三相同步发电机运行仿真与GUI设计

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三相同步发电机运行仿真与GUI设计三相同步发电机运行仿真与GUI设计三相同步发电机运行仿真与GUI设计 摘要 摘要 同步发电机是电力系统的能量提供者，它的控制性能的好坏将直接决定电力系统的安全与稳定运行状况。所以检测同步发电机的运行状态具有重要意义。 首先了解同步发电机的基本概述，国内外发电机的发展现状及趋势，同步发电机的运行原理、数学模型及主要的工作特性。然后介绍三相同步发电机的运行原理，并就其对称运行与不对称运行进行分析。应用M文件或者Simulink对电机的运行状态建立模型，得到相应的仿真图形。运

2、用GUI工具制作一个“电机仿真试验系统”界面，通过登陆界面之后，进入统一的用户交互界面，来选择电机类型、实验项目，并借助MATLAB的支持，进行试验仿真。 本文对仿真的实例进行分析，证明了此种方法的可行性，所得到的仿真结果符合电机的运行状态。 关键词：同步发电机；运行状态；数学模型；对称；不对称；GUI；电机仿真。 I Abstract Three-phase synchronous generator running simulation and GUI design ABSTRACT Synchronous generators in power systems energy provid

3、er, control performance is good or bad it will directly determine the power system security and stability of operating conditions. Therefore, the operation status of detecting synchronous generator is important. First of all know the basic outline synchronous generator, the development situation of

4、domestic and foreign generator and trend, operating principle of the synchronous generator, mathematical model and the main work characteristics. Then introduces the operation principle of three-phase synchronous generator，and to the symmetric and asymmetric operation to run the analysis. Applicatio

5、ns of M files or Simulink to model the motor running, get the corresponding simulation graphics. Using GUI tool to make an motor simulation test systems interface, through after landing interface, entering unity of user interface, to choose the motor type, experiment project, using MATLAB support ,

6、test simulation. This paper analyzes the simulation of the examples, proved the feasibility of this method, the simulation results with meet running state of the motor. Keyword: Synchronous generator；operation status；mathematical model；Symmetric； asymmetric；GUI；Motor simulation。 II 目录 目录 摘要. ABSTRAC

7、T . 第一章 绪论. 1 1.1 引言 . 1 1.2 同步发电机概述. 1 1.2.1同步发电机在发电厂中的必要性 . 1 1.2.2同步发电机结构和分类 . 1 1.2.3 同步发电机的运行方式 . 2 1.3 国内外中小型发电机发展状况 . 3 1.3.1 国外中小型发电机现状 . 3 1.3.2 国内中小型电机现状 . 3 1.3.3 中小型同步发电机行业的技术发展展望 . 4 1.4本论文的主要内容 . 4 第二章 三相同步发电机的基本原理. 5 2.1 三相同步电机的运行原理. 5 2.1.1 同步电机的数学模型 . 5 2.1.2 工作特性 . 6 2.2 同步发电机的对称运行

8、 . 7 2.3同步发电机的不对称运行 . 8 2.3.1 概述 . 8 目录 2.3.2 同步发电机的不对称分析实例 . 9 第三章 三相同步发电机仿真应用方法 . 12 3.1 MATLAB的应用. 12 3.1.1 GUI设计 . 12 3.1.2 Simulink的建模 . 13 3.2同步电机坐标系统的选择 . 13 3.2.1 dq0坐标 . 13 3.2.2 dq?0坐标 . 15 第四章 设计思路 . 16 4.1 设计思路与框图. 16 4.2 构建过程及具体步骤 . 17 第五章 实例仿真分析 . 26 5.1 同步发电机仿真实例 . 26 5.1.1三相突然短路 . 26

9、 5.1.2负载两相短路 . 29 5.2 异步电机仿真实例 . 31 5.3 直流电机仿真实例 . 33 第六章 总结 . 35 6.1 具体工作 . 35 6.2 存在不足 . 36 目录 参考文献 . 37 致谢. 38 附录 A 英文翻译 . 39 附录 B 中文翻译 . 47 附录 C 附录 D 附录 E 附录 F 登陆界面程序 . 53 主界面程序 . 56 仿真界面程序 . 61 运行特性程序 . 65 华东交通大学毕业设计（论文） 第一章 绪论 1.1 引言 随着改革开放及经济建设的发展，近二十年来我国电力系统的规模和容量都有了突飞猛进的发展。2005年以后，我国已形成全国互联

10、大电网，系统互联和新技术的采用，使得电力系统的安全与稳定性要求越来越高。 同步发电机是电力系统的能量提供者，是电力系统中最重要和最复杂的元件，由多个具有电磁耦合关系的绕组构成。他的控制性能的好坏将直接决定电力系统的安全与稳定运行状况。因此，很多电力系统仿真技术都离不开对同步发电机进行建模与仿真分析和研究。同步发电机突然短路的暂态过程所产生的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响，因此对同步发电机动态特性的研究历来是电力系统中的重要课题之一。 众所周知, 电机行业是一个传统的机电制造行业, 其发展已有二百多年的历史, 对整个国民经济的发展起着相当重要的作

11、用。电的产生、传输、使用都离不开电机,电机对社会发展和人民生活水平提高起到了巨大的推动作用，扮演了重要的角色，并已经成为社会生产生活中不可缺少的重要工具，成为生产生活中重要的动力来源。 1.2 同步发电机概述 作发电机运行的同步电机。是一种最常用的交流发电机。交流电是有频率周期的，交流电的大小方向随时间变化。如果发电机发电不是同步的，那么电流在同一时间内有大有小，且方向有的也不同，会抵消电流，实际电流就会变小。 1.2.1同步发电机在发电厂中的必要性 1、可以同时输出有功和无功功率，如果做成异步发电机，则发电机在并网后必然大量吸收无功功率，造成系统电压降低，电网无功缺额过大，无法维持合格的电压

12、； 2、电网中的负荷大部分都是感性负载，所以必须由发电机提供无功功率； 3、一般的大型发电机都是设计为同步发电机，异步运行时候无法达到额定负荷，最多达到50%，且异步运行时候发电机转子温升很高，为一种非正常运行方式，不可以长期运行； 4、只有小部分发电机可以使用异步发电机，在发出有功的同时吸收无功，因为系统中大部分都是同步发电机，所以无功储备还是比较大的。 1.2.2 同步发电机结构和分类 同步发电机的结构按其转速分为高速和低（中）速两种。前者多用于火电厂和核电站；后者多与低速水轮机或柴油机联动。在结构上，高速同步发电机多用隐极式转子，低（中）速同步发电机多用凸极式转子。 （1）高速同步发电机

13、 因大多数发电机与原动机同轴联动，火电厂都用高速汽轮机作原动机，所以汽轮发电机通常用高转速的2极电机，其转速达3000转/分（在电网频率为60赫时，为3600转/分）。核电站多用4极电机，转速为1500转/分（当电网频率为60赫时，为1800转/分）。为适应高速、高功率要求，高速同步发电机在结构上一是采用隐极式转子，二是设置专门的冷却系统。 隐极式转子：外表呈圆柱形，在圆柱表面开槽以安放直流励磁绕组，并用金属槽楔固紧，使电机具有均匀的气隙。由于高速旋转时产生的巨大的离心力，要求转子有很高的机械强度。隐极式转子一般由高强度合金钢整块锻成，槽形一般为开口形，以便安装励磁绕组。在每一个极距内约有1/

14、3部分不开槽，形成大齿；其余部分的齿较窄，称作小齿。 1 王艳苹：三相同步发电机运行仿真及GUI设计 大齿中心即为转子磁极的中心。有时大齿也开一些较小的通风槽，但不嵌放绕组；有时还在嵌线槽底部铣出窄而浅的小槽作为通风槽。隐极式转子在转子本体轴向两端还装有金属的护环和中心环。护环是由高强度合金制成的厚壁圆筒，用以保护励磁绕组端部不至被巨大的离心力甩出；中心环用以防止绕组端部的轴向移动，并支撑护环。此外，为了把励磁电流通入励磁绕组，在电机轴上还装有集电环和电刷。 冷却系统：由于电机中能量损耗和电机的体积成正比，它的量级与电机线度量级的三次方成比例，而电机散热面的量级只是电机线度量级的二次方。因此，

15、当电机尺寸增大时（受材料限制，增大电机容量就得加大其尺寸），电机每单位表面上需要散发的热量就会增加，电机的温升将会提高。为此，已研制出多种冷却系统。 （2）低速同步发电机 多数由较低速度的水轮机或柴油机驱动。电机磁极数由4极到60极，甚至更多。对应的转速为1500100转/分及以下。由于转速较低，一般都采用对材料和制造工艺要求较低的凸极式转子。 凸极式转子的每个磁极常由12毫米厚的钢板迭成，用铆钉装成整体，磁极上套有励磁绕组。励磁绕组通常用扁铜线绕制而成。磁极的极靴上还常装有阻尼绕组。它是一个由极靴阻尼槽中的裸铜条和焊在两端的铜环形成的一个短接回路。磁极固定在转子磁轭上，磁轭由铸钢铸成。凸极式

16、转子可分为卧式和立式两类。大多数同步电动机、同步调相机和内燃机或冲击式水轮机拖动的发电机，都采用卧式结构；低速、大容量水轮发电机则采用立式结构。 卧式同步电机的转子主要由主磁极、磁轭、励磁绕组、集电环和转轴等组成。其定子结构与异步电机相似。立式结构必须用推力轴承承担机组转动部分的重力和水向下的压力。大容量水轮发电机中，此力可高达四、五十兆牛（约相当于四、五千吨物体的重力），所以这种推力轴承的结构复杂，加工工艺和安装要求都很高。按照推力轴承的安放位置，立式水轮发电机分为悬吊式和伞式两种。悬吊式的推力轴承放在上机架的上部或中部，在转速较高、转子直径与铁心长度的比值较小时，机械上运行较稳定。伞式的推

17、力轴承放在转子下部的下机架上或水轮机顶盖上。负重机架是尺寸较小的下机架，可节约大量钢材，并能降低从机座基础算起的发电机和厂房高度。 1.2.3 同步发电机的运行方式 同步发电机绝大多数是并联运行，并网发电的。各并联运行的同步发电机必须频率、电压的大小和相位都保持一致。否则，并联合闸的瞬间，各发电机之间会产生内部环流，引起扰动，严重时甚至会使发电机遭受破坏。但是，两台发电机在投入并联运行以前，一般说来它们的频率与电压的大小和相位是不会完全相同的。为了使同步发电机能投入并联运行，首先必须有一个同步并联的过程。同步并联的方法可分为准同步和自同步两种。同步发电机在投入并联运行以后，各机负载的分配决定于

18、发电机的转速特性。通过调节原动机的调速器，改变发电机组的转速特性，即可改变各发电机的负载分配，控制各发电机的发电功率。而通过调节各发电机的励磁电流，可以改变各发电机无功功率分配和调节电网的电压。 （1） 准同步并联 将已加励磁的待投运发电机通过调节其原动机的转速和改变该发电机的励磁，使其和运行中的发电机的频率差不超过0.10.5。在两机电压相位差不超过10的瞬间进行合闸并联，两者即可自动牵入同步运行。准同步并联的操作可以手动，也可以借自动装置完成。 （2）自同步并联 把待投入并联的发电机转速调到接近电网的同步转速，在未加励磁的条件下就合闸并联，然后再加入励磁，依靠发电机和电网之间出现的环流及相

19、应产生的电磁转矩把发电机迅速牵入同步。采用自同步并联时，由于减少了调节发电机转速、电压和选择合闸瞬间所需的时间，所以并列的过程较快，特别适宜于电力系统事故情况下机组 2 华东交通大学毕业设计（论文） 的紧急投入。但是此法在并联合闸瞬间的电流冲击比较大，会使电网电压短时下降，电机绕组端部承受较大的电磁力。 1.3 国内外中小型发电机发展状况 1.3.1 国外中小型发电机现状 国外中小型发电机F级绝缘已被广泛采用，H 级绝缘经常使用或与F级混用，温升按F级考核。近年来，美国和法国公司大力发展单轴承同步发电机，其优点在于取消了电机与发电机间部件联接件，从而缩小了机组的总体尺寸。这种发展的条件在于美国

20、汽车工程师学会标准将飞轮和飞轮壳标准化，新机床的出现与所达到的高加工精度和采用的高质量材料，使单轴承电机能联接。 整体凸极迭片式转子也是国外近年来发展的一种转子结构，这种转子的磁极与磁扼为一体，励磁绕组用绕线机直接绕在极身上，然后整体浸渍，成为一个坚固的转子。这种转子不仅其机械和绝缘强度提高了，而且由于绕组匝长缩短，节省了铜材。典型的有美国的CATERPILLAR 公司和MAGNETEK公司生产的SR4等系列发电机。我国卫星通信地面站、通信枢纽等重要部门的备用电源，均采用SR4系列发电机。 由于电力电子技术的进步，除小容量应急发电机采用有刷励磁以外，其它发电机励磁都为无刷结构的励磁方式。无刷同

21、步发电机其稳态电压调整率已普遍达到士2.5%士0.5%，瞬态电压调整率一般在12%20%以内，响应时间一般在以内，普遍采用一种特殊形状的高压内用全阻尼绕组，并有无功补偿装置。 1.3.2 国内中小型电机现状 中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建

22、设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。 我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计，并于1957年完成的TSN、TSWN系列农用水轮发电机。第二代产品是在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于1965年开始的T2系列小型三相同步发电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为B级绝缘的有刷三相同步发电机。在这段时间还开发了ST系列有刷单相同步发电

23、机，此系列电机出口量较大。1979年开始进行TFW系列三相无刷同步发电机和TFDW系列单相无刷同步发电机的统一设计，1982年10月通过了样机鉴定工作，并推广生产，此两系列主要性能指标达到或接近当时的国际先进水平，此系列仍采用B级绝缘结构。 进入八十年代末、九十年代初，随着我国改革开放不断发展，我国的电机行业的部分企业开始引进先进工业国的中小型同步发电机，有的按生产许可证方式进行技术引进，有的引进软件技术（或生产技术），有的按合作生产方式引进国外的先进技术，其先后有德国西 门子公司的IFC5和IFC6系列、德国AEG公司的DKBH系列、英国彼特普公司E系列、美国马拉松公司的MP系列发电机、英国

24、的斯坦福公司BC、HC系列等发电机，这些发电机的绝缘等级为F级或H级，采用隐极式或整体凸级结构，其技术经济指标较先进，可靠性较高，其制造工艺水平较先进，这些产品的引进，对提高我国的中小型发电机水平 3 王艳苹：三相同步发电机运行仿真及GUI设计 和制造工艺水平有较大的促进作用。比如，无锡电机厂、汾西机械厂、柳州电机厂引进了德国西门子公司1FC5、1FC6系列无刷发电机，兰州电机有限责任公司（以下简称兰电）引进了德国AEG公司DKBH系列船用、陆用无刷发电机，福州发电设备厂引进了美国麦格乃泰克公司无刷发电机制造技术等等。近年无锡电机厂又引进了西门子公司最近开发的1FC2系列无刷三相同步发电机，该

25、电机为整园凸极冲片，克服了原西门子公司1FC5、1FC6隐极结构体积偏大，重量偏重的不足。90年代，无锡电机厂与新时代公司、上海革新电机厂与马拉松公司合资办了企业，使我国中小型三相同步发电机水平又有了进一步的提高，使国内三相同步发电机生产的主要企业产品达到了国际先进水平。兰州电机厂在引进德国AEG公司DKBH系列基础上，90年代中期，又开发了自己的新一代产品。 1.3.3中小型同步发电机行业的技术发展展望 同步发电机行业的技术发展展望如下： （1）低噪声和低振动的精密轴承； （2）导磁材料（如以冷代），导电材料及工程塑料和电子器件的应用，是发电机向小型、轻量、节能、智能化方向发展； （3）推广

26、F级和H级绝缘，采用无刷溶剂滚浸，真空压力浸漆工艺； （4）钢板机壳制造技术及少切削无要削加工技术； （5）机辅助设计（CAD）； （6）体化技术。 满足各行业的需求，应改变同步电机品种规格少、派生及专用产品少的现象，同步发电机的开发和发展应考虑到新能源开发、船舶、运输、石油化工等的发展需要以及技术发展的潮流。预计可以得到发展的中小型同步电机产品有：发展安装结构派生的单轴承发电机，防护结构派生的IP44发电机，用途派生的多频多压发电机，发展专用、特殊用途的发电机系列（微型水力发电机、风力发电机、正弦波试验电源发电机），轴带发电机和变速恒频发电机，高效率永磁同步电动机，高压中小同步发电机和电动机

27、。无级调速中小同步电动机、中频发电机、油田钻井电站发电机及海上石油平台专用发电机等。 1.4 本论文的主要内容 本论文主要是针对三相同步发电机运行特性仿真问题进行论述。 首先介绍同步发电机的基本原理，得到其数学模型，同时了解一下其主要的工作特性。然后主要针对对称运行与不对称运行进行分析。 然后对三相同步发电机仿真的应用方法进行介绍与分析。该仿真主要用到了GUI设计与Simulink建模，以及针对不同的运行状态选择不同的坐标系统。 最后对该仿真设计具体框图，构建的过程进行介绍，最终得到框图实形。 针对所做的运行特性仿真进行实例分析，对比，得到相应的结果。 4 华东交通大学毕业设计（论文） 第二章

28、 三相同步发电机的基本原理 2.1 三相同步电机的运行原理 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可以旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。 最常用的是转场式同步发电机,其定子铁心的内圆均匀散布着定子槽，槽内嵌放着按规律排列的三相对称绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 转子铁心上装有制成必定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的散布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相

29、当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割活动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。所谓的同步就是转子的转速等于定子旋转磁场的转速。 2.1.1同步电机的数学模型 同步电机的数学模型表示同步电机的电压、电流、磁链等电磁量与转矩、转速等机械量之间相互关系的数学表达式。它是进行同步电机及电力系统动态分析的基础。 同步电机的数学模型可以用图2.1来描述。 + + 'kq1 - - +'kq2 - + +kd - - + fd - 2.1 同步电机原理等效电路 5 王艳苹：三相同步发电机运行仿真及GUI

30、设计 2.1.2 工作特性 表征同步发电机性能的主要是空载特性和负载运行特性。这些特性是用户选用发电机的重要依据。 （1）空载特性 发电机不接负载时，电枢电流为零，称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁电流If感生出的空载电动势E0（三相对称），其大小随If的增大而增加。但是，由于电机磁路铁心有饱和现象，所以两者不成正比。反映空载电动势E0与励磁电流If关系的曲线称为同步发电机的空载特性。如图2.2. E0 UNIf) O If IfN 图2.2 同步发电机空载特性 当If较小时，Ff较小，磁路不饱和，E0=f(If)呈直线（将其延长后的射线称为气隙线）。If增大时，磁路逐渐饱和，磁化曲

31、线开始进入饱和段。为了合理地利用材料，空载额定电压UN一般设计在空载特性的弯曲处。 空载特性在同步发电机理论中有着重要作用： 判断电机设计是否合理。 空载特性结合短路特性(在后面介绍 )可以求取同步电抗的不饱和值。 通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。 （2）负载运行特性 负载运行特性主要指外特性和调整特性。外特性是当转速为额定值、励磁电流和负载功率因子为常数时，发电机端电压U与负载电流I之间的关系，调整特性是转速和端电压为额定值、负载功率因子为常数时,励磁电流If与负载电流I之间的关系。在外特性中，从空载到额定负载时电压的变化程度称为电压变化率U，常用百分数表示为204

32、0。一般工业和家用负载都要求电压保持基本不变。为此，随着负载电流的增大，必须相应地调整励磁电流。虽然调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和纯电阻性负载，它是上升的，而在容性负载下，一般是下降的。当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。其转速正好与转子的转速相等，两者同步旋转。同步发电机的电枢反应磁场与转子励磁磁场均可近似地认为都按正弦规律分布，它们之间的空间相位差取决于空载电动势E0与电枢电流I之间的时间相位差。电枢反应磁场还与负载情况有关。当发电机的负载为电感性时，电枢反应磁场起去磁作用，会导致发电机的电压降低；当负载呈电容性时，电枢反应磁场

33、起助磁作用,会使发电机的输出电压升高。 6 华东交通大学毕业设计（论文） 2.2 同步发电机的对称运行 同步发电机的对称运行从同步电机的电势方程式和相量图来分析。 一、电势方程式 负载后，发电机电枢绕组中存在的电势： ?产生的E?； 由Ff0 ?产生的E?； 由Faa ?产生的E?； 由Fss 电枢电阻很小，其压降可以忽略。 ?E?E?U?。 发电机每相的电势方程为：E0as ?E?jX?；E?U?jXI?jXI? 。 对凸极电机来说： EI?jXqIasddq0ddqq ?E?jX?U?jX?对隐极电机来说：EI；EI 。 assa0sa 二、电势相量图 同步电机理论中，用电势相量图来进行分

34、析是十分重要和方便的方法。作相量图时，?U?。 Ia的夹角为负载功率因子角j，Xs为已知量，根据方程式求得E与?0 （1）隐极电机相量图画法（如图2.3） ?； 在水平方向做出相量U Ia； 根据j角作出相量? ?的尾端,加上相量jX?I，它超前?Ia90 在U； sa ?。 ?的首端指向jX?I尾端的相量,该相量便是E 作出由Usa0 C A 图2.3 隐极电机向量图 (2)凸极电机相量图画法（如图2.4） ?错开j角作?Ia； 在水平方位作出相量U ?方位?的尾端加上相量jX?首端和jX?Ia90EII 在U超前于?经过U0qa，qa尾端的直线为 (q轴)； Iq； Ia分解为?Id和?

35、将? 7 王艳苹：三相同步发电机运行仿真及GUI设计 ?U?jX?。 根据方程EI?jXd?Id作出E00qq 相量图很直观地显示了同步电机各个相量之间的数值关系和相位关系，对于分析和计算同步电机的许多问题有较大的帮助作用。 图2.4 凸极电机向量图 2.3同步发电机的不对称运行 2.3.1 概述 一、研究的必要性 实际中，由于电网中负载的不断变动以及大型的单相负载，使三相电压和电流任何时候不可能绝对地对称，例如冶金工厂单相电炉或电气铁道要求供给容量较大的单相负载输电线由于某些原因发生碰线而引起不对称短路等，这些情况都造成负载不对称，使发电机在不对称负载下运行，因此有必要对发电机的不对称运行加

36、以研究。 二、同步发电机不对称运行带来的危害 同步发电机在不对称负载下运行时，电枢电流和端电压都将出现不对称现象，使接到电网上的变压器和电动机运行情况变坏，效率降低，同时也对发电机本身以及电网带来一些不良后果，因此对同步发电机不对称负载的程度有一定限制。 三、分析同步发电机不对称运行的基本方法对称分量法 分析同步发电机不对称运行的基本方法是对称分量法，即将发电机不对称的三相电压、电流分解为正序、负序和零序分量，然后分别研究各相序电流所产生的效果，再将它们迭加起来，就得到实际的不对称相电流和相电压。实践证明，就基波而言，不计饱和时，所得结果基本上是正确的。 四、采用对称分量法分析不对称问题的基本

37、步骤 (1）先列出不对称情况的边界条件； (2）用对称分量法求出各序电流、各序电压间的特定约束关系； (3）按照特定的约束关系，把各序等效电路连成一条统一的等效电路； (4）从统一的等效电路解出各序电流和电压，最后再把正序、负序和零序分量迭加，求得各相的电流和电压。 2.3.2 同步发电机的不对称分析实例 1、单相对中点短路 8 华东交通大学毕业设计（论文） 规定正方向如图2.5所示。 ? 图2.5单相中点短路简图 ?I?A?I?第一步：列出边界条件： ?k1 ?I?B?I? C?0 ? U?A?0 第二步：利用对称分量法求出各序电流分量。 ?I? A?1?2 ?I?A? ?I?I?1?A?

38、2 ?1?A?I?1?k1? ? ?I?B?I?A?I?k1? ?I?03?1A? ?1 1 1?I?C?3?I?A?3 ?I?k1? 第三步：根据上两式作出同步发电机单相对中点短路的等效电路。（如图2.6） 2.6 单相中点短路的等效电路 第四步：根据等效电路求出各序电流，然后求出短路电。 I?0A E? A?I?A?I?E?A? jx?j A 1?jx2?jx0 (x1?x2?x0) I? 3E?A k1?3I?A ?j (x 1?x2?x0) 2-1） 2-2） 2-3） 2-4） 9 （ （ （ （ 王艳苹：三相同步发电机运行仿真及GUI设计 ?U ?A ? UA ?(x?x)?E0

39、x1?A2 ? j(x1?x2?x0)x1?x2?x0 ? ?xE?E?AA2 ?jx2? (2-5) ?j?E ?A ?EA j(x1?x2?x0)x1?x2?x0 ? ?U?0A ?jEA ?EAx?0j(x?xx0? ?1?x20)x1?x2?x0?U?E?A B?2U?A?U?A?U?0A ?xx2?2?x0?1? 1?x2?x? 0U?C?U?A?2U?E?A A?U?0A ?x?x? x2?2?x0?1? 1?x202、两相间短路 规定正方向如图2.7所示。 B C 图2.7 两相间短路简图 第一步：列出边界条件： ?I?A?0?I?B?I?C?I?k2 ?U?BC?U?B?U?

40、C?0 第二步：利用对称分量法求各序电流和电压 ?I?A?1?2 ?I?A? ?I?B?2I?2B ? ? ?1?B ?k2 1?I?A?1 ? 2 ? 1?21(?I)?IB?I?B?I? ?B?(?2?I?B?I?03 A? ?1 1 1?I?C?3 ?0?3?)3? 0? ?2?k ?0 ? ? ?因此?I? A?I?A?j 3 I?k2 ? I?0A?0由于I?0A?0，所以U?0A?0，根据U?B?U?C 可求出正、负序电压为： (2-6) (2-7) (2-8) (2-9) 2-10） 10 （ 华东交通大学毕业设计（论文） ?1?1?U ?UA?3?1 ?A ? 2 ?UA ?U?2U?1?UABB ?UB?U?3?UA?2U?BB?U? C? 2 （2-11） 第三步：作出各序等效电路，并根据上两式作出同步发电机相间短路时的等效电路， 如图2.8所示。 图2.8 两相间短路等效电路图 第四步：根据等效电路求短路电流。 I?E?AE?j A ? A ?I?A ? j(x?x? 12)x1?x2? I?k2 ?I?02?0? B?I?B?I?B?I?B?I?A?I?A?I?A? 因为I?0 A ?0，得到： I?E?AE?A2 Ak2 ?2(?jx1?x)?(j 2 x)?E?j A1?x2 x?)? 1?x(?2 x 1?x2 第五步