同步电机三相短路仿真分析

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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

三相同步发电机的突然短路实验

一、实验目的

1、掌握超导体闭合回路磁链守恒原则。

2、熟悉三相突然短路的物理分析，短路电流及时间常数的计算。 3、了解瞬变电抗和超瞬变电抗及其测定方法。

4、 观察三相同步发电机在空载状态下突然短路时定子绕组以及励磁绕组通过的瞬间电流波

形。

二、预习要点

1、三相同步电机突然短路的数学分析

三、实验项目

1、观察突然短路时定子绕组以及励磁绕组的瞬间电流。

四、实验方法

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 D52

3、 观察三相同步发电机突然短路瞬间的电流波形

（1）、按照图5-9接线，其中校正直流测功机的励磁电阻Rf1选用R1上的900Ω加900Ω共1800Ω阻值，限流电阻选用R2上的90Ω串联90Ω共180Ω阻值。电阻R选用R上的650Ω并联650Ω共325Ω阻值，再调到5Ω。Rf2选用R3上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。交流电流表选用MET01上的数模双显智能交流电流表，开关S选用D52上的交流接触器。同步机的励磁电源选用D52上提供的电源。启动之前电阻R1调至最大位置，Rf1调至最小位置，电阻Rf2调至最大位置。开关S处于断开状态。

（2）、先接通校正直流测功机的励磁电源

研究生课程论文

（2014—2015学年第1学期）

课程名称： 电力系统运行与控制

课程类型： 专业课

授课教师：

学 时： 36 学 分： 2.0 论文得分 批阅人签字

批阅意见：

论文题目 基于MATLAB的三相短路仿真与分析 姓名： 学号：

年级： 专业： 电气工程 学院： 电气学院

注意事项：

1、 以上各项由研究生本人认真填写；

2、 研究生课程论文应符合一般学术规范，具

有一定学术价值，严禁抄袭或应付；凡学校检查或抽查不合格者，一律取消该门课程成绩和学分，并按有关规定追究相关人员责任；

3、 论文得分由批阅人填写，并签字确认；批

阅人应根据作业质量客观、公正的签写批阅意见（原则上不少于50字）；

4、 原则上要求所有课程论文均须用A4纸打

印，加装本封面，左侧

三相同步发电机的突然短路实验

一、实验目的

1、掌握超导体闭合回路磁链守恒原则。

2、熟悉三相突然短路的物理分析，短路电流及时间常数的计算。 3、了解瞬变电抗和超瞬变电抗及其测定方法。

4、 观察三相同步发电机在空载状态下突然短路时定子绕组以及励磁绕组通过的瞬间电流波

形。

二、预习要点

1、三相同步电机突然短路的数学分析

三、实验项目

1、观察突然短路时定子绕组以及励磁绕组的瞬间电流。

四、实验方法

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 D52

3、 观察三相同步发电机突然短路瞬间的电流波形

（1）、按照图5-9接线，其中校正直流测功机的励磁电阻Rf1选用R1上的900Ω加900Ω共1800Ω阻值，限流电阻选用R2上的90Ω串联90Ω共180Ω阻值。电阻R选用R上的650Ω并联650Ω共325Ω阻值，再调到5Ω。Rf2选用R3上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。交流电流表选用MET01上的数模双显智能交流电流表，开关S选用D52上的交流接触器。同步机的励磁电源选用D52上提供的电源。启动之前电阻R1调至最大位置，Rf1调至最小位置，电阻Rf2调至最大位置。开关S处于断开状态。

（2）、先接通校正直流测功机的励磁电源

给定区

额定功率PN=75额定电压UN=400额定转速nN=1500额定频率f=50额定功率因数cos θ=0.8额定相数m=3额定电流IN=135.3204388定子计算区

极对数P=2

通风道数nK=0通风道宽度bK=0定子叠压系数Kfet=0.96定子铁芯净长度Lfet=23.04磁极铁芯总长度lm=24磁极铁芯净长度lfem=22.8

线负荷A=437.3640556发热参数Aj=3679.473134

(39定子齿距ts=1.7017 ts1=1.734425 ts2=1.930775 ts1/3=1.778058333 (40定子齿宽度bt1=0.834425 bt2=0.910775定子齿计算宽度bts=0.859875定子槽深hs=2.26定子齿计算高度hts‘=1.82磁路计算

定子轭高度hjs=3.2定子轭计算高度hjs’=3.37定子轭磁路长度ljs=13.175085极弧系数 αp’=0.7 (47极靴宽度bp=13.42824128磁极偏心距H=0.33121825极靴圆弧半径Rp=12.56878175极靴边缘高度hp'=0.25 (51极靴中心高度hp=2.19358252初取漏磁系数 ζ‘=1.04897063

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

同步电机的派克方程与机端三

相短路的计算

Park Equation of Synchronous Machine and Three Phase Short Circuit Calculation

第15讲

问题

1、基于abc绕组的理想电机方程有什么特点？

2、为什么要进行派克变换？派克变换有什么物理意义？

3、如何将基于abc绕组的方程变换为基于dq0绕组的方程？

4、有名值的派克方程有什么特点？

5、为什么采用标幺值派克方程？

6、如何利用计算机计算发电机机端三相短路？

1、派克变换

abc三相数学模型分析的困难； Park 变换的提出－旋转坐标变换； 经典派克变换（Park

Transformation）；

正交派克变换；

各种衍生的变换。

abc三相数学模型分析的困难 ψ a Laa ψ L b ba ψ c Lca = ψ f L fa ψ D LDa ψ Q LQa Lab Lbb Lcb L fb LDb LQb Lac Lbc Lcc L fc LDc LQc Laf Lbf Lcf L ff LDf LQf LaD LbD LcD L fD LDD LQD LaQ ia i LbQ

复杂电网三相短路计算的MATLAB仿真

题 目 复杂电网三相短路计算的MATLAB仿真 院 系 信电学院 专 业 电气工程及其自动化

摘要

随着电力工业的发展，用电负荷的不断增加，电力系统的规模随之越来越大，这就为电力系统的分析计算增加难度，而电力系统分析计算在现代社会则显得愈加重要，尤其对于故障情况时，能够及时快速的切除故障提供依据。本次课程设计从电力系统分析的基础知识出发，对电力系统的网络图进行简化，进行分析，运用支路追加法计算其阻抗矩阵、利用因子表分解法求解因子表、由阻抗矩阵和因子表计算任意支路短路故障点短路时的短路电流。并对计算结果进行对比分析，回代验证其正确性，进而完成电力系统的计算部分。

电力系统的运行表明，在解决事故故障时要不断的实验，在现实设备中很难实现，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。考虑这两种情况，寻求一种接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具十分重要，而MATLAB软件为解决具体的工程问题提供了快速、准确和简洁的途径。

关键词：电力系统 阻抗矩阵 故

永磁同步电机的仿真模型

1、永磁同步电机介绍

永磁同步电动机(permanent Magnets synchronous Motor, PMSM),转子采用永磁材料,定子为短距分布式绕组,采用三相正弦波交流电驱动,且定子感应电动势波形呈正弦波\定子绕组通过控制功率管(如IGBT)的不同开关组合,产生旋转磁场跟踪永磁转子的位置,自动地维持与转子的磁场有900的空间夹角,以产生最大的电机转矩\旋转磁场的转速则严格地由永磁转子的转速所决定,PMSM具有直流电动机的特性,有稳定的起动转矩,可以自行起动,并可类似直流电动机对电机进行闭环控制,多用于伺服系统和高性能的调速系统。

永磁同步电动机按转子形状可以分为两类:凸极式永磁同步电机和隐极式永磁同步电机。它们的区别在于转子磁极所在的位置,凸极式永磁同步电机转子磁极是突起在轴上的,其直轴和交轴电感参数不相等\而隐极式永磁同步电机的转子磁极是内置在轴内的,直轴和交轴电感参数相等\凸极式转子具有明显的磁极,定子和转子之间的气隙是不均匀的,因此其磁路与转子的位置有关。

2、永磁同步电机的控制方法

目前对永磁同步电机的控制技术主要有磁场定向矢量控制技术（ field orientation control,FO

Ansoft Maxwell 14 永磁同步电机仿真步骤总结

首先是建立一个RMxprt文件，选择电机类型为下图的 Permanent-MagnetSynchronous Motor

只要按照下面的参数输入即可

磁钢材料NTP264H要自己定义

Danper是怎么出来的?要右键”Rotor’ ,选择 Insert Danper，就可以了

一键导入到maxwell14 2D瞬态场 里去分析即可，右键Analysis setup 的creat Maxwell design ，auto setup 要打勾

导入模型如图，是1/4模型（导入整个模型的方法？ 加注fragnet 1）

因为是1/4模型 ，所以要设置一个 Symmetry Multiplier ，右键”model”,就可以看到，设置如