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发电机突然短路试验的步骤和计算公式 |
在突然短路试验中，应根据三相同步发电机突然短路的数学公式分析，观察突然短路时定子绕组以及励磁绕组的瞬间电流。试验时，首先调节同步电机输出电压等于额定电压380V，并记录此时发电机的转速、电压、定子电流、励磁电流以及校正直流测功机的电枢电流。
一、试验目的
1、掌握超导体闭合回路磁链守恒原则。
2、熟悉三相突然短路的物理分析，短路电流及时间常数的计算。
3、了解瞬变电抗和超瞬变电抗及其测定方法。
4、 观察三相同步发电机在空载状态下突然短路时定子绕组以及励磁绕组通过的瞬间电流波形。
5、测定突然短路电流；
6、检查保护装置（主要是具有过流保护的发电机输出用空气开关）动作的可靠性。
二、试验步骤
短路试验前，柴油发电机组空载运行。将转速调整到额定值，电压调整到技术条件规定的数值，无规定时，按额定电压的95％调整。
1、试验设备、试验方法和注意事项
试验前，须仔细检查被试发电机装配和安装质量，如电枢绕组端部绑扎是否牢固、转子紧固螺钉是否旋紧、发电机与安装基础是否可靠等。另外，还应测量发电机绕组对机壳和相互间（可能时）的绝缘电阻并应合格。
用于短路的开关一般使用三相交流接触器，其额定电流应在被试发电机额定电枢电流的2倍以上，并由远程电路控制。短路开关与发电机出线端的连接引线应尽可能短，并有足够的截面积。各连接点不允许存在松动或接触不良现象。另外，要求三对触点合、断时的时间差不应大于15°（电角度）。
为了确保试验人员的安全，在进行短路试验时，不允许任何人留在被试发电机、短路开关及引线附近。
试验时，被试发电机应经过运行，达到或接近热状态。
如无其他规定，断路前，被试发电机处在空载而励磁（应为他励）相应于1.05倍额定电压的运行状态。短路开关突然合上，历时3s后打开。
2、测取三相短路电流的有关要求
在有要求时，应测取短路时的电枢电流。此时，应事先在电枢绕组与短路开关的接线中串联电流互感器或分流器（建议采用后者），它们采集的短路电流信号输人给多线录波器或专用记录装置。
试验前，应将录波器或专用记录装置的记录波形进行电流比例的调定，使短路时的三相电流波形处于较合适的幅度和位置。记录短路电流波形的过程中，要考虑三相开关的延时性，并严禁发电机励磁电流回路跳闸。通过量取记录的短路电流波形幅值，与试验前定标的波形相比较，得出三相短路电流值。突然短路试验后，被试发电机应不产生有害变形，并能承受正常的耐电压试验。
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图1 发电机突然短路实验接线图 |
三、计算数据
根据电机学可知定子电流一般应为周期分量、非周期分量和2次谐波等三个分量之和。若忽略2次谐波，则有：
根据上述相电流的表达式，可以确定瞬变分量电流、超瞬变分量电流以及非周期分量电流的分离方法和步骤如下：
1、画出突然短路的电流波形图
三相同步发电机在空载额定电压下三相同步发电机突然短路时定子绕组的电流波形。
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图2 突然短路的电流波形图 |
2、画出三相突然短路电流波幅的包络线。
将所摄录电流波形的各个波峰值绘制在坐标纸上，然后用平滑的曲线连接起来，就得到一相电流波形的上下两条包络线，如图3所示。如果起始几个电流波峰之间的时间间隔不相等，则应按实际量得的时间间隔绘制。
3、将各项电流的周期分量与非周期分量分开。
两瞬时包络线的距离的中点的连线（即图3中虚线所示），为非周期分量电流衰减曲线。两者代数差的一半（即虚线至包络线的距离）为该瞬间电流的周期分量，再求出三相电流周期分量的平均值。
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图3 发电机突然短路电枢电流波形图 |
4、瞬变分量（△i‘K）和超瞬变分量（△i‘‘K）。
如图4所示，从电枢电流周期分量中减去稳态短路电流IK（∞），即得电流曲线（△i‘K+△i‘‘K），将其绘于半对数坐标纸上，将（△i‘K+△i‘‘K）曲线后半部的直线部分延伸到纵坐标上，其交点即为短路电流瞬变分量的初始值△i‘K(0)。在半对数坐标纸上，曲线（△i‘K+△i‘‘K）与直线△i‘K在同一瞬间的差值即为短路电流的超瞬变分量△i‘‘K。把超瞬变电流分量与时间的关系也画在半对数坐标纸上，并将其延伸到纵坐标轴，则交点即为超瞬变分量电流的起始值△i‘‘K(0)。
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图4 发电机瞬变分量分析图 |
5、确定时间常数T'd、T"d及Ta
电枢绕组短路时的直轴瞬变时间常数T'd是电枢电流瞬变周期分量自初始值△i‘K(0)衰减到0.368△i‘K(0)时所需要的时间。
电枢绕组短路时的直轴超瞬变时间常数T"d是电枢电流超瞬变分量自初始值△i‘‘K(0)衰减到0.368△i‘‘K(0)时所需要的时间。
电枢绕组短路时的非周期分量时间常数Ta是电枢电流非周期分量Ia1自初始值衰减到0.368初始值时所需的时间。
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