对异步电动机暂态过程的探析

单相异步工作原理
单相异步电动机是一种常用的电动机类型。

它由定子和转子两部分组成。

定子上绕有若干绕组，通过电源供电产生磁场。

转子上绕有导体，制造转矩。

工作原理如下：当电机接通电源，定子绕组中流过交流电流，产生旋转磁场。

转子上的导体感受到磁场的作用力，产生转矩。

转子在磁场的作用下开始旋转。

由于转子上感应电流的存在，产生了反磁场。

这个反磁场与定子磁场相互作用，使得转子受到制动力。

由于导体自身的阻尼特性，转子会不断地进行短跑运动，即快速振动。

这个短跑运动帮助转子逐渐接近同步转速，最终与旋转磁场同步。

当转子同步转速之后，它将按照旋转磁场的方向和速度旋转。

此时，转子不再感应电流，反磁场减弱，不再对转子产生制动作用。

转子继续稳定地旋转，直至电机断电停止。

由于单相电源只能提供单向电流，无法产生旋转磁场。

因此，单相异步电机需要通过附加设备（如电容器）产生旋转磁场。

这使得单相异步电机在启动时表现较差，效率较低。

图1　低压电动机衰减特性1997—12—08收稿大型异步电动机的暂态冲击电流及其抑制方法晏国华　刘义和　叶秀丽　阿城继电器股份有限公司　(150302) 【摘要】　介绍了大型火电机组高压厂用母线切换时的情况,对大型异步电动机切换时的暂态过程进行了数学分析,介绍了减少切换时冲击电流的方法。

【关键词】　异步电动机　暂态过程　冲击电流引言 近两年期刊发表了不少大型高压电动机保护的论文介绍与新品研制。

这些文章都起到了信息交流、互通有无的积极作用。

作者认为在被保护对象发生故障之前了解其暂态过程,尽力设法减少其故障出现,使之更加安全可靠,防患于未然也应予以重视。

1　厂用母线切换时的一般情况 厂用电母线电源由于某种原因消失时,由于其上接有异步电动机,而电动机绕组和电枢中原来积存的能量不可能立即消失,因此母线上的电压和频率不会随时间的推移而迅速衰减。

对于高压大容量电动机和低压电动机来说,这种电压衰减是很不一样的,在低压电动机里由于磁场能量、机械惯量都很小,所以电压下降很快,一般经过数百毫秒(在大部分情况下甚至更短以至几乎觉察不到暂态电压和电流的存在)就能降至25◊额定值以下,而此时合上备用电源所引起的非同期冲击电流不会很大。

而在高压(大型异步)电动机里磁场能量、转动惯量大得多,再加上绕组的电阻比漏抗小得多,因此暂态过程中的自由电压和电流衰减得很慢,以至经过若干秒后依然会对母线发生影响,这样切至备用电源如果非同期合闸时则定子绕组所承受的冲击电流会达到十几倍额定电流,而这种冲击电流对电动机可能产生的后果极其严重。

111　图1为望亭电厂12号主变冷却油泵电动机上所录下的电压衰减波形图。

电动机为低压380V ,13kW 。

由图可见,经过300m s 残压即已衰减到额定电压的30◊。

112　与上对照,高压电动机如给水泵的残压需经过4s 才能衰减到约33◊。

113　高压厂用电母线切换时母线电压与时间图2　母线切换时母线电压图中:t 1——保护动作的整定时间(判断时间)t 2——电源切换时间t 3——电压恢复时间的关系可由图2说明之。

大型异步电动机起动引起电网暂态过程中的高次谐波分析在大型异步电动机起动时，会引起电网暂态过程中的高次谐波。

高次谐波是指频率高于基波频率的谐波分量，其频率一般在2kHz以上。

高次谐波对电网和电力系统的影响主要体现在以下几个方面：1.电网电压畸变：由于电机起动时的高次谐波分量，会导致电网中的电压波形出现畸变。

这些高次谐波会加剧电压波形的不纯度，造成电器设备的额定工作电压超过限值，从而影响设备的正常运行。

2.电网谐波电流：由于电机起动引起的高次谐波，可能会在电网中产生谐波电流。

这些谐波电流会导致电网中的电流波形不纯，造成功率损耗增加、变压器运行温升过高等问题。

3.电网谐波频率：电机起动引起的高次谐波频率一般在2kHz以上，可能与电网系统中的谐波频率相互叠加，形成新的高次谐波频率。

这些高次谐波频率可能与电网中其他设备的谐振频率相吻合，导致共振现象的发生，损坏设备。

为了减小电机起动引起的高次谐波对电网的影响，可以采取以下措施：1.定期检测电机：定期对电机进行检测，了解电机的运行状况，及时发现并修复电机中的故障，减小对电网的影响。

2.安装谐波滤波器：在电机的供电端安装谐波滤波器，可以有效滤除电机起动引起的高次谐波分量，减小对电网的影响。

3.提高电机的起动控制精度：合理调整电机的起动控制参数，减小电机起动时瞬时电流的突变，从而减小高次谐波的产生。

4.优化电力系统结构：对电力系统进行结构优化，合理布置变电站和电源负荷，减小电网中的谐波污染，并优化电网的谐振频率。

综上所述，大型异步电动机起动引起的电网暂态过程中的高次谐波分析是一项重要的研究内容。

通过合理的措施和优化方案，可以减小电机起动引起的高次谐波对电网的影响，保证电力系统的正常运行。

touP一ng fod旧nj一dlonkong 透平发电机电抗(reaetanees of turbogenera- tor)透平发电机在额定转速下正常运行、突然短路或带不对称负载运行时，由电枢电流产生的电枢绕组总磁链所感生的电压基波分量与电枢电流基波分蚤的比值。

对应不同的运行工况，透平发电机有同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗、正序电抗、负序电抗和零序电抗等不同的电抗。

它们是发电机在不同运行工况时的内部电抗，因此在建立电力系统的数学模型时可用相应的电抗和电动势代表透平发电机。

同步电抗电枢反应磁动势和电枢电流可分解为直轴分量和交轴分量，与此相对应的有直轴同步电抗xd和交轴同步电抗xq。

直轴同步电抗xd 为同步发电机在额定转速下运行时由直轴电枢电流产生的直轴总磁链在电枢所感生的持续交流电压的基波分量与该交流电流基波分量之比，为直轴电枢反应电抗与电枢漏抗之和。

交轴同步电抗xq与交轴分量相对应.隐极式同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗基本相等。

对凸极式同步发电机，由于直轴方向和交轴方向磁阻不同，直轴同步电抗一般比交轴同步电抗大。

直轴和交轴同步电抗可以从设计数据求得，也可以用转差法测得。

由于短路时电枢反应基本上在直轴方向，故按短路法所得到的同步电抗即为直轴同步电抗。

略去电枢绕组的电阻，直轴同步电抗即为在额定转速和给定励磁电流下发电机的空载电压与发电机出线端三相短路时的电枢电流的比值。

直轴同步电抗可从空载特性曲线和短路特性曲线求得(见透平发电机特性曲线)。

由于饱和程度不同，同步电抗将随励磁电流不同而变化。

在额定负载下同步电抗的标么值可取为短路比的倒数，它是同步电抗的饱和值。

现代透平发电机的同步电抗标么值约为1.5~2.4。

同步电抗越小，则发电机静态稳定功率极限越大，在进相运行时能吸收较多无功功率。

次暂态电抗也称超瞬态(变)电抗。

同步发电机在倾定转速下运行，电枢电压发生突变时，如出线端三相短路，电枢绕组电流也将发生突变，由于磁链守恒定律，励磁绕组和阻尼绕组的磁通不能突变，该电流增加的电枢反应磁通不能穿过励磁绕组和阻尼绕组而只能沿这两绕组外部通过，磁阻较大。

电力系统电磁暂态分析Ch11.电力系统暂态指电力系统受突然的扰动后，运行参数发生较大的变化即引起电磁暂态、机电暂态过程。

电磁暂态是电压电流等电气运行参数的快速变化过程。

机电暂态是角速度等机械运行参数的慢速变化。

电力系统电磁暂态分析是研究交流电力系统发生短路（断线）后电压电流的变化。

2.元件参数指发电机、变压器、线路的属性参数，运行参数指反映电力系统运行状态的电气、机械参数。

3.故障类型：短路（三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地）、断线（一相断线、两相断线）。

对称故障（三相短路）、不对称故障（不对称短路、断线故障）。

短路故障（横向故障）、断线故障（纵向故障、非全相运行）。

简单故障：指电力系统中仅有一处发生短路或断线故障，复杂故障：指电力系统中有多处同时发生不对称故障。

4.短路危害：短路电流大使设备过热并产生一定的电动力、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。

短路计算目的:电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施、电气接线方式的选择。

短路解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器。

5. 无限大功率电源指短路点距离电源的电气距离较远时，短路导致电源输出功率的变化量远小于电源所具有的功率的电源。

6.无限大功率电源的三相突然短路电流：1.短路电流含有二种分量：基频稳态分量、直流暂态分量。

2.基频稳态分量比短路前电流大，其大小受短路后回路的阻抗值决定。

3.直流暂态分量其大小由短路前电流和短路后电流的交流稳态值决定，并按短路后回路的时间常数Ta 衰减为0（出现原因：短路前后电感电流不能突变）。

7.最大短路电流条件：短路前线路空载、短路后回路阻抗角≈90°、电压初始角α为0°或180°。

出现时间：在短路后0.01秒时刻出现。

短路冲击电流：指在短路时可能达到的最大短路电流瞬时值。

三相电流中那相的直流分量起始值越大，则其短路电流越大。

电力系统暂态分析（自己总结的）电力系统暂态分析过程（复习提纲）第一篇电力系统电磁暂态过程分析（电力系统故障分析）1 第一章电力系统故障分析的基本知识1.1故障概述1.2标幺制1.2.1标幺值1.2.2基准值的选取1.2.3基准值改变时标幺值的换算1.2.4变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算一、准确计算法二、近似计算法1.3无限大功率电源供电的三相短路电流分析1.3.1暂态过程分析1.3.2短路冲击电流和短路电流有效值一、短路冲击电流二、短路电流有效值习题2 第二章同步发电机突然三相短路分析2.1同步发电机在空载情况下定子突然三相短路后的电流波形及其分析2.2同步发电机空载下三相短路后内部物理过程以及短路电流分析2.2.1短路后各绕组的此联及电流分量一、定子绕组磁链和短路电流分量1、励磁主磁通交链定子三相绕组的磁链2、短路瞬间三相绕组磁链的瞬时值3、磁链守恒原理的作用4、三相短路电流产生的磁链5、对应的i 的三相短路电流二、励磁绕组磁链和电流分量1、强制励磁电流产生的磁链2、电子三相交流电流的电枢反应3、定子直流电流的磁场对励磁绕组产生的磁链4、按照磁链守恒原理励磁回路感生的电流和磁链三、等效阻尼绕组的电流四、定子和转子回路（励磁和阻尼回路的统称）电流分量的对应关系和衰减2.2.2短路电流极基频交流分量的初始和稳态有效值一、稳态值二、初始值1、不计阻尼回路时基频交流分量初始值2、计及阻尼回路作用的初始值2.2.3 短路电流的近似表达式一、基频交流分量的近似表达式二、全电流的近似表达式2.3 同步发电机负载下三相短路交流电流初始值2.3.1 正常稳态运行时的相量图和电压平衡关系2.3.2 不计阻尼回路时的初始值'I 和暂态电动势'q|0|E 、'|0|E一、交轴方向二、直轴方向2.3.3 计及阻尼回路的''I 和次暂态电动势''|0|E一、交轴方向二、直轴方向2.4 同步发电机的基本方程2.4.1 同步发电机的基本方程和坐标转换一、发电机回路电压方程和磁链方程二、派克变换及d 、q 、0、坐标系统的发电机基本方程1、磁链方程的坐标变换2、电压平衡方程的坐标变换2.4.2 基本方程的拉氏运算形式和运算电抗一、不计阻尼绕组时基本方程的拉氏运算形式，运算电抗和暂态电抗二、计及阻尼绕组时基本方程的拉氏运算形式，运算电抗和暂态电抗2.5 应用同步发电机基本方程分析突然三相短路电流2.5.1 不计阻尼绕组时的短路电流一、忽略所有绕组的电阻以分析d i 、q i 各电流分量的初始值二、dq i 的稳态值三、计及电阻后的dq i 各分量的衰减1、d i 直流分量的衰减时间常数2、dq i 中基频交流分量的衰减时间常数3、计及各分量衰减的dq i四、定子三相短路电流五、交轴暂态电动势2.5.2 计及阻尼绕组时的短路电流一、dq i 各分量的初始值二、dq i 的稳态直流三、计及电阻后的dq i 各分量的衰减1、d i 直流分量的衰减2、q i 直流分量的衰减3、dq i 中基频交流分量的衰减时间常数四、定子三相短路电流五、次暂态电动势1、交轴次暂态电动势''Eq 2、直轴次暂态电动势''Ed2.6自动调节励磁装置对短路电流的影响3 第三章电力系统三相短路电流的实用计算3.1短路电流交流分量初始值计算3.1.1计算的条件和近似3.1.2简单系统''I计算3.1.3复杂系统计算3.2计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理3.2.1等值网络3.2.2用节点阻抗矩阵的计算方法3.2.3用节点导纳矩阵的计算方法一、应用节点导纳矩阵计算短路电流的原理二、三角分解法求导纳型节点方程3.2.4短路点在线路上任意处的计算公式3.3其他时刻短路电流交流分量有效值的计算3.3.1运算曲线法一、方法的基本原理二、运算曲线的制定三、应用运算曲线计算的步骤四、合并电源简化计算五、转移阻抗3.3.2应用计算系数计算一、无限大功率电源二、发电机和异步电动机4 第四章对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路4.1对称分量法4.2对称分量法在不对称故障分析中的应用4.3同步发电机的负序和零序电抗4.3.1同步电机不对称短路时的高次谐波电流4.3.2同步发电机的负序电抗4.3.3同步发电机的零序电抗4.4异步电动机的负序和零序电抗4.5变压器的零序电抗和等值电路4.5.1双绕组变压器一、YNd接线变压器二、YNy接线变压器三、YNyn接线变压器4.5.2三绕组变压器4.5.3自耦变压器4.6输电线路的零序阻抗和电纳4.6.1输电线路的零序阻抗一、单根导线——大地回路的自阻抗二、双回路架空输电线路的零序阻抗三、架空地线的影响四、电缆线路的零序阻抗4.6.2架空线路的零序电容（电纳）一、分析导线电容的基本公式二、单回线路的零序电容三、同杆双回路的零序电容4.7零序网络的构成5 第五章不对称故障的分析计算5.1各种不对称短路时故障处的短路电流和电压5.1.1单相接地短路[(1)f]5.1.2两相短路[(2)f]5.1.3两相接地短路[(11)f，]5.1.4正序增广网络的应用一、正序增广网络二、应用运算曲线求故障处正序短路电流5.2非故障处电流、电压的计算5.2.1计算各序网中任意处各序电流、电压5.2.2对称分量经变压器后的相位变化5.3非全相运行的分析计算5.3.1三序网络及其电压方程5.3.2一相断线5.3.3两相断线5.4计算机计算程序原理框图第二篇电力系统机电暂态过程分析（电力系统的稳定性）6 第六章电力系统稳定性问题概述和各元件机电特征6.1概述6.2同步发电机组的机电特性6.2.1同步发电机组转子运动方程6.2.2发电机的电磁转矩和功率一、简单系统中发电机的功率二、隐极同步发电机的功-角特性三、凸极式发电机的功-角特性四、发电机功率的一般近似表达式6.2.3电动势变化过程的方程式6.3自动调节励磁系统的作用原理和数学模型6.3.1主励磁系统一、直流励磁机励磁二、交流励磁机励磁三、他励直流励磁机的方程和框图6.3.2自动调节励磁装置及其框图6.3.3自动调节励磁系统的简化模型6.4负荷特性6.4.1恒定阻抗（导纳）6.4.2异步电动机的机电特性——变化阻抗一、异步电动机转子运动方程二、异步电动机转差率的变化——等值阻抗的变化6.5柔性输电装置特性6.5.1静止无功补偿器（SVC）一、晶闸管控制的电抗器二、晶闸管投切的电容器三、SVC的静态特性和动态模型6.5.2晶闸管控制的串联电容器（TCSC）一、基本原理二、导通阶段三、关断阶段7 第七章电力系统静态稳定7.1简单电力系统的静态稳定7.2小干扰法分析简单系统表态稳定7.2.1小干扰法分析简单系统的静态稳定一、列出系统状态变量偏移量的线性状态方程二、根据特征值判断系统的稳定性7.2.2阻尼作用对静态稳定的影响7.3自动调节励磁系统对静态稳定的影响7.3.1按电压偏差比例调节励磁一、列出系统状态方程二、稳态判据的分析三、计及T时系统的状态方程和稳定判据e7.3.2励磁调节器的改进一、电力系统稳定器及强力式调节器二、调节励磁对静态稳定影响的综述7.4多机系统的静态稳定近似分析7.5提高系统静态稳定性的措施7.5.1采用自动调节励磁装置7.5.2减小元件的电抗一、采用分裂导线二、提高线路额定电压等级三、采用串联电容补偿7.5.3改善系统的结构和采用中间补偿设备一、改善系统的结构二、采用中间补偿设备8 第八章电力系统暂态稳定8.1电力系统暂态稳定概述8.2简单系统的暂态稳定性8.2.1物理过程分析一、功率特性的变化二、系统在扰动前的运行方式和扰动后发电机转子的运动情况8.2.2等面积定则8.2.3发电机转子运动方程的求解一、一般过程二、改进欧拉法8.3发电机组自动调节系统对暂态稳定的影响8.3.1自动调节系统对暂态稳定的影响一、自动调节励磁系统的作用二、自动调节系统的作用8.3.2计及自动调节励磁系统作用时的暂态稳定分析8.4复杂电力系统的暂态稳定计算8.4.1假设发电机暂态电动势和机械功率均为常数，负荷为恒定阻抗的近似计算法一、发电机作为电压源时的计算步骤二、发电机作为电流源时的计算步骤8.4.2假设发电机交轴暂态电动势和机械功率为常数一、坐标变换二、发电机电流源与网络方程求解8.4.3等值发电机8.5提高暂态稳定性的措施8.5.1故障的快速切除和自动重合闸装置的应用8.5.2提高发电机输出的电磁功率一、对发电机实行强行励磁二、电气制动三、变压器中性点经小电阻接地8.5.3减少原动机输出的机械功率8.5.4系统失去稳定后的措施一、设置解析点二、短期异步运行和再同步的可能性。

• 90•计，以及课后测验。

课堂中，使用“blackboard ”软件系统进行授课，边学边做，学生学习热情高，学生问题能够及时解决。

采用线上编程平台“python123”与Anaconda 编程环境结合使用。

入门编程采用线上编程平台，较为复杂的实例则需要学生安装IDE ，作为课后过程考核。

这样在课上无需安装软件及第三方库，可以节省课堂上的时间，同时由学生课下自主完成实验编程设计，又可以锻炼学生独立自主解决问题的能力。

（4）教学内容结构图1 教学内容架构基础编程部分包括基本语法与基本流程控制、函数与代码复用、程序设计方法、数据组合类型。

在案例及应用教学中，根据医学学科特点，重点为数据分析与处理，数据格式化方法及数据可视化方法。

学习科学计算的基础库numpy 的使用、提供绘图功能的第三方库matplotlib 的使用，熟练使用requests 库及beautifulsoup4库进行数据爬取及解析。

课程总体与医学相关实例占比达到68%。

（5）教学效果笔者对参加该课程的学生104人进行调研。

在课后调研中约有76%的学生觉得对该课程感兴趣，认为在今后的工作生活中可能会用到。

有39%的学生希望在以后深入学习相关知识。

3.总结与展望计算思维已渗入到医学的方方面面，在医学院校已受到高度重视，并且关乎医学信息化的发展。

面向医学院校学生开设以计算思维为基础的python 程序设计实训课程，突出医学应用学科特色、提高医学生学习兴趣，有利于学生计算思维的培养，也是在为以后医疗的信息化与智能化改革助力。

在未来课程设计中，教师未能厘清各学科学生专业学科知识体系结构，未能了解学生亟需实用知识技能，今后教师需要加强生物医学素养，在培养学生计算思维的同时，加强实用技能。

另外，对学生计算思维能力的量化评价客观方法还有待进一步研究。

基金项目：吉林省卫生计生管理模式革新项目“基于EMR 数据的文本挖掘模式研究及价值发现”（2017G024）。

三相异步电动机断相后暂态过电压
刘宝华
【期刊名称】《电机技术》
【年(卷),期】2001(000)001
【摘要】对三相异步电动机断相后暂态过程中出现的高频振荡过电压现象及其产生的原因进行了分析.
【总页数】2页(P31-32)
【作者】刘宝华
【作者单位】河北理工学院,063009
【正文语种】中文
【中图分类】TM3
【相关文献】
1.一种实用的三相异步电动机断相错相保护数字逻辑电路 [J], 王伟平;黎明
2.三相异步电动机断相运行及其热继电器保护探讨 [J], 陈铁军
3.三相异步电动机断相后暂态过电压分析 [J], 刘宝华
4.三相异步电动机电源断相错相保护数字逻辑电路 [J], 黄宜红
5.三相异步电动机断相后磁势和机械特性的分析 [J], 吕锋;孙杨
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异步电动机发电状态及瞬时功率分解异步电机的发电异步电机的定子是三相绕组，转子是短路绕组，本身没有磁场。

这一点和直流发电机及同步发电机不同。

他们都有一个固定的励磁绕组，在原动机的拖动下，使电枢绕组切割磁力线从而发出电来。

因此，异步电机只有原动机拖动是发不出来电的。

异步电机要想发电，首先必须建立磁场。

但是，异步电机是在定子的三相绕组里通入三相交变电流后，才产生旋转磁场的。

也就是说，异步电机为了得到磁场，其定子绕组必须和三相电源相接。

在这种情况下，它将作为异步电动机而运转起来。

但是，如果转子的转速超过同步转速，就成了异步发电机。

真正的异步发电机很少使用，目前只有风力发电机是所谓的双馈异步发电机。

我们这里只讨论异步电动机的发电状态。

拖动系统中异步电动机发电有2种情况：1、拖动系统释放位能当起重机械的重物下放时，在重力加速度作用下，转子的转速将有可能超过同步转速，而使电动机处于发电状态。

2、拖动系统释放动能高频转为低频。

在变频调速系统中，当频率降低时，同步转速随即减小，但电动机的转子却因为有惯性，并不立刻下降。

于是出现了同步转速低于转子转速的情况，及电机进入发电状态。

磁极对数增加。

有的电动机在运行过程中，可以改变绕组接法，例如双速电机。

通过增加磁极对数来降低转速。

当磁极对数刚增加的瞬间，同步转速已经下降，而转子转速因为有惯性而不能立即下降，也将出现转子转速高于同步转速的情况。

发电状态的特点发电状态和电动状态的重要区别在于：电动状态，电流比电压滞后的电角度小于90︒发电状态，电流比电压滞后的电角度大于90︒异步电机从电动状态过渡到发电状态A相瞬时功率异步发电机并不能像直流发电机和同步发电机那样，从没有电能“产生”出电来。

异步电机的发电，仅仅是在电机和电源能量的交换过程中，从电机反馈给电源的能量比电源输入给电机的能量大而已。

也就是说，不论是电动状态还是发电状态，始终存在着电动机的磁场和电源之间的能量交换过程，区别仅在于：当吸收的能量大于反馈的能量时，是电动状态，而当反馈的能量大于吸收的能量时，是发电状态。