發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)短路特性測(cè)定試驗(yàn)法

發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)短路特性測(cè)定試驗(yàn)
本試驗(yàn)的目的是測(cè)取同步交流發(fā)電機(jī)的三相穩(wěn)態(tài)短路特性，即同步發(fā)電機(jī)在三相電樞繞組事先短路時(shí)的穩(wěn)態(tài)短路電樞電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線。該特性曲線是用于求取直流同步電抗、短路比、定子漏抗、保護(hù)電抗等很多參數(shù)的主要依據(jù)。通過(guò)分析這些參數(shù)，可以了解被試發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)水平和改進(jìn)方向。
交流發(fā)電機(jī)原理圖
永磁同步發(fā)電機(jī)(pmsm)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、弱磁調(diào)速性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在牽引發(fā)電機(jī)行業(yè)應(yīng)用廣泛。pmsm的電氣性能穩(wěn)定性取決于永磁材料。永磁材料在過(guò)高溫度、沖擊電流電樞反應(yīng)或劇烈的機(jī)械振動(dòng)作用下，都可能發(fā)生不可逆退磁，使發(fā)電機(jī)的性能下降，甚至無(wú)法使用。永磁發(fā)電機(jī)在三相短路時(shí)，短路電流產(chǎn)生直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)永磁體去磁，在三相突然短路時(shí)去磁能力最強(qiáng)o為了避免永磁體在發(fā)電機(jī)短路過(guò)程中發(fā)生不可逆退磁，設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行最大去磁工作點(diǎn)校核計(jì)算，應(yīng)保證此工作點(diǎn)在最高工作溫度時(shí)回復(fù)線的線性段，或者說(shuō)高于回復(fù)線的拐點(diǎn)。
研究三相短路特性有助于完善和補(bǔ)充發(fā)電機(jī)在線檢測(cè)理論，為失磁發(fā)電機(jī)的檢測(cè)提供依據(jù)。同時(shí)，穩(wěn)態(tài)短路是進(jìn)行永磁發(fā)電機(jī)負(fù)載電流試驗(yàn)的重要方法之一。穩(wěn)態(tài)短路電流和短路轉(zhuǎn)矩的理論計(jì)算，是試驗(yàn)線路和試驗(yàn)設(shè)備選擇的前提條件。突然短路電流通常大于穩(wěn)態(tài)短路電流，計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，試驗(yàn)具有破壞性，難以檢驗(yàn)，且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由暫態(tài)過(guò)渡到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間非常短。工程上根據(jù)穩(wěn)態(tài)短路特性，再通過(guò)經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)修正后評(píng)估突然短路特性e。因此穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)后的短路電流為進(jìn)行發(fā)電機(jī)突然短路時(shí)的失磁能力驗(yàn)證試驗(yàn)提供了必要的理論依據(jù)。通過(guò)場(chǎng)路耦合有限元法和研究突然短路時(shí)電樞繞組磁鏈變化的方法給出了不同的短路電流計(jì)算方法，但并未分析短路電流隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，未對(duì)短路轉(zhuǎn)矩進(jìn)行論證。
本文采用正弦波pmsm dq軸數(shù)學(xué)模型對(duì)pmsm穩(wěn)態(tài)短路電流和穩(wěn)態(tài)短路轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了理論分析，得到pmsm穩(wěn)態(tài)短路電流和電磁轉(zhuǎn)矩的解析表達(dá)式。結(jié)合二維有限元法對(duì)某型號(hào)永磁發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真分析，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)，驗(yàn)證了pmsm穩(wěn)態(tài)短路電流、穩(wěn)態(tài)短路轉(zhuǎn)矩隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。
一、試驗(yàn)方法
同步發(fā)電機(jī)的三相穩(wěn)態(tài)短路特性試驗(yàn)可采用以下兩種方法：發(fā)電機(jī)法或電動(dòng)機(jī)法（或稱(chēng)為“自減速法”）。
1、發(fā)電機(jī)法
（1）試驗(yàn)前，應(yīng)先將三相電樞繞組在出線端短路（或在盡可能近的部位短路），連接應(yīng)牢固可靠，電阻應(yīng)盡可能小。
（2）對(duì)自勵(lì)恒壓發(fā)電機(jī)，應(yīng)改用其他直流電源進(jìn)行他勵(lì)。
（3）試驗(yàn)時(shí)，將被試發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使電樞電流達(dá)到其額定值的1.2倍左右，同時(shí)測(cè)取三相電樞電流1k和勵(lì)磁電流以該點(diǎn)作為第一點(diǎn)。然后，逐步減小勵(lì)磁電流到零。期間共測(cè)取5~7點(diǎn)上述數(shù)值。
（4）如果三相電樞電流對(duì)稱(chēng)，則除了在額定電流時(shí)測(cè)取三相電流外，其他各點(diǎn)允許只測(cè)任意一相的電流值。
（5）在出廠檢查試驗(yàn)進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，允許只測(cè)量額定電樞電流時(shí)的勵(lì)磁電流。
用上面試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制穩(wěn)態(tài)短路特性曲線。該曲線一般為一條直線。
（2）電動(dòng)機(jī)法（自減速法）
電動(dòng)機(jī)法通常稱(chēng)其為自減速法。試驗(yàn)時(shí)，被試發(fā)電機(jī)作電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行到機(jī)械損耗穩(wěn)定后，先切斷電樞電源，再立即減少勵(lì)磁電流到零并切斷勵(lì)磁電源，被試發(fā)電機(jī)將自減速。之后，用事先準(zhǔn)備好的短路開(kāi)關(guān)將電樞繞組三相短路。緊接著，接通勵(lì)磁電源并給處于靠慣性旋轉(zhuǎn)的被試發(fā)電機(jī)加勵(lì)磁，使電樞電流達(dá)到額定值的1.2倍左右。
（1）以下試驗(yàn)及計(jì)算和繪制特性曲線等過(guò)程同發(fā)電機(jī)法。
（2）若在一次試驗(yàn)中不能得到足夠的數(shù)據(jù)，可重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。
（3）在出廠檢查進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，允許只測(cè)量額定電樞電流時(shí)的勵(lì)磁電流。
二、試驗(yàn)驗(yàn)證
采用在發(fā)電機(jī)冷態(tài)下，將發(fā)電機(jī)三相引出線短接，采用wt1600功率分析儀測(cè)量發(fā)電機(jī)三相引線端電參數(shù)，采用nj3-5000扭矩儀測(cè)量發(fā)電機(jī)的輸入扭矩。扭矩儀安裝在永磁發(fā)電機(jī)輸入端，發(fā)電機(jī)在拖動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下由靜止開(kāi)始運(yùn)行，轉(zhuǎn)速不斷升高，測(cè)得不同轉(zhuǎn)速下pmsm的穩(wěn)態(tài)短路電流和電磁轉(zhuǎn)矩。
表1 冷態(tài)下不同轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)短路電流和電磁轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速/(r?mint)
電流/a
電磁轉(zhuǎn)矩/(n?m)
10
40
-350
30
75
-1610
45
105
-1405
65
120
-1220
100
180
-998
200
251
-596
323
266
-345
370
268
-292
500
268
-232
800
269
-163
1 000
269
-140
1 500
268
-100
2 015
268
-83
發(fā)電機(jī)完成溫升試驗(yàn)后，在熱態(tài)下重新進(jìn)行上述短路試驗(yàn)，測(cè)得不同轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)態(tài)短路電流和制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。
表2熱態(tài)下不同轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)短路電流和電磁轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速/(r?mint)
電流/a
電磁轉(zhuǎn)矩/(n?m)
10
15
-189
30
48
-1419
45
75
-1429
65
97
-1347
100
148


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