同步发电机的不对称运行

1、同步发电机的不对称运行 不对称运行各序阻抗与等效电路几种短路情况的分析与比较短路时的电枢反应简单分析一、不对称运行一、不对称运行l三相负载不对称l分析方法对称分量法cbaacbaacbaaIIIIIIIIIIII310231231对称分量法l把不对称的三相系统把不对称的三相系统分解为三个独立的对分解为三个独立的对称系统，称系统，即正序系统、即正序系统、负序系统负序系统和和零序系统零序系统不对称运行不对称运行l三相负载不对称l分析方法对称分量法l电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生椭圆形旋转椭圆形旋转磁场磁场不对称三相电流流过对称三相绕组的基不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势波磁势l将不对称的三

2、相系统分解为三个对称的系统，即正序系统、负序系统和零序系统。l每相电流分解为三个分量，每相磁势也可分解为三个分量。l当正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转磁势，亦称正序旋转磁势l当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转磁势椭圆形旋转磁势椭圆形旋转磁势l当电流为一不对称的三相电流，合成磁势将有两个分量，正序分量和负序分量，各以同步速向相反方向旋转。在任一瞬间的合成磁势仍按正弦分布，用旋转矢量表示为空间矢量和，不同时刻，有不同的振幅，其端点轨迹为一椭圆tFFFFvuF2cos222221.1 不对称中的正序分量不对称中的正序分量l产生正序旋转磁场同步速l转子同步速l不在转子绕组中感应电势，即同步电机

3、的对称运行情况，正序电抗即同步电抗sxx 1.2 不对称中的负序分量不对称中的负序分量l产生负序旋转磁场同步速，反向l转子同步速l相对运动速度为2n1，在转子绕组中感应f2=2f1的交变电势，产生交变电流，起削弱负序磁场的作用，使气隙中的合成负序磁场减弱，相当相当于异步电机的转子短路情况于异步电机的转子短路情况，等效电抗很小。sxx 1.3 负序电流的负序电流的副作用作用1.负序感应电流，产生附加的转子铜损耗2.负序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附加表面损耗3.负序磁场与正序磁场相互作用，产生2f1频率的交变电磁转矩，引起振动规定：在额定负载连续运行时，汽轮发电机三相电流之差，不得超过额定值

4、的10：水轮发电机和同步补偿机的三相电流之差，不得超过额定疽的20，同时任一相的电流不得大于额定值。 1.4 不对称中的零序分量不对称中的零序分量l三相零序基波磁势合成为零，在气隙中不产生零序磁场。l各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕组周围产生零序漏磁通l零序电抗为漏电抗二、同步电机的各序等效电路二、同步电机的各序等效电路l励磁电势由于电机电枢绕组结构的对称性是对称正序电势l电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不同的电抗表示1.正序阻抗2.负序阻抗3.零序阻抗2.1 正序阻抗正序阻抗l稳态运行时，正序磁场与转子无相对运动，正序阻抗即同步电抗l隐极机l凸极机短路时，正序电流为纯感性电流，900,

5、qdIIIsajxrjxrZdxx 2.2 负序阻抗负序阻抗l当转子正向同步旋转，励磁绕组短路，电枢加上对称的负序电压时，负序电枢电流所遇到的阻抗（用作测量原理）（用作测量原理）l负序电流产生的反向旋转磁场对正向旋转的转子的相对转速为两倍同步转速，从电磁关系来看，同步电机如一台转差率s=2的异步电动机 jxrZ负序阻抗的简单分析负序阻抗的简单分析l假设负序磁场比转子漏磁通大得多，则l假设电机阻尼作用强（如整块实心转子汽轮发电机），则转子感应电流大，其去磁作用使负序磁场大大削弱2xxm21xxx反应负序磁场的作用反应负序磁场的作用1xx 凸极电机凸极电机负序阻抗简单分析负序阻抗简单分析Dqxxa

6、radx2frfx2DdrDdxdZxaraqx2DqrqZ励磁 阻尼负序磁场轴线与直轴重合负序磁场轴线与交轴重合2.3 零序阻抗零序阻抗l当转子正向同步旋转，励磁绕组短接，电枢通过零序电流时所遇到的阻抗l三相绕组中零序电流产生的三个脉动磁场基波分量合成为零，即不产生基波旋转磁场。l三及其倍数次空间谐波合成谐波脉动磁势，对零序阻抗产生影响，且随转子位置（直轴、交轴）的变化而产生脉动，性质为漏抗性质（谐波漏抗）l每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。034cos32coscossin01,01xxxtFftx2.4 各序等效电路各序等效电路00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA注意注意：励

7、磁磁场只在电枢绕组中励磁磁场只在电枢绕组中感应产生有正序电势感应产生有正序电势三、单相稳定短路三、单相稳定短路假设：非短路相空载边界条件：端点方程式分解为对称分量000CBAIIU031310)1(0AAAkAAAAUUUIIIII联立相序方程式得到：00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA000 xxxjEIxxxI jEAAAA单相短路电流为： 013xxxjEIIAkA单相同步发电机的负载运行与三相电机的单相短路相似。(定、转子两边均为不对称的单相系统)短路电流中的高次谐波：在定子边有奇次谐波电压和电流，在转子边有偶数次谐波电压和电流。（根据反向旋转磁场的电磁感应）四、两相稳定短路四

8、、两相稳定短路假设：正常相A开路1. 端点方程式（边界条件）端点方程式（边界条件）： 20kcBcBAIIIUUI2. 分解为对称分量分解为对称分量00000AAAAAAUIIIUU3. 联立相序方程式联立相序方程式00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA 得到各序电流4. 两相短路电流两相短路电流：00AAAAIxxjEII xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202根据相序方程式，得到各相序电压：各相电压00AAAAAUxxxEUxxxEUAAAAABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU21202004.1 根据短路实验求负序电抗根据短路实验求负序电抗l两相短

9、路电流l开路相电压l短路相电压 xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202AAAAABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU2120200)2()2(323kBkAIUIUx xIUUUUkAABBA2323五、两相对中点稳定短路五、两相对中点稳定短路000cBAUUIAAAAAAAAUUUUIIII31000 xxxxxxxxEUUUxxxxxxxEjIxxxxxxxEjIxxxxxxxxEjxxxxxjEIAAAAAAAAAAA000000000000000000000033IUxxIxI jUUAAAA短路情况比较短路情况比较l例汽轮发电机各序阻抗为x+=1.62

10、，x-=0.155，x0=0.056；计算出 Ik1 : Ik2 : Ik3=2.64 : 1.58 : 1在同一励磁电势E0下，单相稳定短路电流最大，两相次之，三相最小。实际上，由于运行方面的需要，大型同步发电机中点往往是通过接地电阻或电抗线圈接地，因此，实际上单相稳定短路电流并不总是最大。六、单相稳定短路时的电枢反应六、单相稳定短路时的电枢反应单相电流定子绕组磁场反应电枢脉动11nn反向旋转磁场正向旋转磁场感应电流两倍频率场磁动脉113nn反向旋转磁场正向旋转磁场谐波电流定子三次场磁动脉1133nn正向旋转磁场反向旋转磁场感应电流四倍频率定子电流中包含有基波分量和所有的奇次谐波分量，转子电流中包含有直流部分和所有的偶次谐波分量 l在隐极式电机中，整块转子的阻尼作用强，负序旋转磁场被削弱得较多，谐波电流的振幅较小，相应不对称运行带来的不良影响有所改善。负序电抗显著减小，不对称负载引起的端电压不对称将降低。l在没有阻尼绕组的凸极式电机中，由于极面和极芯常用钢片叠成，故负序旋转磁场的削弱程度不大，谐波电流就有较大的振幅。l定子电流中的主要谐波为三次谐波，转于电流中的主要谐波为二次谐波，次数较高的谐波则因振幅小，作用不大 思考题思考题l同步电机中，