电机是将机械能转变为电能,或将电能转变为机械能的机械。现代工农业生产及人民生活使用的电能,几乎企部是通过发电机生产出来的:面生产出的电能有一半以上是通过电动机转变为机械能后方才加以利用。在自动控制系统中,电机常常被作为测量、放大和执行元件等得到了普遍的应用。
在把我国尽快地建成具有四个现代化的社会主义强国的进程中,对于电机的需要不仅在数量和品种上急剧增加,而且对电机稳态和瞬变性能的要求也不断提高。由于电子技术和计算技术的发展,电机的运行条件日益复杂化并且更加自动化,过去许多难于分析的变过程现在则可以通过计算机进行计算。因此,科学技术的发展,不仅使人们进一步掌握并了解了电机瞬变过程的现象,而且还为瞬变过程的研究增加了新的内容。
在电力系统中,当负载突然发生变化时,起动或切除电机时,以及调整控制设备或发生突然短路故障时,都将引起电机的瞬变过程。这一过程虽然为时短暂,如果缺乏完善的预防措施,可能导致电力供应巾断,并且损毁器材,甚至危及人身安全等严重后果。例如在三相突然短路时,异步电机冲出电流的瞬时值,可能达到额定值的10倍以上:汽轮发电机冲击电流的瞬时值可能达到额定值的20倍左右:同步电机单相短路冲击电流的瞬时值可能比三相短路时还要大30-40%,同步电机投入电网时的误整步产生的冲击电流也可能达到三相突然短路时的2倍。
在某些情况下的醉变过程中,冲击电流虽然很大,但由于时间短促,产生的热效应并不会导致危险的后果。但是,对于失步或起动等过程而言,估计它们的效应则是非常重要的。电机绕组的端部在瞬变过程中可能产生极大的机械应力,有时1厘米长度的应力可达75公斤左右,而且电机还可能产生很大的电磁转矩,发生剧烈的机械振动以及转速升高现象,比如同步电机在三相突然短路时的最大转矩,可能达到额定转矩的7倍左右,严重危及电机主轴和地脚螺钉等部件:其次在变过程中,电机还会出现单向转矩和脉振转矩,在同步电机中脉振转矩的频率通常等于额定频率或二次谐波的频率,当电机转于在一定的转差下运行时,脉振转矩的频率可能和主轴的固有扭转振荡频率接近,从而产生严重的扭转剪切应力,并危及主轴。
在瞬变过程中,还可能发生严重的过电压现象,这些过电压现象大都是由于负荷的调配、雷击及不对称短路等而引起。例如同步电机在负荷调配时的过电压则可能达到额定电压的4-5倍,在不对称短路时的过电压,则可能达到更高的数值。在自动控制系统中,主要是研究系统中各元件及整个系统的动态特性:因此当电机作为其中的重要元件时,了解并掌握其瞬变性能是十分必要的。
综上所述,可知充分掌握电机的解变过程,不仅可以合理设计和制造电机,而目可以正确选用电机运行时所需用的控制和保护设备,从而提高了电机及与之相联接的整个系统的运行性能和可靠性。
电机的瞬变过程是相当复杂的,其中不仅有电磁方面的,还有机械方面的,以及热方面的瞬变过程,而且它们又是互相影响和互为因果的。但在实际工作中,可以将这些辨变过程分冽以研究,也可以考虑它们在相互影响下的变过程。例如,店子热的过程远较其它过轻为慢,在研究其它瞬变过程时可以不予考虑。父舞渐究电机在突然短路后的电磁驿变过馆时,可以忽略电机的机械瞬变过程,而认为电机转速保持值不变。但是,在研究同步电机的动态稳定时,不仅需要考虑电磁瞬变过程和机械瞬变过程的相互影响,前月,还须计及动磁
调节系统和原动机调速系统在瞬变过程中的作用,才能计算出较准确的结果,在研究电机的解变过程时,首先必须很好地了解电机的电压、电流、磁链及转矩等之间的关系,以及它们与自感系数、互感系数和其它参数之间的联系,以便根据实际情况作出相应的假定,建立描述电机峰变过程的基本方程式。然后再根据所研究课题的性质和特点,通过座标变换将电机的基本方程式变换为以新变量为基础便于求解的方程式,再利用运算微积和其它数学方法求得解答。即使如此,对某些课题所得的电机基本方程式仍为非线性微分方
程,必须用数字计算机以某种数值解法求解。一般说来,在电机瞬变课题的领域内,研究的问题属于“路”的范畴,解题的方法可运用拓扑学的方法(附录1)建立状态方程,获得所需的数学模型:也可应用其它的方法,选定状态变量,建立状态方程,求得解答(附录II)。
几十年来对电机瞬变过程已进行大量的研究工作,取得了丰富的成果,本书将系统地介绍研究电机瞬变过程所必须具备的一些基本概念和分析方法,使读者获得阅读有关参考文献和分析电机瞬变过程的基础。
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