发生周期性的变化，故其电感系数（自感和互感）或为1倍或为2倍转子角θ的周期函数（θ本身是时间的三角周期函数），故磁链电压方程是一组变系数的微分方程，求解非常困难。因此，通过对同步发电机基本的电压及磁链方程组进行派克变换，可把变系数微分方程变换为常系数微分方程。 2-2 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量其中哪些部分是衰减的各按什么时间常数衰减试用磁链守恒原理说明它们是如何产生的 答：无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流中出现的分量包含：a）基频交流分量(含强制分量和自由分量)，基频自由分量的衰减时间常数’。 为T d 。 b）直流分量（自由分量），其衰减时间常数为T a 。 c）倍频交流分量（若d、q磁阻相等，无此量），其衰减时间常数为T a 转子电流中出现的分量包含： ’。 a）直流分量(含强制分量和自由分量)，自由分量的衰减时间常数为T d b）基频分量（自由分量），其衰减时间常数为T 。 a 产生原因简要说明： 1)三相短路瞬间，由于定子回路阻抗减小，定子电流突然增大，电枢反应 使得转子f绕组中磁链突然增大，f绕组为保持磁链守恒，将增加一个自 由直流分量，并在定子回路中感应基频交流，最后定子基频分量与转子 直流分量达到相对平衡（其中的自由分量要衰减为0）. 2)同样，定子绕组为保持磁链守恒，将产生一脉动直流分量（脉动是由于d、 q不对称），该脉动直流可分解为恒定直流以及倍频交流，并在转子中感 应出基频交流分量。这些量均为自由分量，最后衰减为0。 2-3 有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量其中哪些部分是衰减的各按什么时间常数衰减
同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析
6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析 6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程 上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。 同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。 图6-6 凸极式同步发电机示意图 图6-6为凸极同步发电机的示意图。定子三相绕组分别用绕组，，表示，绕组的中心轴，，轴线彼此相差120o。转子极中心线用轴表示，称为纵轴或直轴；极间轴线用轴表示，称为横轴或交轴。转子逆时针旋转为正方向，轴超前轴90o。励磁绕组的轴线与轴重合。阻尼绕组用两个互相正交的短接绕组等效，轴线与轴重合的称为阻尼绕组，轴线与轴重合的称为阻尼绕组。 定子各相绕组轴线的正方向作为各绕组磁链的正方向，各相绕组中正方向电流产生的磁链的方向与绕组轴线的正方向相反，即定子绕组中正电流产生负磁通。励磁绕组及轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，转子绕组中正向电流产生的磁链与轴线的正方向相同，即在转子方面，正电流产生正磁通。下面分析发电机空载突然短路的暂态过程。 1.定子回路短路电流 设短路前发电机处于空载状态，气隙中只有励磁电流产生的磁链，忽略漏磁链后，穿过主磁路为主磁链匝链定子三相绕组，又设为转子轴与A相绕组轴线的初始夹角。由于转子以同步转速旋转，主磁链匝链定子三相绕组的磁链随着的变化而变化，因此
三相同步无刷发电机特殊故障一例
80KW三相同步无刷发电机特殊故障一例 毛塔项目部孙凤军 故障现象：启动发电机，测得V1—W1之间电压为380Vac,U1—V1之间电压为220VAC,U1—W1之间电压为220VAC，V1与零线之间电压为220VAC。 发电机已经多人检修过，同时还伴有“扫膛现象”;从新绕过转子励磁线圈、更换过轴承等皆未解决问题。 根据故障现象分析：若果转子有问题，V1—W1两相电压应该同时受到影响，其输出电压会同时发生相同的变化,不会正常；若果励磁放大板故障，三相电压 应该全部很低或基本不发电；怀疑问题应出在定子线圈上。 检修过程：1.利用数字万用表对所有线圈逐一检测，未发现异常。 2.详细询问知情人士，据说此发电机重新绕过定子线圈。 于是拆开该发电机，取出转子，检查发现转子线圈、励磁二极管等全部正常，检查定子绕组时，发现其中有两个线槽局部曾被“扫膛”时，转子与定子槽摩 擦过热导致绝缘纸烧蚀损毁，怀疑其中线圈可能短路，使该相线圈匝数减少导 致发电量过低。拆检后，未发现异常。从新复位。 3.仔细考虑良久，突然想到有否可能在重绕定子线圈时，维修人员会不会将 线圈的头尾引线出错了，导致此故障呢？根据测得V1—W1之间电压为 380Vac,U1—V1之间电压为220VAC，U1—W1之间电压为220VAC，V1与零线之间电压为220VAC；分析可知故障一定出在U相，于是将其完全安装完毕，将U相的绕组头尾引线掉换后试机，测得：V1—W1之间电压为380Vac，U2—V1之间电压为380VAC，U2—W1之间电压为380VAC，U2、V1、W1与零线之间 为220 VAC。一切正常。 至此故障排除！
实验三三相同步电动机
实验报告 实验名称：三相同步电动机 小组成员：许世飞许晨光杨鹏飞王凯征 一．实验目的 1．掌握三相同步电动机的异步起动方法。 2．测取三相同步电动机的V形曲线。 3．测取三相同步电动机的工作特性。 二．预习要点 1．三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。 2．三相同步电动机的V形曲线是怎样的怎样作为无功发电机（调相机）3．三相同步电动机的工作特性怎样怎样测取 三．实验项目 1．三相同步电动机的异步起动。 ≈0时的V形曲线。 2．测取三相同步电动机输出功率P 2 3．测取三相同步电动机输出功率P =倍额定功率时的V 形曲线。 2 4．测取三相同步电动机的工作特性。 四．实验设备及仪器
1．实验台主控制屏； 2．电机导轨及转速测量； 3．功率、功率因数表（NMCL-001）； 4．同步电机励磁电源（含在主控制屏左下方，NMEL-19）； 5．直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，NMEL-18）； 6．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）； 7．三相可调电阻器90Ω（NMEL-04）； 8．旋转指示灯及开关板（NMEL-05A）； 9．三相同步电机M08； 10．直流并励电动机M03。 五．实验方法 被试电机为凸极式三相同步电动机M08。 1．三相同步电动机的异步起动 实验线路图如图3-1。 实验开始前，MEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。 R的阻值选择为同步发电机励磁绕组电阻的10倍（约90欧姆），选用NMEL-04中的90Ω电阻。 开关S选用NMEL-05。
同步电机励磁电源（NMEL-19）固定在控制屏的右下部。 a ．把功率表电流线圈短接，把交流电流表短接，先将开关S 闭合于励磁电流源端，启动励磁电流源，调节励磁电流源输出大约左右，然后将开关S 闭合于可变电阻器R （图示左端）。 b ．把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器使升压至同步电动机额定电压220伏，观察电机旋转方向，若不符合则应调整相序使电机旋转方向符合要求。 c ．当转速接近同步转速时，把开关S 迅速从左端切换闭合到右端，让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行，异步起动同步电动机整个起动过程完毕，接通功率表、功率因数表、交流电流表。 2．测取三相同步电动机输出功率P 2≈0时的V 形曲线 a ．按1方法异步起动同步电动机。使同步电动机输出功率P 2≈0。 b ．调节同步电动机的励磁电流I f 并使I f 增加，这时同步电动机的定子三相电流亦随之增加，直至电流达同步电动机的额定值，记录定子三相电流和相应的励磁电流、输入功率。 c ．调节同步电动机的励磁电流I f 使I f 使逐渐减小，这时定子三相电流亦随之减小，直至电流过最小值，记录这时的相应数据， 图4-5 三相同步电动机接线图（MCL-II、MEL-IIB）图3-1 三相同步电动机接线图（MCL-11、MEL-11B ）
基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究
毕业设计（论文） 题目基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究学院计算机与控制工程学院 专业班级电气xxx 学生姓名 指导教师 成绩 2014 年6 月26 日
摘要 众所周知，同步发电机在电力系统中发挥着至关重要的作用，现代社会中使用的电能几乎由同步发电机所产生，同步发电机在人类社会的生活生产中占据着非常重要的地位。为了更直观地了解同步发电机短路故障状态下的特性指标，尽量避免发生短路故障或及时对短路故障做出相应的正确措施，更合理选择保护装置，研究同步发电机的短路故障状态就成了当务之急的问题。随着科技进步与自动化水平的提高，人们要求能够快速分析故障和解决故障，在电力系统中，因运行环境、可操作性问题的限制，现场对同步发电机测试不太现实，因此，利用软件仿真的方法对同步发电机进行仿真研究就显得极其重要。本论文通过MATLAB软件建立同步发电机的仿真模型，对常见的短路故障进行仿真研究，以便更好地掌握同步发电机短路故障状态下的各特性，并设计了GUI 用户界面，更好的实现了人机交互。文中对各短路故障进行了仿真实验，从仿真结果可以看出，本文所设计的仿真系统满足对同步发电机短路故障的研究需求，实现论文设计的目标。 关键词：同步发电机；短路故障；MATLAB；GUI I
Abstract As is known to all, synchronous generator plays an important role in power system. Now the electric power used in our society almost produce by synchronous generators.Synchronous generator occupies a very important position in human society.In order to learning the characteristic parameters of synchronous generator more intuitive in fault condition, and trying to avoid short circuit fault or to make corresponding measures to correct vision in time or to protect device in the method of reasonable, studying the synchronous generator fault status has become an urgent problems. With the progress of science and technology and the improvement of automation level, people require to be able to quickly analyze fault and solve the problem in the electric power system. With the limitation of the environment in running a synchronous generator, doing a test of generators directly is unlikely.Therefore, with the aid of MATLAB software powerful computing and graphics processing simulation to study the synchronous generator is extremely important.In this paper, a simulation model of the synchronous generator is established by MATLAB software in order to better grasp the performance index of synchronous generator in fault condition.And we also design the Graphical User Interface(GUI) for better realizing the human-computer interaction. Each short circuit fault simulation experiments was carried out in this paper, as can be seen from the simulation results, the simulation system is designed to satisfy demands for synchronous generator short circuit fault research, realizing the target of this paper. Key words: Synchronous generator；Short circuit fault；MATLAB；GUI II
三相同步发电机的结构和工作原理
三相同步发电机结构及工作原理1 LEROYSOMER 电球侧视图 LEROYSOMER 电球分解图 1.定子 2.转子100.励磁电枢90.励磁定子34 3.旋转二极管桥架347.浪涌抑制器198.AVR70.轴承 meccaltespa 电球分解图 10．励磁定子143.励磁线柱19.轴承11.旋转二极管架13.励磁电枢14.转子40.固定环 绕组和AVR Kirloskar 电球分解图 1.定子 2.转子 3.励磁转子 4.励磁定子10.AVR11.轴承22.旋转整流集成 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势。 发电机曲轴带动发电机的转子，利用“电磁感应”原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。主磁场的建立：励磁绕组通入直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体（定子）。 切割运动：引擎曲轴拖动转子旋转（给电球输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。 励磁机 整流器 转子 定子 AVR(自动电压调节器) 风扇 飞轮连接 盘 出线端子
无刷同步发电机的工作原理
无刷同步发电机的工作原理和结构特点 摘要：介绍了无刷同步发电机的结构特点，并着重对旋转整流器进行了分析说明。 叙词无刷电机同步发电机旋转整流器 1 引言 由于电能具有生产和变换比较经济，传输和分配比较容易，使用和控制比较方便等优点，因而成为现代最常用的一种能源。并且随着国民经济的不断发展，自动化程度越来越高，对电的需求量越来越大，不仅要求用电数量，同时对用电质量也提出了要求，无疑对同步发电机的性能也提出了高要求。而励磁方式直接影响到发电机的性能、可靠性和技术要求，因此励磁方式的研究成了电机发展的一个重要课题。原来一直采用直流发电机来劢磁，即用直流发电机发出来的直流电，通过滑环和电刷引进同步发电机的转子绕组，但随着电机容量的不断增大，直流电机的换向已成为一大难题，并且需要碳刷和滑环，存在碳刷磨损和碳刷粉末玷污线圈绝缘和其它零部件问题。随着半导体技术的发展，推动了无刷电机的发展。 2 无刷同步发电机的结构特点 无刷同步发电机由主发电机(同步发电机)，交流励磁机，旋转整流器等主要部分组成，主发电机转子、励磁机电枢和旋转整流器都装在同一轴上一起旋转，励磁机磁极固定在定子内侧。主发电机结构大同小异，都是转场式的，有隐极和凸极两种，交流励磁机为转枢式的。同步发电机由有刷进化到无刷主要是有了交流励磁机和旋转整流器。 2．1 交流励磁机 交流励磁机实为交流发电机，电枢铁心用优质电工钢片冲制后，紧密迭压在电枢支架上，然后热套到轴上，电枢绕组端部用玻璃钢绑扎，以承受高速旋转下的离心力。磁极用特殊钢片组成，具有适当的磁积能，保证交流发电机能自立建压，为主发电机提供励磁电流。交流发电机—般依靠自己的剩磁建压，有时为了提高起励的可靠性，不仅在励磁回中采取起励措施，而且还在交流励磁机的定子磁极极靴安放小块永久磁铁加以励磁。为了提高励磁系统的反应速度，交流励磁机的频率一般比主发电机的高，可高达数百赫兹，故交流励磁机的极数比主发电机的多，但最好不成简单的整数倍。(例如，某电机的主发电机极数为6，励磁机的极数为16) 2．2 旋转整流器 旋转整流器由半导体旋转整流二极管、快速熔断器、过电压保护器等元件组成，快速熔断器作为过电流或短路保护串联于每个二极管支路，浪涌抑制器或压敏电阻并联于旋转整流装置的直流侧两端可以吸收瞬时过电压，作过电压保护。旋转整流器与主发电机转子也是同轴安装，整流电路(单相、三相)应与交流励磁