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大容量异步电动机的短路反馈电流
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本文对大、小容量异步电动机短路反馈电流的特点作了详细比较，并对大容量异步电动机的短路电流计算作了全面阐述。
文本预览
D诱 大容量异步 电动机的短路反馈 电流
了／17弓 、口
康 家义
溃 五 虿 丽 _3
兽 … 屹
摘 要 随着电力技术的发展，火电机组的单机容量不断增大 使厂用辅机的异步电动机窖量随
之增大．太窖量异步电动机与小容量异步电动机相比，它们的R，x，T等参数都有较大的差异．而
且这种差异随着容量的增大而愈显著，使其供给的短路电流初值的大小和在暂态过程中的变化规
律都不同．本文对大、小窖量异步电动机短路反馈电流的特点作了详细比较，并对太窖量异步电
关键词短 大容量釜异步 电动机面 反馈。．型短路皇电 流， 矩五羔 照冶 馈f摩屯0 l J ，
THE SHORT．CIRCUIT FEEDBACK CURRENT OF LARGE CAPACITY O’F ASYNCHRONOUS
ELECTRICAL MOTOR Kang Jia (Guizhou Institute ofTechnology，Guiyang 55O003)Kang Huan
Wen Yi(Guiyang North City Electrical Power Bureau，Guiyan~g 5500O2)
Abstract With the development of dectrical technology,the capacity of single electrical motor in
heat-engine plant expands constantly．Along with it，the capacity ofthe assist moor used in heat--engine
plant expands too Compared with the small capacity asynchronous eMctrienl motor,the valtl~ofR X．
TD in the large capacity asynchrollous electrical motor arc rather different,and the capacity is larger,the
differenceismore obvious Sothattheimti~value andthe changelawin suspended state ofthe short
- circuit CWTentthat provided bythelarge andthe small asyltchrouousdec~ lmotors axe different
The characters of the feedback shoft．circuit current that provided by the large and the small
asynchr0n0lls electrical motors are be compared in detml，and the calculation ofthe short-circuit current
provided the large asynchronous is discussed fully in this paper
Key words The large capacity asyachronous e10ctrical motor Fendback Short-circuit clnTent
收稿日期：1997~t4—12第4期 康家义等：大容量异步电动机的短路反馈电流 28．1
1 大容量异步 电动机 的短路反馈 电流不容忽视
单机容量的迅速增大是现代电力技术发展的重要标志．据统计，9O年代以后我国各大电
网新增的火电机组绝大多数容量是在 200 Mw 及以上，已建和拟建的核电机组其容量也在
300MW 及以上，它们是各电网的骨干机组．另外，就我国能源结构而言，火电和核电的装机
容量占全国各类发电厂总装机容量的 76％ (火电占75％、水电占 24％、核电接近 1％)．随着
火电和核电单机容量不断增大，厂用系统的异步电动机容量不断增大，如容量为 300 MW 的
火电机组给水泵异步电动机的容量达6 300 kW ，且一段厂用母线上所接异步电动机的总功率
可达 15 MW 以上．当异步电动机定子绕组端点附近发生突然三相短路时，短路点的电压骤降
为零，而与电动机转子绕组合成磁链成正比的、短路前后不突变的次暂态电势 1．异步电
动机成为附加电源向短路点反馈短路电流．如果是在厂用母线上发生三相短路，异步电动机
供给的短路电流往往占总短路电流的三分之一以上，对选择电器设备有很大影响．
2 异步 电动机 的短路反馈 电流
正常运行的异步电动机转差在 2％～5％左右，可以近似看作同步运行．即角速度∞．=1．短路
初期由于惯性．异步电动机的转速变化很小，可以近似认为转速不变，因此异步电动机可以
近似看作欠激的同步发电机
当经过坐标变换，在同一坐标系统中研究异步电动机时，定子绕组和转子绕组间无相对
运动，其间的电磁关系犹如变压器．由于异步电动机转子对称，其上只有一个短接的线圈，
异步电动机定子绕组端点三相短路时的等值电路与电动机起动时的等值电路相同，如图 l所
示．因为起动初瞬电动机刚接入电网，转子尚未开始转动，转子绕组是短接的，起动电流就
是短路电流，起动电抗就是转子绕组短接时定子侧的等值电抗，即 ．
描述图 l所示的电路可用如下微分方程：
dis
¨ ：。
1 嵋¨ ：。
式中，R ，R ， ， ，——分别为定、转子绕组
的电阻和电感系数；
， ， ——分别为定、转子绕组的电流；
— — 定、转子绕组间的互感系数．
显然，式 (1)的解包括两项，其中一项是频
图 l 异步电动机起动时的等值电路
率接近于零的电流，称短路电流的直流分量；
另一项是频率接近同步频率的交流，称短路电流的周期分量．由于无能源支持．它们都是自
由分量，并分别按定、转子绕组的时间常数衰减到零．
设电源的合闸相角为零t并略去绕组的电阻时．异步电动机的短路反馈电流为 (用标么2R2 贵 州 科 学 第l5卷
制表 )
～
， 0e + coste (2)
式中一 是转子绕组短路时定子绕组的时间常数． 7；-是定子绕组短路时转子绕组的时间常
数．困大容量异步电动机定子绕组和转子绕组 (折合到定子侧)的参数一般比较接近
因此
，
可以近似认为 ， ， ，于是式 (2)可简化为
0+ cost)e (3)
下面确定J 和 ， ．
短路前瞬问 r=-o秒 (用。的下标表示)的定子电流
『『o一 ： ㈤
式中- o1和 分别为异步电动机短路前的端电压和次暂态电势
．
短路后瞬问t=o秒 (用l0l的脚标表示)时周期分量的初始幅值为
函
一万 一万
总短路电流为
一 (5)
根据短路前后电流不能突变的原理得：
o 0f — (6)
将式 (6)代入式 (3)得
毒
+
3 大容量异步电动机短路反馈电流的特点
3．1 次暂态电流的数值大
异步电动机的次暂态电流
I
， = ，Ⅳ= 0 IⅣ (kA ) (8)
^ D
式中， 称反馈电流倍数-它等于异步电动机的起动电流标幺值．小容量异步电动机 五，的
平均值一般取5 0，大容量异步电动机取 5．5～6．0，这说明随着电动机容量的增大．次暂态
电抗 的平均值在减小，使大容量异步电动机反馈的短路电流标幺值较大 另外，额定电流
．
与容量成正比，大容量电动机有较大的 ．基于上述两个原因，大容量异步电动机反馈的
次暂态电流数值较大-因此在选择电气设备时不仅应考虑反馈电流对力稳定的影响，还应考第4期 康家义等：太容量异步电动机的短路反馈电流 283
虑对开断电流和热稳定的影响 (小容量异步
电动机是忽略不计的)．
3．2 衰减较慢
大容量异步电动机的参数 ． 和 T
Tc．=X／R与小容量电动机不同．随着异步电
i曲
了／17弓 、口
康 家义
溃 五 虿 丽 _3
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摘 要 随着电力技术的发展，火电机组的单机容量不断增大 使厂用辅机的异步电动机窖量随
之增大．太窖量异步电动机与小容量异步电动机相比，它们的R，x，T等参数都有较大的差异．而
且这种差异随着容量的增大而愈显著，使其供给的短路电流初值的大小和在暂态过程中的变化规
律都不同．本文对大、小窖量异步电动机短路反馈电流的特点作了详细比较，并对太窖量异步电
关键词短 大容量釜异步 电动机面 反馈。．型短路皇电 流， 矩五羔 照冶 馈f摩屯0 l J ，
THE SHORT．CIRCUIT FEEDBACK CURRENT OF LARGE CAPACITY O’F ASYNCHRONOUS
ELECTRICAL MOTOR Kang Jia (Guizhou Institute ofTechnology，Guiyang 55O003)Kang Huan
Wen Yi(Guiyang North City Electrical Power Bureau，Guiyan~g 5500O2)
Abstract With the development of dectrical technology,the capacity of single electrical motor in
heat-engine plant expands constantly．Along with it，the capacity ofthe assist moor used in heat--engine
plant expands too Compared with the small capacity asynchronous eMctrienl motor,the valtl~ofR X．
TD in the large capacity asynchrollous electrical motor arc rather different,and the capacity is larger,the
differenceismore obvious Sothattheimti~value andthe changelawin suspended state ofthe short
- circuit CWTentthat provided bythelarge andthe small asyltchrouousdec~ lmotors axe different
The characters of the feedback shoft．circuit current that provided by the large and the small
asynchr0n0lls electrical motors are be compared in detml，and the calculation ofthe short-circuit current
provided the large asynchronous is discussed fully in this paper
Key words The large capacity asyachronous e10ctrical motor Fendback Short-circuit clnTent
收稿日期：1997~t4—12第4期 康家义等：大容量异步电动机的短路反馈电流 28．1
1 大容量异步 电动机 的短路反馈 电流不容忽视
单机容量的迅速增大是现代电力技术发展的重要标志．据统计，9O年代以后我国各大电
网新增的火电机组绝大多数容量是在 200 Mw 及以上，已建和拟建的核电机组其容量也在
300MW 及以上，它们是各电网的骨干机组．另外，就我国能源结构而言，火电和核电的装机
容量占全国各类发电厂总装机容量的 76％ (火电占75％、水电占 24％、核电接近 1％)．随着
火电和核电单机容量不断增大，厂用系统的异步电动机容量不断增大，如容量为 300 MW 的
火电机组给水泵异步电动机的容量达6 300 kW ，且一段厂用母线上所接异步电动机的总功率
可达 15 MW 以上．当异步电动机定子绕组端点附近发生突然三相短路时，短路点的电压骤降
为零，而与电动机转子绕组合成磁链成正比的、短路前后不突变的次暂态电势 1．异步电
动机成为附加电源向短路点反馈短路电流．如果是在厂用母线上发生三相短路，异步电动机
供给的短路电流往往占总短路电流的三分之一以上，对选择电器设备有很大影响．
2 异步 电动机 的短路反馈 电流
正常运行的异步电动机转差在 2％～5％左右，可以近似看作同步运行．即角速度∞．=1．短路
初期由于惯性．异步电动机的转速变化很小，可以近似认为转速不变，因此异步电动机可以
近似看作欠激的同步发电机
当经过坐标变换，在同一坐标系统中研究异步电动机时，定子绕组和转子绕组间无相对
运动，其间的电磁关系犹如变压器．由于异步电动机转子对称，其上只有一个短接的线圈，
异步电动机定子绕组端点三相短路时的等值电路与电动机起动时的等值电路相同，如图 l所
示．因为起动初瞬电动机刚接入电网，转子尚未开始转动，转子绕组是短接的，起动电流就
是短路电流，起动电抗就是转子绕组短接时定子侧的等值电抗，即 ．
描述图 l所示的电路可用如下微分方程：
dis
¨ ：。
1 嵋¨ ：。
式中，R ，R ， ， ，——分别为定、转子绕组
的电阻和电感系数；
， ， ——分别为定、转子绕组的电流；
— — 定、转子绕组间的互感系数．
显然，式 (1)的解包括两项，其中一项是频
图 l 异步电动机起动时的等值电路
率接近于零的电流，称短路电流的直流分量；
另一项是频率接近同步频率的交流，称短路电流的周期分量．由于无能源支持．它们都是自
由分量，并分别按定、转子绕组的时间常数衰减到零．
设电源的合闸相角为零t并略去绕组的电阻时．异步电动机的短路反馈电流为 (用标么2R2 贵 州 科 学 第l5卷
制表 )
～
， 0e + coste (2)
式中一 是转子绕组短路时定子绕组的时间常数． 7；-是定子绕组短路时转子绕组的时间常
数．困大容量异步电动机定子绕组和转子绕组 (折合到定子侧)的参数一般比较接近
因此
，
可以近似认为 ， ， ，于是式 (2)可简化为
0+ cost)e (3)
下面确定J 和 ， ．
短路前瞬问 r=-o秒 (用。的下标表示)的定子电流
『『o一 ： ㈤
式中- o1和 分别为异步电动机短路前的端电压和次暂态电势
．
短路后瞬问t=o秒 (用l0l的脚标表示)时周期分量的初始幅值为
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一万 一万
总短路电流为
一 (5)
根据短路前后电流不能突变的原理得：
o 0f — (6)
将式 (6)代入式 (3)得
毒
+
3 大容量异步电动机短路反馈电流的特点
3．1 次暂态电流的数值大
异步电动机的次暂态电流
I
， = ，Ⅳ= 0 IⅣ (kA ) (8)
^ D
式中， 称反馈电流倍数-它等于异步电动机的起动电流标幺值．小容量异步电动机 五，的
平均值一般取5 0，大容量异步电动机取 5．5～6．0，这说明随着电动机容量的增大．次暂态
电抗 的平均值在减小，使大容量异步电动机反馈的短路电流标幺值较大 另外，额定电流
．
与容量成正比，大容量电动机有较大的 ．基于上述两个原因，大容量异步电动机反馈的
次暂态电流数值较大-因此在选择电气设备时不仅应考虑反馈电流对力稳定的影响，还应考第4期 康家义等：太容量异步电动机的短路反馈电流 283
虑对开断电流和热稳定的影响 (小容量异步
电动机是忽略不计的)．
3．2 衰减较慢
大容量异步电动机的参数 ． 和 T
Tc．=X／R与小容量电动机不同．随着异步电
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