同步電機瞬態和超瞬態電抗的有限元計算

王 斌

(上海電機廠有限公司，上海200240)

0 引言

同步電機的瞬態和超瞬態電抗對電機的瞬態運行性能(包括瞬態穩定性、三相和其他不對稱突然短路過程以及非同期合閘過程等)有著重要的影響。因此，精確計算同步電機的瞬態和超瞬態電抗對同步電機的設計及電機瞬態過程的分析和仿真都有重要意義。

瞬態和超瞬態電抗磁路法計算公式雖然在傳統的電勵磁同步電機中得到了較好的應用，但卻無法適用于新型結構的同步電機(以實心磁極代替阻尼條的凸極同步電機、永磁同步電機等)。隨著計算機技術和有限元分析軟件的飛速發展，如何從磁場的角度出發，用數值方法較準確地計算出同步電機的瞬態和超瞬態電抗，一直受到國內外學者的關注，并做了大量的工作［1-4］。

基于磁場分析的同步電機瞬態和超瞬態電抗的有限元計算方法的基本思想是根據電機電磁場理論，將超導體電路在瞬變之后具有永遠保持其磁鏈不變的特性引入有限元分析模型，模擬同步電機瞬態和超瞬態的瞬變時刻的工況。

將據此推導該新方法的理論表述，并結合實例給出新方法與傳統方法計算的瞬態和超瞬態電抗結果的對比。

1 瞬變時刻的運算電抗分析

同步電機在瞬態運行工況下，在瞬變時刻，各無源閉合電路(勵磁繞組、阻尼繞組)為了保持其磁鏈不變，會在相應的繞組中感應出瞬變電流，而且這些瞬變電流還要按照一定的時間常數逐步衰減至其穩態值。……