更新时间：2022-08-25 18:14
详细分析了采用自并励励磁方式的同步发电机在故障状态下的暂态过程及强励能力。其结果表明：同步发电机采用自并励励磁方式比采用其他励磁方式更安全、可靠；只要励磁系统设备选择、配置适当，即使在最严重的三相短路故障中，采用自并励励磁方式也能提供足够的强励能力。
根据叠加原理，发电机短路时定子A相电流的表达式中还应该加上由于励磁电压增加而附加的分量。
对应的A相电流中附加分量为：△Eqm101；为对应励磁电压最大增量时空载电势最大增量；△Eqm101=xad · △Ufm /rf Tff为励磁电压上升的时间常数。△Ufm 为励磁电压最大增量。
考虑到自并励励磁调节装置在故障后两个周波内能准确检测到故障的发生，并自动投人强励，励磁电压则在 第三个周波后上升到顶值，即励磁电压上升的时间可认为是三个周波时间0.06s，故近似有Tff= 0·06/5 = 0·012s。
若额定励磁电压为Ufn=186V，实际励磁电压由励磁调节装置决定 ：Uf=2.34·U2P·cosa
式中：a 为可控硅触发角，强励时可控硅全导通，U2P为励磁变压器次级相电压。
从以上推导可知，强励时励磁电压Uf取决于励磁变压器二次侧电压，若取励磁变压器变比为6300V/500V。
从计算结果及暂态电流值可以看出，发电机升压变压器高压母线突然三相短路后，发电机定子电流及机端电压经历了一个大幅度下降，缓慢回升，大幅度回升的变化过程。
在三相短路故障后的第一 个周波内，机端电压便下降至Uf = 0.77Un；此时强励还未投人，机端电压大幅度下降，至t = 0.1s时，机端电压下降到Uf =0.54Un，这时虽然强励已投人，但由于励磁绕组的电感效用，励磁电流只能缓慢增长，机端电压仍迅速下降，至t= 0.3s时，机电压已下降至Uf =0.4Un。随着励磁电流的增长，强励开始起作用，机端电压在t =0.3一0.9s期间虽略有下降，但在0.9s之后机端电压从最低点开始回升，在t = 7.2s之后则大幅度回升。
当励磁变压器变比选为6300V/500V时，其最大强励倍数为3.21。这对线路最大输电容量决定于暂态稳定的机 组是合适的；但在一般情况下，较高的强励倍数影响励磁回路电气设备的绝缘，因此为了寻求到一个合适的强励 倍数值，分别取励磁变压器变比为6300V/450V，6300V/430V及6300V/400V三种情况，计算其短路电流暂态值。
在短路故障发生后0.6s内，定子电流大幅度下降，其变化规律基本相同，至1.8s时，由于强励的作用，曲线1 中电流已开始上升；曲线2中电流基本保持水平，曲线3中电流有下降趋势。至3.6s时，由线1中电流缓慢上升； 曲线2中电流开始下降，而曲线3则由于强励不够，电流明显下降，在短路发生后7.2s，曲线1中电流继续上升， 曲线2 中电流仍缓慢下降，曲线3中流则加速下降，最后衰减至零。不难推断：
(1 ) 当励磁变压器二次侧电压选得较高时，如励磁变压器选6300V/450V变比，即使发生最严重的短路故障 ， 在 自并励励磁系统的有效作用下，最终发电机端电压都能恢复到故障前的值。
( 2) 当励磁变压器二次侧电压选得偏低时，如励磁变压器选6300V/430V变化，此时若发生最严重的短路故障 ，虽然发电机端电压最终会衰减至零，但在自并励励磁系统的作用下，能有效地保证在短路故障后8s钟内短路电流 是额定电流的2倍，从而能充分满足继电保护的灵敏度，保证发电机后备保护的正确动作。
(3) 当励磁变压器二次侧电压选得太低时，如励磁变压器选6300V/400V变比，则自并励励磁系统的强励作用不明显，发电机定子电流 迅速衰减至零。
( 4) 实际强励倍数在刚投人强励时最大，但小于3倍，0.6s后，实际强励倍数大于2倍，这对于远距离输电的大 型同步发电机来说，也是满足的。
根据并励直流电动机的动态数学模型，利用MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULTNK，建立了并励直流电动机瞬态过程的仿真模型，通过实例对直接起动、电枢回路串电阻起动和降压起动过程进行仿真计算，证明了该方法的有效性。
直流电动机常用的起动方法有：直接起动、电枢回路串变阻器起动和降压起动。
直接起动是把静止的电枢直接投入额定电压的电网上起动。由于励磁绕组的时间常数比电枢绕组大，为了确保起动时磁场及时建立，对于并励直流电动机，先将励磁绕组接入电网使电机建立额定的气隙磁场后，再把电枢绕组接在电网上起动。
直接起动不必另加起动设备，操作简便，起动转矩大，但是起动电流太大，只适用于很小容量的电动机。
为了限制起动电流，在起动过程中，电枢回路中串入可变电阻器，而在升速过程中将其逐级切除。只要分段电阻设置合理，便能在起动过程中，将起动电流限制在允许的范围内，而使转速平稳，并具有足够的起动转矩，能在较短时间内起动完毕。
这种起动方法所需设备不多，广泛用于各种直流电动机中。但对大容量电动机，变阻器十分笨重，频繁起动时还会消耗很多电能，在此情况下常用降压起动。
降压起动是通过降低电动机的电枢端电压来限制起动电流。起动过程中，可逐步提升电源电压，使电动机的转速按需要的加速度上升，以控制起动时间。对于并励直流电动机，降压起动时，应先将励磁绕组接入电网使电机建立额定的气隙磁场并保持不变，再把电枢绕组接在电网上起动。
降压起动需要可调压的专用直流电源，设备投资较大。它的优点是，起动电流小，起动过程中能量消耗少。常用在需要频繁起动的大容量直流电动机中。
1台并励直流电动机，额定电压：Uf = Ua =250V，额定电流：IaN = 633A，额定转速：nN = 617r/min额定转矩：TLN = 2375Nm。电机参数为：Rf= 12Ω，Lf = 9H，Ra= 0.012Ω，La= 0.00035H，Laf =0.18H。转子和负载的总转动惯量J= 30kg m2，机械阻尼系数Bm= 0对电动机的直接起动、电枢回路串变阻器起动、降压起动进行仿真计算，计算时忽略电枢反应的影响。