电动车用永磁同步电机的三相短路稳态分析与应用

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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。

同步发电机三相短路分析-14页

二、无阻尼绕组发电机突然三相短路分析
1、暂态电抗和暂态电势（若考虑阻尼绕组则称为次暂态）
d xdid xad i f q xqiq
f xad id x f i f
xd xad xa x f xad x f
d ( xa xad )id xad i f xaid xad (i f id ) f xad id ( xad x f)i f xad (i f id ) x fi f
时，标么值为1 。
于是经过派克变换后：
uu qd
r
r
iiqd
qd
qd
u 0 u f
r rf
i i
0 f
0f
0 0
0
0
rD
iD
rD 0
D Q
0 0
i0
1 3
(i
a
ib
ic ) 为瞬时值
1．磁链的正方向与绕组的轴线方向相同； 2．绕组电流方向
定子：按去磁规律来定义；转子：按助磁规律来定义； 3．绕组电压方向定子：发电机规律来定义；转子：电动机规律来定义。
四、同步机的电压和磁链方程
1. 电压方程定子侧：
a ia r ua
转子侧：
u f rf i f f
直轴阻尼绕组：0 rDiD D 交轴阻尼绕组：0 rQiQ Q 所以可列出六个回路的电压方程：
磁链，画出相量图，等值电路。额定满载U 1、 I 1
2－3 同步发电机突然三相短路分析
一、同步机突然三相短路的暂态过程分析
空载情况下：0 xad I f (0)
a 0 cos(t 0 )
b 0 cos(t 0 1200 )
c 0 cos(t 0 1200 ) t 0 时，突然三相短路。定子绕组磁链的变化：磁链守恒（短路瞬间） t 0 ，a0 0 cos0 、b0 0 cos(0 1200 ) 、c0 0 cos(0 1200 )

同步发电机空载下定子突然三相短路的物理过程及短路电流的实用分析

电力技术Electric power technology■ 杨梦艺张文慧周雪芳梁美玲同步发电机空载下定子突然三相短路的物理过程及短路电流的实用分析电力系统中的三大计算包括潮流计算、短路计算和稳定计算。

短路分析与计算是电力系统中极为重要的部分。

超导体是指在某一温度下，电阻为零的导体。

零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。

如果导体没有电阻，会导致电流在经过超导体时不会出现热损耗，这样电流会在导线中形成非常强大的电流，由此会产生超强磁场。

超导体闭合回路磁链守恒原理，没有电阻的闭合线圈的磁链永远等于突然短路，一开始时它所交链的磁链Ψo没有电阻的闭合回路又称为超导体闭合回路。

超导体闭合回路会始终保持着原来的磁链不变，这就是超导体闭合回路磁链守恒定则。

如果这时外部有磁链企图与该超导体线圈相链，那么，线圈中就要产生一个电流分量，该电流分量产生的磁链始终与外来磁链的大小相等、方向相反，以使链着线圈的总磁链保持不变。

外磁场变化产生的感应电动势、自感电动势、回路磁链性质说明对于在磁场中的超导体回路，无论交链回路的外磁场如何变化，任何瞬间的总磁链等于变化前瞬间的磁链值 ——超导磁链守恒电枢电流产生的磁场对主磁极磁场的影响就是电枢反应。

考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理，然后进行叠加的方法，就称为双反应理论。

1安培环路定律1.1空载情况下的三相短路的电流波形（电流实测波形）1.1.1分析：转子有励磁，定子绕组空载情况下：定子转子中都有交流分量和直流分量。

定子中的直流分量是逐渐衰减的，以两个时间常数Td′（大）、Td′′（小），转子中的交流分量是逐渐衰减的。

三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta；由定子回路的电阻和等值电感决定，大约在0.2s。

1.1.2对实测的定子电流进行分析——交流分量按指数规律衰减包含两个衰减时间常数次暂态过程→暂态过程→稳态。

同步发电机三相短路故障仿真分析

同步发电机三相短路故障仿真分析摘要：电力系统中，发电机主要采用同步发电机，现代社会中使用的交流电，几乎全部由同步电机产生。

因此，同步电机对生产生活具有十分重要的意义。

本文采用MATLAB 建立同步电机仿真模型，对同步电机三相短路故障进行仿真分析，以便在同步电机运行尽量避免发生故障或在发生故障时能及时作出相应处理措施。

关键词：MATLAB 同步电机短路正序负序1前言同步电机是电力系统的电能供给设施，是电力系统中最重要和最复杂的设备，它的运行状态直接决定电力系统的安全与稳定。

在电力系统运行过程中，如果同步电机发生突然短路，则短路的暂态过程所产生的的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对同步电机本身和整个电力系统都可能产生严重的影响，因此，对同步电机的运行进行仿真及研究就显得尤为重要。

2发电机短路故障理论分析同步发电机的电磁暂态过程是一个很复杂的过程，为此假设同步发电机是理想机，即：(1)电机转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称，定子三相绕组也完全对称，在空间上相差为120°。

(2)定子电流在气隙上产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组之间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。

(3)定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感。

此外，还假设：(1)在暂态过程期间同步发电机保持同步转速不变。

(2)发生短路后励磁电压始终保持不变。

(3)短路发生在电机的出线端口。

突然短路后，定子各相绕组出现的电流，可以根据各相绕组必须维持在短路瞬间的磁链不变的条件来确定。

为此，首先必须研究定子各相绕组磁链的变化规律。

假定短路前电机处于空载状态，短路前空载稳态运行时,转子以的转速旋转，主磁通交链定子abc绕组，即三相绕组的磁通如下式：在t=0(短路时刻)瞬间，各绕组的磁链初值为：由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值。

3 仿真模型的建立设计一个只由发电机供电的简单电力网，该系统由一额定功率为500MW，额定电压为156KV的发电机和一负载构成。

永磁同步电机稳态短路电流的形成及试验方法

永磁同步电机稳态短路电流的形成及试验方法况金园;殷强【摘要】本文对永磁同步电机稳态短路的试验方法和稳态短路电流的形成进行了分析，并通过试验验证，证明了永磁同步电机三相稳态短路电流幅值不受电机转速的影响。

%In this paper, the permanent magnet synchronous motor steady-state short-circuit test method and steady-state short-circuit current formation are analyzed, and through experiment verification, proved that the three-phase permanent magnet synchronous motor steady short circuit current amplitude is not influenced by the motor speed.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】3页(P72-74)【关键词】永磁同步电机;三相稳态短路电流;三相稳态短路试验【作者】况金园;殷强【作者单位】南车株洲电机有限公司，株洲 412001;南车株洲电机有限公司，株洲 412001【正文语种】中文永磁同步电机具有结构简单、体积小、质量轻、损耗小、效率高、形状和尺寸可以灵活多样等一系列的特点，因而应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域[1]。

稳态短路试验作为永磁同步电机试验项目中一个重要的试验项目，主要考核永磁同步电机在承受稳态短路电流的失磁影响以及测量其稳态短路电流的大小[2]。

现有的国际标准和国家标准中，永磁同步电机试验验证方法已经较为完善，针对各个试验项点都有较为详细的描述。

但是，对于稳态短路试验，未能在现有的国际和国家标准中找到非常适合的方法。

永磁同步发电机三相突然短路过渡过程的分析与探讨

０
（１）电机的磁路不饱和，忽略铁心中的磁滞、涡流损耗；
（２）过渡过程期间，电机的转速保持不变；
（３）ｉ相突然短路发生在发电机的出线端。
ｓｉｎＣＯｔ
ｌＢＯ
＝ｓｉｎ（ｏ￣ｔ一１２０。）
—
Ｏ．８６６ｅ
（６）
０．８６６ｅ
做ｄ，ｑ坐标变换，电枢绕组中的合成磁链可表
．
。？ ‘ 、一 … １ｌ７铺
一
：］＝２Ｉｃ — ｏｓｎ７ｙｅ — ｏ。ｓ（ｙ－一１２。２００）ｃ一ｏ。ｓｈ（ｙ＋＋１２。２０￣））］Ｊ［ＶｔＡ１ｊｃ７４
反，可表示为
ｓｉｎｃｏｔ
Ｘ
ｖ，Ｂ～
ｃ～。
（２）
根据闭合回路磁链守恒原理，短路瞬间，电枢绕组的磁链应维持不变，故ｊ相电流还要再产生增磁磁势，该磁势产生的磁链为一直轴分量，表，Ｊ图１突然短路瞬间磁极位置
应的磁场是静止的，当磁极旋转时，该磁链交替地
时值与该相电流周期性分量的瞬时值成正比，静止磁场对某一相的恒定磁链与该相电流的非周期性
分量成正比，故三相短路电流可表示为
经过磁极的直轴和交轴闭合，电枢绕组对应于该磁链的电抗交替地为直轴电抗及交轴电抗，取其算术平均值

课件：第14讲-同步电机三相短路分析及系统三相短路电流的计算

求得：
U A0
U A0
UE X ad
X fl / / X Dl X fl / / X Dl
X fl
X Dl X ad
UE
UE U A0
X X fl ad X X fl Dl X ad X Dl X fl X Dl
三相短路瞬间的等值电路
• 短路前后气隙磁场产生的等效电压不变
I
X
2 ad
=X d
X
2 ad
Xf
励磁绕组短路时，定子
绕组等效电抗
X
' f
X fl
1
1
1
X ad X dl
X fl
X ad
X dl
X
f
Xd
X
2 ad
Xd
Xf
X
2 ad
Xd
定子绕组短路时，励磁绕组等效电抗
对于q轴，忽略阻尼绕组后，只有定子q绕组，因此q轴暂态电抗就是q轴同步电抗xq。
暂态过程中短路电流衰减的时间常数
发电机空载运行时，定子侧看d轴三绕组等值电路
类似三绕组变压器：励磁绕组与D阻尼绕组、定
子d绕组
uf
q
q iq
uq
Q iQ
d
id ud
d
uf if f
iD
D
X dl
U A0
X fl
X Dl X ad
UE
0
i0
u 0
气隙磁场产生的等效电压
UA0为空载电压
各量为直流量，按直流电路，求解
X dl
绕组空载电压为 UA0
同步发电机机端三相短路分析及系统三相短路电流的计算
Three-phase Short Circuit Analysis of Synchronous Machine And Calculation of Power System Three-phase Short Circuit

第二章_同步发电机三相短路分析new

实测短路电流波形分析 •短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中含有衰减的非周期分量； •交流分量的幅值是衰减的，说明电势或阻抗是变化的。 •励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量，说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程。
二、定子短路电流和转子回路短路电流分析 • 从电机内部物理过程分析产生各种分量的机理，在分析中主要应用超导体闭合回路磁链守恒，任意闭合回路磁链不能突变原理以及同步电机电枢反应原理 1．理想电机
0
φ ’R=φ R -Δ φ Δφ
fσ
o
R 0 f R
jI x jI x 0 E ad q0
I Id Eq 0 xd
φ
fσ2．计及阻尼回路 Nhomakorabea I I d
Eq 0 xd
• 同步发电机突然短路时基频交流电流幅值变化的原因是：突然短路时，转子闭合回路为维持本身磁链不突变而改变了电枢反应磁通的磁路，使定子绕组的等值电抗发生了变化。 • 暂态过程中，定子绕组的等值电抗为x’’d、 x’d 、 xd 。
同步发电机突然三相短路分析
发生短路时，作为电源的发电机的内部也发生暂态过程，并不能保持其端电压和频率不变。一般讲，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转子保持
同步转速、即频率保持恒定，但通常应计及
发电机的电磁暂态过程。
第一节同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流近似分析
(二) 全电流的近似公式 ∵
∴
i pa 0 i a 0
1 1 Tt 1 1 Tt 1 ia ( t ) 2 Eq 0 ( )e d ( )e d cos( 0 0 t ) xd xd xd x x d d 2 Eq 0 xd cos 0e

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｓｐｅｃｉａｌｄｅｔａｉｌｅｄｆｏｒｍｕｌａｓｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｏｒｑｕｅ —ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ－
儆持电棚２０１４年第４２卷第３期
一・… … … … 一一一… … … … … 一一ｃ，
设计分斩
一。。
电动车用永磁同步电机的三相短路稳态分析与应用
暴杰，赵慧超，董秀辉，文彦东
（中国第一汽车股份有限公司，长步电机的ｄ，ｑ坐标系数学模型，对其三相对称短路稳态特性进行了深入的理论推导，给出
了三相短路时的转矩一转速特性和电流一转速特性解析表达式，分析了永磁磁链、极对数、直轴电感、交轴电感、定子相电阻等电机本体参数对三相短路特性的交叉影响。结合电动汽车用动力电机产品开发的特殊需求，阐述了三相短路的危害与应用。仿真和试验结果验证了所提分析方法及数学模型的正确性，为电动汽车用永磁同步电机驱动系统的设计提供重要理论指导。
ＢＡＯＪｉｅ，ＺＨＡＯＨｕｉ — ｃｈａｏ，ＤＯＮＧＸｉｕ — ｈｕｉ，ＷＥＮＹａｈ — ｄｏｎｇ
（ＣｈｉｎａＦＡｗＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１１，Ｃｈｉｎａ）
ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ；ＰＭＳＭ；ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｔｈｒｅｅ —ｐｈａｓｅｓｈｏｔ—ｃｒｉｒｃｕｉｔ；ｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ＰＭＳＭ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎＰＭＳＭ＇ｓｂｅｈａｖｉｏｕｒｉｎｓｈｏｒｔ —ｃｉｒｃｕｉｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｓｏｍｅｉｓｓｕｅｓａ — ｂｏｕｔｔｈｅｈａｒｍｏｆｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｓｈｏｔ－ｃｒｉｒｃｕｉｔａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ
ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｏｆｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｔｈｒｅｅ — ｐｈａｓｅｓｈｏｔｒ — ｃｉｒｃｕｉｔ（ＳＳＣ）ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＰａｒｋｅｑｕａｔｉｏｎｏｆ
关键词：电动汽车；永磁同步电机；对称三相短路；稳态特性
中图分类号：ＴＭ３５１；ＴＭ３４１
文献标志码：Ａ
文章编号：１００４ — ７０１８（２０１４）０３ — ００１７ — ０４
Ｓｔｅａｄｙ－ＳｔａｔｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＭＳＭｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈＳｙｍｍｅｔｒｉｃａｌＴｈｒｅｅ－ＰｈａｓｅＳｈｏｒｔ－Ｃｉｒｃｕｉｔ