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第一节 空载下定子端部突然三相短路电流波形分析
t
t
Im (t) (Im Im )e Td (Im Im )e Td Im
交流分量 初始幅值
周期分量的幅值取决 于电源电势与短路回 路电抗之比，可见短 路回路的电抗随时间
发生了变化
交流分量稳 态值
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
定子短路电流中周期分量的幅值 也呈指数规律衰减
转子绕组的直流分量在短路后瞬 间大于正常值if|0|，最后衰减至if|0|
转子绕组中出现了交流分量，最 后衰减至零，衰减时间常数与定 子直流分量相同
定子和转子回路电流在突然短路 瞬间均不突变，即定子短路电流 初值为零，转子励磁回路电流为 if|0|
短路后交轴阻尼绕组Q只有基频交流电流，因为定子基频交流电
流只有直轴电枢反应 iQ iQ
短路后ψa0 、ψb0、 ψc0继续交链 定子绕组，则定子回路须感应 电流以产生磁链ψai、ψbi 、ψci以 抵制磁链变化而维持初值不变
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
短路后定子各绕组磁链θ0=0
三相短路电流产生的磁链，
ai a0 a 0 bi b0 b 0
ia、ib、ic与
反相
i
ia、ib、ic与 i反相
因三相直流产生的静止磁动势遇 到的磁阻周期性变化，频率二倍 于基频，为产生恒定磁链，直流 电流应该倍频波动，故定子电流 包含倍频交流分量。
直流分量
i :a 0、b 0、c 0
交流分量 i : a0、- b0、- c0
第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
理想电机假设
电机转子在结构上对本身的直铀和交铀完全对称，定子三相绕组完 全对称，在空间互相相差1200电角度
定子电流在气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的 互感磁通也在气隙中按正弦规律分布
定子及转子的槽和通风沟不影咱定子及转子绕组的电感，即认为电 机的定子及转子具有光滑的表面
同步发电机突然三相短路分析
第一节 空载下定子突然三相短路后的电流 波形分析
第二节 空载下定子突然三相短路后内部物 理过程及短路电流分析
第三节 负载下三相短路电流初始值分析 第四节 同步电机的基本方程 学时：6 本章作业：
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第一节 空载下定子端部突然三相短路电流波形分析
定子短路电流含直流分量，按指 数规律衰减，衰减时间常数Ta约 为零点几秒
短路前各相磁链
a0 0 cos(0 0t) b0 0 cos(0 0t 120) c0 0 cos(0 0t 120)
t=0短路时刻，绕组磁链初值
a 0 0 cos(0 ) b0 0 cos(0 120) c 0 0 cos(0 120)
fi ( ad f )
t 0 :fi 0,ifa if 0, if if 0
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
阻尼绕组的电流分量
短路前直轴阻尼绕组D和交轴阻尼绕组Q无电流
短路后直轴阻尼绕组D会感生直流电流和基频交流电流，类似于 励磁绕组 iD iD iD
其他假设
暂态期间同步发电机保持同步转速，即不计机电暂态过程 忽略电枢铁芯部分磁路饱和的影响，故分析中可以应用叠加原理 短路后励磁电压不变，即不考虑机端电压降低引起的强行励磁 短路发生在发电机的出线端口
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
短路后定子各绕组的磁链
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
a
db
直轴
ω
θ
+
D
Q
+z
D
a
x+
b
f
+D
Q
c
D
q
c
+y
交轴
d
直轴
ω
a
θ
+
D
Q
b
q
交轴
f
+D
Q
c
D
静止磁动势 F0 励磁磁动势 Ff 直轴电枢反应磁动势 Fad
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
励磁绕组磁链和电流分量
ci c0 c 0
ai a 0 a0 0 0 cos0t bi b 0 b0 0.50 0 cos(0t 1200 ) ci c 0 c0 0.50 0 cos(0t 1200)
因所选磁链轴线方向与电流磁动 势相反，故定子电流：
强制励磁电流if|0|产生的磁链ψf|0|， 对应主磁通Ф 0和Ф fσ
定子三相交流电流iω 的电枢反应 磁动势为纯去磁的，方向与主磁 通相反，交链励磁绕组的磁链称 为ψad
定子直流电流和倍频分量均在励 磁绕组产生以基频交变的磁链ψfω
定子短路后励磁绕组会感应电流， 产生的磁链ψfi将抵制ψad和ψfω ：
磁链守恒定律
无源回路
R
i
Ri d 0
L
dt
Li+0
N
外磁场产生的交
自感磁链
链回路的磁链
超导情况下： d 0
dt
Li+ 0 =常数
无论外磁场交链回路的磁链如何变化，由感应电流所产生的磁链恰好
抵消这种变化
常用非超导体回路中R不为零，因能量损耗，电流i及其产生的磁链将
Ff

Eq
U Ira jIq xq jId xd
I
FLeabharlann EadEIE
I
F

Eaq
不计

E 饱和
Eq U Ira jIx jIq xaq jId xad
Eq在突然短路后瞬间会跳变， 且跳变后的数值未知、故仅适 用于正常稳态和短路稳态分析
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衰减，但在突然短路初瞬间由于磁链不能突变，仍可认为磁链守恒
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程 及短路电流分析 同步发电机的类型
隐极式发电机
气隙均匀
凸极式发电机
气隙不 均匀
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及
短路电流分析
电机学中电势方程式
基于电枢反应原理
I f