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自由电流在暂态过程中的变化规律分析

【摘要】:在讨论短路全电流表达式之前,应该首先了解短路电流各分量在暂态过程中的变化规律,即了解各自由电流衰减的时间常数。在暂态阶段中阻尼绕组的作用基本消失,被看做定子漏磁链的那部分电枢反应磁链Ψ″ad穿过阻尼绕组。在暂态阶段中只有暂态分量的衰减,而次暂态分量近似认为已衰减到零,这种情况相当于无阻尼绕组的同步发电机。

在讨论短路全电流表达式之前,应该首先了解短路电流各分量在暂态过程中的变化规律,即了解各自由电流衰减的时间常数

1.定子基频自由电流衰减的时间常数

由于定子绕组的电阻很小,定子基频电流q轴分量可以忽略不计。前面已述及工程中近似认为基频电流次暂态分量和阻尼绕组的直流分量同按定子绕组和励磁绕组都短接时阻尼绕组D的时间常数T″d衰减到零;定子基频电流暂态分量和励磁绕组的直流分量同按定子绕组短接、阻尼绕组D开路时励磁绕组的时间常数T′d衰减到零。图9-18和图9-19就是求取时间常数T″d和T′d的等值电路。由图可得

图9-18 求取T″d的等值电路

图9-19 求取T′d的等值电路

表9-2给出了同步发电机的几种常数,从表中看出:T″d≤T′d则说明次暂态电流的衰减要比暂态电流快得多,因此在对有阻尼绕组的同步发电机进行分析时,常常人为地将整个暂态过程划分为两个阶段:短路后的最初阶段称次暂态阶段,这一阶段中近似认为只有次暂态分量的衰减而暂态分量未开始衰减。由于T″d很小,次暂态阶段大约历时仅几个周期。就进入了暂态阶段。在暂态阶段中阻尼绕组的作用基本消失,被看做定子漏磁链的那部分电枢反应磁链Ψ″ad穿过阻尼绕组。此时,阻尼绕组可视为开路状态。在暂态阶段中只有暂态分量的衰减,而次暂态分量近似认为已衰减到零,这种情况相当于无阻尼绕组的同步发电机。当暂态分量衰减到零,电枢反应磁链Ψ′ad穿过励磁绕组,即进入稳定短路状态。如图9-20所示。

表9-2 同步发电机的时间常数

图9-20 暂态过程划分示意图

2.定子绕组直流分量和二倍频分量衰减的时间常数Ta

定子绕组直流分量和二倍频分量,转子绕组同步频率分量均按Ta衰减到零,Ta是阻尼绕组和励磁绕组都短接时定子绕组的时间常数。

由于转子不断转动,从定子侧观察同步发电机时定子绕组的等值电抗在x″d和x″q间变化。取它们的某一平均值

表9-2列出了同步发电机各时间常数的范围,从表中看出:Ta比T′d小得多,定子直流分量和转子同步频分量不到1s的时间已衰减到很小的数值,工程上认为它们已经不存在。所以,当仅计算暂态过程后期的电流时,可认为定子电流中只有基频分量,励磁绕组中只有直流分量。