电机过渡过程的基本理论及分析方法 (上册)_高景德_10307756.pdf
高景德编写的《电机过渡过程的基本理论及分析方法》，此通过高校图书馆超星下载转的PDF，附件为清晰带书签的版本，共分为上下两册，此为上册，希望对大家有用！！！录绪论第一章过渡过程的一些基木概念及分析方法概述……………………………………………5§1,1过渡过程的一些基本概念…§1.2运算微积法及其若千定理§1.3运算微积法在过渡过程分析中的应用會早晶争中ψ8§i.4海维塞德运算法及其在过渡过程分析中的应用S15电路的运算形式33§1.6过渡过程的数值解…命鲁會■自會舀自口血會音■音會司自昏■■音命4昏自昏晶▲自■■合曾吾曾自合■晶42§1.7电路拓扑学的一些基木概念…■■■■晶聊哥■吾曹■■■■咖■■●自命司會··电自●50§1.8分析电路用的节点法60§1.9分析电路用的回路法………69s1.10采用拉氏变换时的节点法和回路法76S1.11节点电压方程和回路电流方程的数值解…83第二章络的状态变量分析法98概述…98§2.1状态变量和状态方程的一些基本概念即鲁啬旮山聊·冒↓山■早司ψ■99§2.2状态方程的建立…………………………102§2.3特征方程及特征矢量…·…108§2.4状态方程在时城中的解析解法119§2.5状态方程的拉氏解法t·137§2.6按络图的拓扑关系建立状态方程……………140§2.7状态方程的几种数值解法165第三章具有换向器的电机的基本电磁关系及某些运行方式的分析…181概述……………………………………18IS3.1他激直流电机的一些基本电磁关系………………182§3.2他激直流电机的一些运行特性的分析……………………187§3.3具有纵横轴电枢绕组的直流电机的一些基本电磁关系209§3.4交磁放大机的一些运行特性的分析§3.5单相换向器式交流电机的一些运行特性的分析23l§3.6直流发电机突然短路的分析………………*……241第四章交流电机的基本电磁关系………………………260概述260§4.【凸极同步电机绕组的电压方程及磁链方程……261§4.2凸极同步电机绕组的自感系数和互感系数…………………267§4.3凸极同步电机定子绕组和转子绕组的磁链及参数…………289s4.4同步电机的标么值系统……………………………300§4.5同步电机在dq0系绕中的基本方程………………310同步电机的等值电路及运算电抗3l4§4.7同步电机转速为恒值时的状态方程…322§4.8同步电机基本方程的矩阵形式…………3244.9同步电机的输出功率及电磁转矩336§4.10同步电机转子运动方程及惯甡常数339§4.11同步电机转速变化时的状态方程……自·■。●。·●●342第五章同步电机在同步转速时的一些对称运行方式的分析鲁···●◆自···郾乌裊日中···自司卓■●血心每号日●自-兽昌‘鲁倡鲁鲁鲁导ψ會昏备命346概述c。346§5.1同步电机的稳态对称运行方式口p·●自司o·●口⊙鲁[鲁●·◆日·●■■347§5.2同步电机定子绕组开路时;在励磁绕组上突然加以电压后的过演过程…55§5.3同步电机转子绕组短路时,在定子绕组上突然加以电压后的过渡过程36655.4同步电机突然三相短路后的电流…386§5.5同步发电机在突然增加负载时的电压降落395§5.6同步电机的瞬变电势…………………4……”401§5.7同步电机在突然三相短路后的电磁转矩………………409§5.8同步电机三相短路的突然拉开…416第六章同步电机在恒速时的一些特殊运行方式的分析422概述………………………………………422§6.【同步电机坐标系统的转换及其公式dD●■—·●中郾■画品命q■■音画晶4423§6.2同步电机的突然两相短路q曾即ψ鲁口■q即··■■。日q罪雪437§6.3同步电机的稳态异步运行164§6.4同步电机超瞬变电抗的静测法…47656.5同步电动机的异步起动…482§6.6同步电机的频率特性及其实验测定法492§6.7同步电机与电容相联运行时的分析……520附录一531附录二………535参考文献啼幽血▲◆●·●音■自自▲·晋自看·■幽贔·■b·ψ命■幽■鲁會辛ψ音●◆bD·自·■●··即■■晋鲁自●。●音536绪论电机是电能生产及应用的基本装备,同时也是自动调节控制系统中的重要元件。工农业生产及人民生活中普遍应用的电能几乎全部是通过发电机生产的;而生产出的电能,则有一半以上是通过电动机加以利用的。在自动控制系统中,电机则是作为放大元件、执行元件以及量测和比较元件等普遍加以应用在把我国尽快建成一个具有现代农业、现代工业、现代国防现代科学技术的伟大的社会主义强国的进程中,不仅对电机的需要量及品种的要求大大增加,而且对其性能的要求,也在不断提高。现在电机的单机容量正在迅速提高,应用领域也在不断扩大而且运行条件日益复杂化和自动化。随着计算机的出现及其应用的迅速发展,不仅可以利用计算机研究许多过去难于分析的,甚至不可能分析的电机的过渡过程问题,而且也反过来提出了建立更加准确的分析电机过渡过程的数学模型问题,以及宜于应用计算机分析电机过渡过程的方法等.半导体可控硅技术的发展,进步增加了电机自动调节和应用的技术内容,提出了需要研究的系列新课题。这种日益增长的需要,都要求我们很好地了解和掌握电机的过渡过程和运行特性与电机相联的任何参量一且发生突变时,必然引起电机的过渡过程.例如,正常工作时的负载突然增减及调配,电机的起动、整步及停车;故障发生时的突然短路断线跳闸等,均会引起相应的过渡过程。这些过渡过程虽然一般都是短时间的,但却可能引起严重后果。例如,在三相突然短路时,异步电机的冲击电流的瞬时值,可能达到其额定值的十倍以上;汽轮发电机的冲击电流的瞬时值,可能达到其额定值的二十倍左右.在不正确的同步并车的情况下,同步电杋的冲电流瞬时值,可能达到其额定值的三十倍以上.在某些情况下,由于时间的短促,虽然这些电流并不会引起严重的温升,但却可能在电机绕组的端接部分引起很大的机械应力,其值可达75公斤/厘米左右,并严重危及电机。在另一些情况下,例如在起动、自激、以及脱落同步等情况下,由于时间较长还可能引起较高的温升,从而使电机受到相应的损伤,庞大的电力系统中的同步电机的失去稳定可能造成较大地区的停电事故和十分严重的损失。异步电机的自激严重影响着配电串联电容补偿技术的应用和推广在过渡过程中,还可能发生严重的过电压现象。这些过电压现象多半是由于雷电现象、负载的调配、不对称运行及短路,以及电机的自激等所引起.例如。同步电机在负载调配,电缆击穿以及电弧间续点燃等情况下,其过电压的数值可能达到额定值的四、五倍左右,而在不对称短路及电机自激等情况下,过电压的数值则可能达到更高的数值。随着输电电压的提高,过去完全由雷电现象确定的绝缘水平,现在有些需要根据电力系统本身产生的过电压来考虑在过渡过程中,还可能发生很大的电磁转矩,机械振动以及电机转速急剧增大,出现很高的飞逸转速等现象。例如,同步电机在三相突然短路后,其最大瞬时电磁转矩可能达额定转矩的六七倍以上,并严重危及电机主轴。基座及其螺钉等。再如,在过渡过程中出现的脉振转矩特别是在电机转子具有一定的滑差时,脉振转矩的频率很可能与主轴的扭振固有频率接近,而发生严重的扭转剪切应力,并危及主轴.已经出现过大型汽轮发电机主轴由于发生自激而断裂的事例在研究电力拖动系统,自动控制系统,以及电力系统的自动调节及保护等许多特性时,对作为其中的重要元件的电机过渡过程的了解,也是非常必要的:因为这些系统都要在较短的时间内完成其调节控制作用的.例如,电力系统中的继电保护及开关设备,要在不到十个周波的时间内完成其动作;同步电机的自动励磁调节已经成为提高电力系统静态稳定和动态稳定的重要措施之一.同步电机励磁电压的上升速度已经达到每秒数万伏的数值.就电力拖动系统及自动调节控制系统而言,电机的过渡过程也有重要意义,在某些情况下,电机的过渡过程几乎是决定这个系统随时间变化的特性的主要因素。例如,过渡过程的持续时间,电动机及工作机械的转速及加速等往往是决定这个系统特性的重要指标。因此,了解和掌握电机的过渡过程不仅可以获得合理的电机设计,节省原材料和加工工时等而且可以正确地选择运行时所三的自动保护装置及其附属设备,同时,还可提高电机及与它相联的其他设备的整个系统的运行性能和指标电机的过渡过程是相当复杂的。其中不但有电磁方面的、机械方面的、以及热方面的过渡过程,而且他们还是互为影响,互为因果的。但在实际工作中,这些过渡过程往往是可以分别加以研究的.例如,其中的热过程的变化一般远较其他过程为慢因而在研究其他过渡过程时,可以不予考虑。再如在研究电机的电磁过渡过程时,在许多情况下可以对其中的机械过渡过程忽略不计。电机的过渡过程除了与电机本身的参数有关外还和与它相联的其他电机、电器输电线、以及机械负载和原动机等有关。因此在研究电机过渡过程时,还必须对这些因素加以考虑在研究电机过渡过程时,首先需要确定描述电机过渡过程的基本参数及基本关系式;其次,需要根据给定的电机工作状态,求解相应的方程。为此,就需要很好地了解电机内的电磁关系和求解相应的方程的方法。具体说来,就是一方面要很好地了解电机的电压、电流、磁链、转速及转矩等之间的关系,以及与他们相应的自感系数,互感系数和其他参数等以便根据实际情况儆出相应的假定,求出相应的参数。建立相应的基本关系式。另一方面,还要善于根据电机及所研究的问题的条件及特点,利用转换变数(或转换轴线),运算微积、状态变量或其他数学方法来求解所建立起来的方程。数字计算杋和模拟计算机与电力系统动态模拟等物理模拟以及他们的配合使用,则是研究电力系统和电机过渡过程的重要手段。学会和善于根据具体间题和条件,分别或综合利用这些手段。往往可以达到事半功倍的效果电机参数是研究电机过渡过程的基木依据,这些参数的设计计算方法及实验测定方法是电机理论的一个重要组成部分.前者属于另一类型的问题,本书不拟多加讨论。后者与电机过渡过程的理论一脉相通因此,在本书中将得到一定的反映。近几十年来,在电机过渡过程方面已经进行了大量的研究工作,积累了极为丰硕的研究成果并且已经有了比较完整和系统的理论与研究方法。本书的任务,就是在有限的篇幅内,介绍这些研究成果的基本概念及分析方法,从而使读者具备进一步闻读和参考有关研究成果的能力。随着生产的不断发展和科学技术的迅速提高3不但在这方面要出现许多新的研究课题,而且也要求把已经解决的科学技术问题,更加提高一步。因此读者还要在掌握这些基本内容的同时,注意培养独立应用及推广这些基本理论和方法的能力起到触类旁通的作用。第一章过渡过程的一些甚本概念及分析方法概述电路或电机的过渡过程是区别于电路或电机稳态情况的另种工作状态。为了便于说明问题起见,在第一、二章中,我们将讨论电路过渡过程的基本概念及分析方法。它是研究电机过渡过程的重要基础。关于电机过渡过程的分析,我们将在第三章以后详细论述。稳态时,电路中的各变量,或者是一些恒值常数,或者是时间t的周期函数,它们的数值大小和变化规律,一方面取决于外部作用因素(例如外加电压)的大小和性质同时也取决于电路本身各参数的大小和性质,以及它们的分布情况。在实际工作中,电路的外部作用因素及其本身的参数往往会发生突然地变化。在这种情况下。电路原来的稳态情况就受到破坏,并且逐步地建立起与新的情况相适应的另一稳态情况。这时,在电路中将存在着个从前者向后者演变的中间过程,这一过程通常称为电路的过渡过程或瞬变过程。与稳态状态不同,在过渡过程中电路中的变量不仅与外部作用因素和电路的参数情况有关,同时也与电路的初始条件有关。通常在瞬态变量中除了含有与新的稳态情况相应的强制分量(即稳态分量)外还要引人一个或多个以指数规律衰减的自由分量在过渡过程中,电路的变量是相互联系着的,并可根据电路的物理原理(如欧姆定律、基尔霍夫定律等)列写出相应的关系式通常,它们是一组微分方程或积分微分方程。有了这些方程后,就可根据给定的条件解得所求变量的变化规律,在这一章中,以及在今后的许多包括有电机的电路问题中,我们将主要讨论线性电路的过渡过程.与线性电路过渡过程相应的
