电动车用永磁同步电机的三相短路稳态分析与应用

6.3同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。

实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。

所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。

由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。

同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。

但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。

由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。

这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。

定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。

图6-6 凸极式同步发电机示意图图6-6 为凸极同步发电机的示意图。

定子三相绕组分别用绕组，，表示，绕组的中心轴，，轴线彼此相差120o。

转子极中心线用轴表示，称为纵轴或直轴；极间轴线用轴表示，称为横轴或交轴。

转子逆时针旋转为正方向，轴超前轴90o。

励磁绕组的轴线与轴重合。

阻尼绕组用两个互相正交的短接绕组等效，轴线与轴重合的称为阻尼绕组，轴线与轴重合的称为阻尼绕组。

定子各相绕组轴线的正方向作为各绕组磁链的正方向，各相绕组中正方向电流产生的磁链的方向与绕组轴线的正方向相反，即定子绕组中正电流产生负磁通。

励磁绕组及轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，转子绕组中正向电流产生的磁链与轴线的正方向相同，即在转子方面，正电流产生正磁通。

电力技术Electric power technology■ 杨梦艺张文慧周雪芳梁美玲同步发电机空载下定子突然三相短路的物理过程及短路电流的实用分析电力系统中的三大计算包括潮流计算、短路计算和稳定计算。

短路分析与计算是电力系统中极为重要的部分。

超导体是指在某一温度下，电阻为零的导体。

零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。

如果导体没有电阻，会导致电流在经过超导体时不会出现热损耗，这样电流会在导线中形成非常强大的电流，由此会产生超强磁场。

超导体闭合回路磁链守恒原理，没有电阻的闭合线圈的磁链永远等于突然短路，一开始时它所交链的磁链Ψo没有电阻的闭合回路又称为超导体闭合回路。

超导体闭合回路会始终保持着原来的磁链不变，这就是超导体闭合回路磁链守恒定则。

如果这时外部有磁链企图与该超导体线圈相链，那么，线圈中就要产生一个电流分量，该电流分量产生的磁链始终与外来磁链的大小相等、方向相反，以使链着线圈的总磁链保持不变。

外磁场变化产生的感应电动势、自感电动势、回路磁链性质说明对于在磁场中的超导体回路，无论交链回路的外磁场如何变化，任何瞬间的总磁链等于变化前瞬间的磁链值 ——超导磁链守恒电枢电流产生的磁场对主磁极磁场的影响就是电枢反应。

考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理，然后进行叠加的方法，就称为双反应理论。

1安培环路定律1.1空载情况下的三相短路的电流波形（电流实测波形）1.1.1分析：转子有励磁，定子绕组空载情况下：定子转子中都有交流分量和直流分量。

定子中的直流分量是逐渐衰减的，以两个时间常数Td′（大）、Td′′（小），转子中的交流分量是逐渐衰减的。

三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta；由定子回路的电阻和等值电感决定，大约在0.2s。

1.1.2对实测的定子电流进行分析——交流分量按指数规律衰减包含两个衰减时间常数次暂态过程→暂态过程→稳态。

同步发电机三相短路故障仿真分析摘要：电力系统中，发电机主要采用同步发电机，现代社会中使用的交流电，几乎全部由同步电机产生。

因此，同步电机对生产生活具有十分重要的意义。

本文采用MATLAB 建立同步电机仿真模型，对同步电机三相短路故障进行仿真分析，以便在同步电机运行尽量避免发生故障或在发生故障时能及时作出相应处理措施。

关键词：MATLAB 同步电机短路正序负序1前言同步电机是电力系统的电能供给设施，是电力系统中最重要和最复杂的设备，它的运行状态直接决定电力系统的安全与稳定。

在电力系统运行过程中，如果同步电机发生突然短路，则短路的暂态过程所产生的的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对同步电机本身和整个电力系统都可能产生严重的影响，因此，对同步电机的运行进行仿真及研究就显得尤为重要。

2发电机短路故障理论分析同步发电机的电磁暂态过程是一个很复杂的过程，为此假设同步发电机是理想机，即：(1)电机转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称，定子三相绕组也完全对称，在空间上相差为120°。

(2)定子电流在气隙上产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组之间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。

(3)定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感。

此外，还假设：(1)在暂态过程期间同步发电机保持同步转速不变。

(2)发生短路后励磁电压始终保持不变。

(3)短路发生在电机的出线端口。

突然短路后，定子各相绕组出现的电流，可以根据各相绕组必须维持在短路瞬间的磁链不变的条件来确定。

为此，首先必须研究定子各相绕组磁链的变化规律。

假定短路前电机处于空载状态，短路前空载稳态运行时,转子以的转速旋转，主磁通交链定子abc绕组，即三相绕组的磁通如下式：在t=0(短路时刻)瞬间，各绕组的磁链初值为：由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值。

3 仿真模型的建立设计一个只由发电机供电的简单电力网，该系统由一额定功率为500MW，额定电压为156KV的发电机和一负载构成。

永磁同步电机稳态短路电流的形成及试验方法况金园;殷强【摘要】本文对永磁同步电机稳态短路的试验方法和稳态短路电流的形成进行了分析，并通过试验验证，证明了永磁同步电机三相稳态短路电流幅值不受电机转速的影响。

%In this paper, the permanent magnet synchronous motor steady-state short-circuit test method and steady-state short-circuit current formation are analyzed, and through experiment verification, proved that the three-phase permanent magnet synchronous motor steady short circuit current amplitude is not influenced by the motor speed.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】3页(P72-74)【关键词】永磁同步电机;三相稳态短路电流;三相稳态短路试验【作者】况金园;殷强【作者单位】南车株洲电机有限公司，株洲 412001;南车株洲电机有限公司，株洲 412001【正文语种】中文永磁同步电机具有结构简单、体积小、质量轻、损耗小、效率高、形状和尺寸可以灵活多样等一系列的特点，因而应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域[1]。

稳态短路试验作为永磁同步电机试验项目中一个重要的试验项目，主要考核永磁同步电机在承受稳态短路电流的失磁影响以及测量其稳态短路电流的大小[2]。

现有的国际标准和国家标准中，永磁同步电机试验验证方法已经较为完善，针对各个试验项点都有较为详细的描述。

但是，对于稳态短路试验，未能在现有的国际和国家标准中找到非常适合的方法。

永磁同步电机稳态下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help yousolve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts,other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!永磁同步电机在当今的电力传动系统中得到了广泛应用，其在工业生产和交通运输等领域具有重要的作用。

「深度」三相永磁同步电机的绕组断线、匝间短路、转子偏心以及永磁体退磁【导读】目前用于电动汽车的电机类型主要有有刷直流电机、感应电机、永磁电机等，永磁同步电机具有效率高，功率密度和转矩密度大的优点，是极具发展潜力的电机类型。

但电机的工况恶劣、振动严重、工作环境温度较高等原因使得电机很容易发生故障，其常见的故障有匝间短路、转子偏心和永磁体退磁等。

本文将简要研究分析故障原因和机理，并建立起合适的故障工况下的有限元仿真模型，分析和提取其故障特征，并提出一些能应用于电机早期故障诊断的判断依据。

本文研究分析了三相永磁同步电机的绕组断线故障、匝间短路故障、转子偏心故障以及永磁体退磁故障。

1. 前言随着近年来环境污染和能源短的日益突出，世界各国开始相继重视这两个问题，并提出对策。

永磁同步电机作为一种高性能的交流电机，因其具有体积小，可靠性高，功率因数和功率密度高高，效率高等优点。

永磁同步电机的运行范围很宽，可以在其额定功率数值 25%-120%的范围内保持很高的运行效率，完全能够适应负载变化比较大的场合。

因此，永磁同步电机的发展和推广使用，将能够极大满足当今社会工业对高效电机的需求。

但与此同时，电机作为一个能够实现机电能量之间转换的系统，它的结构是由定子，转子，和轴承等电气系统和机械系统组成，其总体结构较为简单。

但电机工作时，具有复杂的机电能量转换过程，在长期运行中，受供电情况、负载工况和运行环境的影响，某些部件会逐渐失效，损坏。

电机的工作原理都是基于电磁理论，主要由电路（绕组）和磁路（铁芯）两大部分组成，其主要故障类型有绕组断线、绕组过热、匝间短路、绝缘老化、铁芯变形及电机转子偏心等，永磁同步电机因其转子上还装设有永磁体，还可能发生永磁体的不可逆退磁故障，总体来说，电机故障种类繁多，原因复杂。

电机集电气与机械部件于一体，加之处于高速运转状态中，故障征兆呈多样性，既有电气故障特性，又有机械故障特性；既有电气量(电压、频率、电流、功率等)，也有非电气量(热、声、光、气、辐射、振动等)。

一、同步发电机三相突然短路的电磁暂态分析同步发电机正常稳态运行时，励磁机施加于励磁绕组两端的电压为恒定的υf，励磁绕组中流过大小不变的直流电流i f,产生与定子绕组交链的磁链，在定子绕组中感应产生空载电势E q。

定子绕组与外部电路接通时，绕组中将有同步频率的交流电流i w。

各绕组电流分量物理过程分析：1、短路前稳态运行，有强制分量i w[0]和i f[0]。

2、短路瞬间，由于外界阻抗减小，定子绕组产生基频电流增量Δi w，为强制分量。

3、励磁绕组磁链守恒：定子Δi w出现导致相应的电枢反应磁链也增大，将减小励磁绕组原有的磁链，励磁绕组磁链守恒，励磁绕组中将增加一个直流分量Δi fa，并导致在定子回路中感应出一个附加的基频电流分量Δi w′，这两个电流都是没有外部电源供给的自由分量。

短路过程中，Δi w′将随Δi fa以定子绕组短接时励磁绕组的时间常数T d′按指数规律衰减到0。

4、定子绕组磁链守恒：电枢反应磁链的增大（包括Δi w和Δi w′二者所引起的磁链增量），将改变原有磁链的大小，为保持定子磁链守恒，短路瞬间定子绕组中必须产生一个大小与电枢反应磁链的增量相等、方向与之相反的磁链，定子绕组中应有一直流电流分量，该脉动直流可分解为恒定直流电流i ap和两倍同步频率的交流电流i2w两个分量，同时在励磁绕组中感应出一同步频率的交流电流Δi fw。

短路过程中，Δi fw将随（i ap+i2w）以励磁绕组短接时定子绕组的时间常数T a按指数规律衰减到0。

二、同步发电机三相突然短路的仿真2.1同步发电机突然三相短路电路模型同步发电机选用matlab/Simulink中的简化模型，参数如下：负载选用三相并联RLC负载元件，参数如下：短路通过三相电路短路故障发生器元件实现，参数如下：仿真时间为0.5s，故障发生器设定0.05s时发生短路故障，0.4s故障切除,仿真步长设为可变，算法为ode15s(stiff/NDF)。

永磁同步电机稳态短路试验WANG Yingchun;LI Xiangcheng;CHAI Qunkang;FENG Lu【摘要】通过对永磁同步电机(PMSM)稳态短路工况中短路电流和短路转矩进行理论分析,得到了PMSM稳态短路电流和电磁转矩的解析表达式.结合二维有限元法对某型号180 kW PMSM短路工况下的短路电流和短路转矩进行仿真分析计算,确定PMSM在稳态短路试验时短路电流、短路转矩随电机转速的变化规律.采用1台PMSM进行三相稳态短路试验验证,记录了短路试验时不同转速下的短路电流和短路转矩.对试验结果与理论分析、仿真分析结果进行对比分析,验证了短路电流、短路转矩随转速的变化规律.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2019(046)004【总页数】6页(P82-86,114)【关键词】永磁同步电机;稳态短路试验;短路电流;短路转矩;有限元【作者】WANG Yingchun;LI Xiangcheng;CHAI Qunkang;FENG Lu【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言永磁同步电机(PMSM)具有结构简单、效率高、弱磁调速性能优良等优点，在牵引电机行业应用广泛[1]。

PMSM的电气性能稳定性取决于永磁材料。

永磁材料在过高温度、冲击电流电枢反应或剧烈的机械振动作用下，都可能发生不可逆退磁，使电机的性能下降，甚至无法使用[2]。

永磁电机在三相短路时，短路电流产生直轴电枢磁动势对永磁体去磁，在三相突然短路时去磁能力最强。

为了避免永磁体在发电机短路过程中发生不可逆退磁，设计中必须进行最大去磁工作点校核计算，应保证此工作点在最高工作温度时回复线的线性段，或者说高于回复线的拐点。

研究三相短路特性有助于完善和补充电机在线检测理论，为失磁电机的检测提供依据[3]。

同时，稳态短路是进行永磁电机负载电流试验的重要方法之一。

稳态短路电流和短路转矩的理论计算，是试验线路和试验设备选择的前提条件[4-5]。

文章编号：1004-289X(2020)05-0012-04同步发电机三相短路电流分析刘竞泽-张佳伟2,赵天晓S林忠茂°,李铭§,张师'（1.东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012；2.大唐新疆清洁能源有限公司，新疆乌鲁木齐830000；3.国网吉林省电力有限公司辽源供电公司，吉林辽源136200；4.国网吉林省电力有限公司松原供电公司，吉林松原138000；5.国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林长春130000）摘要：同步发电机三相短路电流分析是一项值得深入研究的工作。

基于同步发电机dqO坐标下数学模型，研究同步发电机三相短路电流产生的数学原理，并采用Matlab编程实现同步发电机的三相短路仿真，验证本文分析结论的有效性。

通过分析知同步发电机短路电流瞬时值较大，是稳态短路电流的数倍在定子侧会产生衰减的直流分量、基频周期分量、倍频分量，在转子侧会产生衰减的直流分量和基频周期分量。

关键词：同步发电机；三相短路；定子绕组;励磁绕组中图分类号:TM31文献标识码：BAnalysis of Three Phase Short Circuit Current of Synchronous Generator LIU Jing-ze1,ZHANG Jia-wei2,ZHA0Tian-xiao3,LIN Zhong-mao^，厶/Ming',ZHANG Shi(1.Northeast Electrical Power University Jilin132012,China；2.Datang Xinjiang CleanEnergy Co.Ltd.,Xinjiang Urumqi830000,China；3.State Grid Jilin Electric Power Co.Ltd., Liaoyuan Power Supply Company,Liaoyuan136200, China；4.Jilin Power Co.Ltd.,Songyuan Power Supply Co.Ltd.,Songyuan138000,China；5.Jilin power Co.Ltd.,Changchun Power Supply Co.Ltd.,Changchun1300CK),China)Abstract:Three-phase short-circuit cunent analysis of synchronous generator is a work worthy of further study,based on the mathematical model of synchronous generator dqO coordinate,the mathematical principle of synchronous gener­ator three phase short circuit current generation is studied,and the three phase short circuit simulation of synchronous generator is realized by Matlab programming to verify the validity of the analysis conclusion in this paper.The analysis shows that the transient value of short-circuit cuiTent of synchronous generator is large,which is several times that of steady-state short-circuit current.Key words:synchronous generator；three phase short circuit；stator winding；excitation winding1引言电力系统的安全稳定运行对国防、国民经济以及人民日常生活提供了重要保障,因此如何使电力系统的稳定运行一直是国内外学者的重要工作U「121O 同步发电机作为电力系统的重要组成部分，由多个具有电磁耦合关系的绕组构成⑸。

电动汽车电机系统三相主动短路分析及应用黄步甲;于海生;刘野【摘要】对电动汽车用电机系统三相主动短路(Active Short Circuit,简称ASC)控制电路原理进行介绍,并对三相主动短路下驱动电机输出转矩、转速及相电流的关系和变化特点进行分析说明,同时阐述电机系统三相主动短路模式应用于电动汽车上的作用.结合三相主动短路状态的特性及作用,举例说明电动汽车用电机控制器如何设计合理的控制策略来实现三相主动短路的保护功能.【期刊名称】《汽车电器》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】3页(P1-3)【关键词】电动汽车;永磁同步电机;主动短路;电机控制器;反电势【作者】黄步甲;于海生;刘野【作者单位】科力远混合动力技术有限公司,上海201501;科力远混合动力技术有限公司,上海201501;科力远混合动力技术有限公司,上海201501【正文语种】中文【中图分类】U469.72近几年，中国从政策上积极推动新能源汽车尤其是电动汽车的发展，目的是为了减少对石油的使用，降低车辆尾气的排放，实现汽车绿色能源消耗。

电机控制器作为电动汽车电机系统的核心部件，具备实现直流电和交流电的相互转换，在电动车正常行驶时可将动力电池的直流电逆变成三相交流电，为驱动电机提供电源并控制电机输出转矩驱动车辆行驶；在电动车滑行或制动过程中电机控制器可控制驱动电机运行于馈电模式，将动能转换成电能给动力电池充电，有效地通过节约效能来提升电动车的纯电续航里程。

1 三相主动短路电路分析1.1 三相桥式逆变电路电动汽车用电机控制器目前主要采用三相桥式逆变器来实现直流电与交流电的转换功能，根据三相桥式逆变电路的控制原理（SVPWM），正常工作下，在一个正弦周期中，每个桥臂开关管开通半个周期（即180°），同一相上下桥臂开关管交替导通，各相开始导电的角度差120°［1］，且任一瞬间有3个桥臂同时导通，但不能出现同相桥臂上下开关管同时导通的状态，否则会引起直流侧电源短路。