基于Ｍａｔｌａｂ的同步电机三相突然短路的仿真
28福建电脑2003年第7期基于的同步电机三相突然短路的仿真王晴汤宁平(福州太学电气系，福建福州350002)摘要本文从坐标系统表示的三相同步电机的状态方程出发，利用工具并以一个具体实例详细说明了三相突然短路的仿真步骤并给出分析，而且利用的]编辑一个人机界面，可方便仿真各种条件下的短路过程。关键词同步电机短路仿真1、盲同步电机的突然短路，是电力系统的最严重的故障。虽然短路过程所经历的时间是极短的(通常约为0．1～．3秒)，但电抠短路电流和转子电流的分析计算。却有着非常重要的意义。
为了了保证发电机、变压器、断路器、互感器等的可靠运行，必须计算短路电流的最大瞬时值，为了决定继电保护装置的工作条件，需要知道短路电流的变化规律。此外，为了保证励磁系统的可靠运行以及强行励磁对短路电流的影响，需要进行励磁电流的计算。是一个强大数学计算和仿真工具，利用它我们可以避免复杂的数学计算编程(比如矩阵的计算)，并且借助其绘图函数，可方便实现了计算结果的可视化。2同步电机的状态方程为了方便计算，我们做如下假定：①短路后过程速度仍为同步速度，即0==蜘；②不计磁路饱和③励磁电压为常数(不考虑调压器的作用)。在这样的假设下．建立起来的方程是线性的。以坐标系统和一基值系统表示的三相同步电机(有阻尼绕组)的状态方程(用标幺值表示)为：‰为直轴同步电抗；墨为交轴同步电抗；‰为零序电抗；为励磁绕组电抗；为直轴阻尼绕组电抗；．、柚分别为定子绕组、绕组、绕组三个绕组相互之间的互感电抗且)=Ⅱ=。=“(一为直轴电枢反映电抗)；为定子电阻；．为定子绕组和交轴阻尼绕组之间的互感电抗；为转子的电角速度；计算时采用叠加原理，将实际的短路电流看成是以下两种工况情况的叠加：①电机突然短路前稳定运行工况的电流；②在零初始状态下．电枢突然加上与短路前大小相等、方向相反的电压时运行工况的电流。邸先求出短路前的备参量值，再求出因短路而出现的各参量的增量值，二者的叠加就得到各参量的全量值。首先求出短路前的电机端电压血、以及定子绕组电流、1，可根据短路前电机端电压、定子绕组电流。想玩传奇、功率因数角咖和功角80来求得。如图1所示同步电机稳态运行的电势矢量围，可得8=∥篙等等一唧因此有曲=，“=。80，=(80+)-=0580+‰)；短路前的励磁电流=粤，其中=岬+如+‰越～用下列突然短路而出现的各绕组电流增量△。、△；。、△、△，在电机转速保持同步速=时，以电流增量为状态变量的状态方程来计算。札吐虬乩上式可写成；△=·△+·△或改写成△=一“·△+。
·△图稳态运行时同步电机电势相置图虬虬札乩％(3)(4)(5)图2仿真界面在励磁电压不变的前提下，以△；(一一0007，以及短路后最初瞬间的电流增量=00000代人www.stock1818.com，可解得各绕组电流增量：△△△△△7后，将其与短路前各绕组电流=“~007叠加，就可得到短路时各绕组电流的全量=．]．而对其中的、进行坐标变挠，即可得到定子三相绕组电流．以Ⅱ相为倒，-．这个游戏太差(+)一埘(+。
)。其中。0为短路时转～一如耳¨以“品‰也。以。
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儿．。-～．-一一2003年第7期福建电脑29子位置角。3仿真计算在仿真计算前，可以用构建一个人机界面如图2，便于输入数据和改变条件，进行人机交流。本文在求解上面常系数常微分方程组时，采用龙格一库塔法的数值计算方法并以一台典型的凸极同步电机为例，来说明仿真步骤，并给出了仿真结果和分析。
①输入原始散据电机参数：：0．005．=0．000656，=0．00151，=0．00159‰=1．0，)．=0．60．=1．03，=0．95，‰=0．70，-=0．85，田=0．45原始运行条件一额定负载条件：110=1，=1，卿：0．554(弧度)；短路时的转子位置角：0=霄=3．1416(弧度)；⑦形成式(4)中的、；③计算～、。1·；④计算啪、"；首先按(2)式求得，然后可得、～、-、；⑤计算、；由式(5)．运用四阶变步长龙格一库塔法解得△后．将其与叠加。
就可得到不同时刻的；⑥计算．、，并作出额定负载下三相短路时的电流和转矩与时问的关系曲线：．、．、一=曲线(图2一图6坐标单位均为标幺值，横轴为时间，纵轴为个仿真变量值)；1050．50100200300400参考文瞳1马击云．电机瞬忐分析，中圈屯力出艟杜，1998。2卓忠詹，机电能特撬，水力电力出版社，19873，|謇裕，同步电机基本方程争短分析．水力电力出版社。1993014王学辉、张明珲．6．1新应用详解．中田水刺水电出版牡。2002。圉5三相对称短路时绕组电流波形图图7三相短路时转矩渡形图由以上的仿真波形可以看出。突然短路时，各绕组电流都发生震真好玩网游荡。定子绕组有周期分量和非周期分量(实际数学分析时还有二倍频分量)。转子各绕组也有周期分量和非周期分量。从物理意义上可以这样来理解：定于绕组突然三相短路后，由于转子磁场的旋转及定子绕组中产生相应的三相稳态基频电流，将引起定子励磁绕组中就产生了非周期电流。由于转子以同步速旋转．转子阻尼和励磁绕组中的非周期电流分量。由于转子绕组中存在电阻．突然短路在转子阻尼绕组中引起的非周期分量将逐步衰减到零，如图5和图6，励磁绕组要衰减到短路前的如图4所示。短路后．由于定转子短路电流产生的磁场相互作用，产生衰减的电磁转矩如图7所示。4结束语本文利用]工具对同步电机三相突然短路做了仿真分析，编程简单。并可直接对输出结果进行分析。文中以带有阻尼绕组的电机为例，也可以把阻尼绕组去掉，进行仿真。
同时，通过人机界面可容易地改变短路时的转子位置初始角％进行仿真．比较在不同情况下同步电机三相短路所产生的结果。值得注意的是。计算电流采用叠加法。但计算转矩时由于它不是线性项，采用实际的电流和磁链。基于的同步电机三相突然短路的仿真作者：王晴，汤宁平作者单位：福州大学电气系,福建,福州,350002刊名：福建电脑英文刊名：年，卷(期)：2003(7)被引用次数：1次参考文献(4条)1.王学辉;张明辉6.1最新应用详解20022.黄家裕同步电机基本方程和短路分析19热血传奇游戏933.卓忠疆机电能量转换19874.马志云电机瞬态分析1998引证文献(1条)1.黎瑜新.刘明明.秦雅基于软件平台的同步发电机短路电流分析与研究[期刊论文]-装备制造技术2009(11)。
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