隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，低壓大功率異步電動(dòng)機(jī)使用越來(lái)越廣泛．對(duì)建筑配電設(shè)計(jì)計(jì)算提出了一些特殊的要求 例如在對(duì)有低壓大功率異步電動(dòng)機(jī)的配電回路進(jìn)行短路電流計(jì)算時(shí)．應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋短路電流的影響。《三相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算》(GB／T 15544— 1995)第12．2條指出．高壓電動(dòng)機(jī)和低壓電動(dòng)機(jī)對(duì)對(duì)稱短路電流初始值， 短路電流峰值i 和開(kāi)斷電流，6都有影響。 《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB 50054— 95)第2．1．2條規(guī)定．驗(yàn)算電器在短路條件下的通斷能力．應(yīng)采用安裝處預(yù)期短路電流周期分量的有效值．當(dāng)短路點(diǎn)附近所接電動(dòng)機(jī)額定電流之和超過(guò)短路電流的1％ 時(shí)，應(yīng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響。下面借助計(jì)算機(jī)仿真軟件．對(duì)電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流對(duì)短路電流有哪些影響．影響的程度有多大．在計(jì)算短路電流時(shí)應(yīng)如何考慮等問(wèn)題做一分析
1 異步電動(dòng)機(jī)的等值電路與仿真模型
目前．通常采用經(jīng)驗(yàn)公式確定電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流值的影響．此法只能給出在某種條件下電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流的計(jì)算值．不能分析電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流的影響。近年來(lái)，在電氣工程領(lǐng)域中越來(lái)越廣泛地使用Matlab這種集數(shù)學(xué)計(jì)算、分析、算法開(kāi)發(fā)與發(fā)布于一體的軟件平臺(tái)．對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析．為配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考 本文也使用這一軟件分析低壓大功率異步電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流的影響
1． 1 異步電動(dòng)機(jī)的等值電路
異步電動(dòng)機(jī)等值電路見(jiàn)圖1，其電路方程如下：
式(1)及圖1中的E．為定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)，s 為轉(zhuǎn)差率，，。為定子電流，，：為轉(zhuǎn)子電流，， 為勵(lì)磁電流， 為電源電壓，r，為定子電阻， 。為定子電抗，rm為勵(lì)磁電阻， 為勵(lì)磁電抗，r 為轉(zhuǎn)子電阻歸算值， 為轉(zhuǎn)子電抗歸算值。
由等值電路圖可以看出．電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，為電源電壓．轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率s很小，接近于零；若此時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)端短路，等值電路中 為零．且電動(dòng)機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下減速。當(dāng)轉(zhuǎn)差率s上升至1時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零。在此期間，電動(dòng)機(jī)將向短路點(diǎn)反饋電流．這個(gè)電流的大小、變化規(guī)律、衰減速度將會(huì)對(duì)短路點(diǎn)的短路電流產(chǎn)生影響。
1．2 仿真模型與電路參數(shù)計(jì)算
圖2為含有低壓大功率電動(dòng)機(jī)的配電系統(tǒng)示意圖．其中電源至電動(dòng)機(jī)的配電線路長(zhǎng)度為Z，故障點(diǎn)1和故障點(diǎn)2為兩個(gè)短路故障點(diǎn)。根據(jù)圖2，在Matlab的Simulink平臺(tái)建立圖3所示的仿真模型．對(duì)不同情況下三相短路時(shí)電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)的反饋電流進(jìn)行仿真分析。
模型中異步電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子參數(shù)可以根據(jù)其技術(shù)數(shù)據(jù)，用工程計(jì)算法確定：
2 仿真結(jié)果分析
2．1 短路時(shí)刻對(duì)電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流的影響
選擇電動(dòng)機(jī)功率為160 kW．在電動(dòng)機(jī)機(jī)端處設(shè)置短路點(diǎn)即故障點(diǎn)2．選擇不同的短路時(shí)刻．測(cè)量電動(dòng)機(jī)反饋電流第一波峰值．取其中一相繪制曲線如圖4所示 從圖中可以看出．不同的短路時(shí)刻電動(dòng)機(jī)反饋電流的第一波峰值大小是不一樣的．這會(huì)對(duì)短路電流起始值的大小產(chǎn)生影響 當(dāng)取配電線路f為BV一185 mm2。長(zhǎng)度為100 m．可有表1給出的不同短路點(diǎn)、不同短路時(shí)刻電動(dòng)機(jī)三相反饋電流峰值數(shù)據(jù) 從表1中可以看出． 不論短路時(shí)刻如何變化．三相反饋電流中必有一相接近第一波的峰值以表1中的線路末端(電動(dòng)機(jī)機(jī)端)三相短路時(shí)的數(shù)據(jù)分析．三相短路時(shí)電動(dòng)機(jī)反饋電流的峰值均在3 786 A以上．是第一波峰值4 058 A的93．3％ 以上 因此．在分析電動(dòng)機(jī)反饋電流對(duì)短路電流影響時(shí)．可以不考慮短路時(shí)刻對(duì)電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流的影響．而只按其反饋電流峰值考慮
2。2 不同短路點(diǎn)對(duì)電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流的影響
從表1中可以看出．在配電線路的不同點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)．電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流峰值的大小是不一樣的，短路點(diǎn)離電動(dòng)機(jī)越遠(yuǎn)，反饋電流峰值越小 表2給出了配電系統(tǒng)分別在配電線路首端(故障點(diǎn)1)和配電線路末端(故障點(diǎn)2)發(fā)生三相短路時(shí)．160 kW電動(dòng)機(jī)反饋電流峰值、短路電流峰值及穩(wěn)態(tài)短路電流有效值。從表2中可以看出，單就電動(dòng)機(jī)反饋電流而言．隨短路點(diǎn)遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)變化不是很大．100m時(shí)下降生 ×100％ =11． 38％ ，200m時(shí)下降生 }墮x 100％=23．04％。但由于隨短路點(diǎn)遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)機(jī)端而靠近電源端．短路電流會(huì)迅速增加． 則電動(dòng)機(jī)反饋電流在短路電流峰值中所占比例迅速降低．100m配電線路時(shí)．從20．23％ 下降到5．79％：而200 m配電線路時(shí)更從30．60％下降到5．14％ 這也說(shuō)明在低壓對(duì)稱短路計(jì)算中．在大型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)端處進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)．應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響．而遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)而靠近電源端處的短路計(jì)算．可以不考慮電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響
2．3 電動(dòng)機(jī)容量對(duì)電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流的影響
表3給出了160 kW、132 kW、l10 kW、75 kW和55 kW 電動(dòng)機(jī)在配電線路末端(故障點(diǎn)2)發(fā)生三相短路時(shí)．電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流前三個(gè)波的峰值 可見(jiàn)電動(dòng)機(jī)功率不同，短路時(shí)其向短路點(diǎn)反饋電流的大小也不同．電動(dòng)機(jī)的功率越大．向短路點(diǎn)反饋的電流越大 圖5為160 kW 異步電動(dòng)機(jī)機(jī)端_一相短路時(shí)反饋電流波形．可以看出．反饋電流衰減速度是很快的．一般在三個(gè)周波(0．06 S左右)振蕩衰減到峰值的一半以下．其后基本上是按指數(shù)規(guī)律衰減．在0．3～0．5 S左右衰減結(jié)束 因此可以認(rèn)為在電動(dòng)機(jī)機(jī)端短路時(shí)． 電動(dòng)機(jī)定子反饋電流會(huì)對(duì)短路電流峰值和開(kāi)斷電流產(chǎn)生影響
3 異步電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流的計(jì)算
對(duì)于低壓異步電動(dòng)機(jī)．其對(duì)短路電流峰值影響的計(jì)算公式為：
上式中，對(duì)于低壓異步電動(dòng)機(jī)，K =1．3， ，是運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋的短路電流．其值可按《三相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算》中式(69)計(jì)算
表4給出了對(duì)于圖2所示配電系統(tǒng)中．電動(dòng)機(jī)功率分別為160kW、132kW、110kW、75 kW 和55 kW時(shí)，按上述公式(7)計(jì)算的i 值和使用Matlab按圖3所示仿真故障點(diǎn)2短路時(shí)所得電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋的短路電流峰值
表4中的計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果之間存在一定的誤差．這主要是由于計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真中有些系數(shù)和參數(shù)的選擇是按理想值或平均值來(lái)選取的．但最大誤差沒(méi)有超過(guò)計(jì)算值的4％ 將電動(dòng)機(jī)反饋電流峰值與額定電流相比．反饋電流峰值在數(shù)值上大約是電動(dòng)機(jī)額定電流的l3～14倍。由表4可以看出，如果用這種方法估算電動(dòng)機(jī)機(jī)端三相短路時(shí)向短路點(diǎn)反饋電流值．其與計(jì)算值的誤差在5％ 左右．基本上可以滿足工程計(jì)算的要求
4 結(jié)論
通過(guò)上述分析計(jì)算可以看出．在三相對(duì)稱短路情況下。電動(dòng)機(jī)的功率、短路點(diǎn)距電動(dòng)機(jī)機(jī)端的距離對(duì)短路電流峰值、開(kāi)斷電流值有很大的影響：
a ． 當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率相同時(shí)．短路點(diǎn)距電動(dòng)機(jī)越近，電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋的短路電流越大。
b． 在短路點(diǎn)不變情況下．電動(dòng)機(jī)的容量越大．電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋的短路電流越大
c． 電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋的短路電流衰減的速度是很快的
因此在計(jì)算校驗(yàn)開(kāi)關(guān)電器的分?jǐn)嗄芰蛣?dòng)穩(wěn)定性時(shí)．其開(kāi)斷電流和短路電流峰值的計(jì)算都應(yīng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)反饋短路電流的影響
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