DC模型和分析

本节描述您可以在EasyPower中使用的DC模型，并描述分析结果。

直流分析概念

关于短路结果请注意以下方面：

  • 短路电流将进行稳态近似。忽略了电路的电感和电容，没有对电流的形成过程建模。
  • 电动机对母线故障有影响，而负荷没有影响。
  • 整流器终端的故障电流在整流器对话框中指定。

直流电机

图20-1：直流电机

可用以下等式描述直流电动机的简化电气模型：

Vt = Ea + Ia * Ra

哪里，

Vt = 端电压

Ea = 感应电枢电压（后电动势）

Ia = 电枢电流

Ra = 电枢电流

影响感应电枢电压的因素是：

  • 磁通量
  • 电枢导体数
  • 速度

直流电动机起动：当直流电动机起动时，初速度是零，所以Ea为零。因此，起动电流较大。起动电流可用以下公式计算：

直流电动机短路贡献：假定速度为额定速度，则Ea与系统电压接近。当故障发生在终端附近时，端电压Vt下降至零附近。负号表示电流流出电动机。

计算中使用阻抗Ra作为短路模型。

并励电动机起动样例

电动机数据：HP = 100;V = 250;效率= 95％; Ra = 0.05 ohms

FLA =输入功率（kW）/ 电压（V） =​​ HP * 0.746 /（效率*电压（kV））

=310安培

启动电流= V / Ra

= 250 / 0.05 =5000安培

起动电阻将电流限制在4倍FLA：

Rtotal = Ra + Rstart

Rtotal = V / (4 x FLA) = 250 / (4 x 310) = 0.20 ohms

Rstart = 0.20 – 0.05 = 0.15 ohms

短路导致终端故障：

〜250 / 0.05〜5000安培

电枢电阻的估算

如果制造商提供了电枢电阻的参数，则最好使用该参数。电枢电阻包括换向电阻。如果没有确切的信息，我们可以做一些假设。下图显示了一些直流电动机计算百分比阻抗的一种方法。

图20-2：230V直流电动机样例的计算百分比阻抗

对于HP额定值为50、电压额定值为230V、效率为0.9的电动机，我们将估计其电枢电阻。对于这个例子，假设阻抗为8%。这是满载情况下电压穿过电枢和换向器后的下降值。

工作于稳定负荷电流时，Vdrop = 8% of 230V = 18.4V。

FLA = 0.746 * HP / (效率 * 电压) = 180A

Ra = Vdrop / FLA = 18.4 / 180 = 0.1 Ohms

电池

电池被建模为一个电压源和一个串联电阻（内部电阻）。对于短路分析和潮流计算，这样的建模都是有效的。

图20-3：电池电气模型

图20-4：电池对话框

选项描述
选项 描述
电机额定电压kV。 这是在电池组的总额定电压。如果你串联了多个电池，可将单个电池的电压加起来。对于相似电池的并联，其总额定电压与单个电压相同。
充电乘数 该乘数是为了反映不同充电情况下的电池电压。例如，一块完全充满电池的乘数为1.05，而一块耗尽电池的乘数为0.95。
总电阻

这是电池组的内部电阻（ohms）。你可以从制造商处得到内部电阻。下面是电池的一些典型数据：

电池类型 百分比阻抗
富液式电池 10-15％
胶体电池 12-16％
AGM 2％

注释: http://www.solar-electric.com/agm-battery-technology.html

额定电流 Amps 电池或电池组的额定（标称）电流。标称额定电流是该类电池的容量（安时）除以放电时间。例如，如果你有一个200安时的电池，其额定放电时间为8小时，则其额定电流为200/8 = 25A。

电池阻抗计算的例子

一块额定电压为250V、额定容量为200安时、额定放电时间为8小时的富液铅酸电池。估计电池电阻。

额定电流= 200/8 = 25A。

我们将假定为这种情况下阻抗为10%。

总电阻 = 电压 *（百分比阻抗）/（额定电流）= 250×0.1 / 25 = 1欧姆。

电池组

多个相同的单元或电池可以串联连接、并联，或串并联的组合。

  • 并联：电流容量正比于并联电池串的数量。电池电阻需除以并联支路数。电压保持相同。
  • 串联：对于串联电池组，电流容量保持相同。总电压是单体电压乘以串联电池数。电池电阻是单体电阻求和得到的。

如果已知百分比形式的阻抗，不需要对百分比值进行相加或相除。基于终端电压与电流容量，你可以计算电阻。

光伏

下图显示了近似的光伏伏安特性。该功能是非线性的，可用于潮流计算。如果负荷需求超过了光伏容量，电压将迅速下降。

图20-5：光伏伏安特性

可利用用户在对话框中对输入的定义推导该特性其中的重要数据包括：

  • 开路电压：定义电流值为零时的曲线位置。
  • 短路电流：定义电压值为零时的曲线位置。
  • 在此峰值功率传送电压：定义该曲线的“拐点”。

有关这些选项的详细信息，请参阅 实施例3：光伏发电系统：

直流弧闪危害分析

2015年版NFPA 70E的附录D.5描述了计算低压直流设备弧闪危害能量的方法。此方法是与Ralph Lee计算交流设备弧闪危害能量的方法相似，都是基于最大电能传输理论。

Iarc = 0.5 * Ibf

Ei = 0.01 * Iarc * V * t * Factor / D2

哪里，

Iarc = 估计得到的直流弧闪电流（A）

Ei = 估计得到的工作距离D处的事故能量（cal/cm2）

V = 直流电压（V）

t = 弧闪持续时间（s）

D = 工作距离（cm）

因子= 1.0露天和3.0机箱（盒）

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