同步電機(jī)不對稱運(yùn)行 PPT

1、同步發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行 不對稱運(yùn)行 各序阻抗與等效電路 幾種短路情況的分析與比較 短路時的電樞反應(yīng)簡單分析 一、不對稱運(yùn)行一、不對稱運(yùn)行 l三相負(fù)載不對稱 l分析方法對稱分量法 cbaa cbaa cbaa iiii iiii iiii 3 1 0 2 3 1 2 3 1 對稱分量法 l把不對稱的三相系統(tǒng)把不對稱的三相系統(tǒng) 分解為三個獨(dú)立的對分解為三個獨(dú)立的對 稱系統(tǒng)，稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、即正序系統(tǒng)、 負(fù)序系統(tǒng)負(fù)序系統(tǒng)和和零序系統(tǒng)零序系統(tǒng) 不對稱運(yùn)行不對稱運(yùn)行 l三相負(fù)載不對稱 l分析方法對稱分量法 l電樞反應(yīng)磁勢為橢圓形磁勢，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)橢圓形旋轉(zhuǎn) 磁場磁場 不對稱三相電流流過對稱三相繞組

2、的基不對稱三相電流流過對稱三相繞組的基 波磁勢波磁勢 l將不對稱的三相系統(tǒng)分解為三個對稱的系統(tǒng)，即正 序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。 l每相電流分解為三個分量，每相磁勢也可分解為三 個分量。 l當(dāng)正序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢， 亦稱正序旋轉(zhuǎn)磁勢 l當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢 l當(dāng)電流為一不對稱的三相電流，合成磁勢將有兩個分量， 正序分量和負(fù)序分量，各以同步速向相反方向旋轉(zhuǎn)。在任 一瞬間的合成磁勢仍按正弦分布，用旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間 矢量和，不同時刻，有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓 tffffvuf2cos2 22 22 1.1 不對稱中的

3、正序分量不對稱中的正序分量 l產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場同步速 l轉(zhuǎn)子同步速 l不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢，即同步電機(jī)的對稱 運(yùn)行情況，正序電抗即同步電抗 s xx 1.2 不對稱中的負(fù)序分量不對稱中的負(fù)序分量 l產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場同步速，反向 l轉(zhuǎn)子同步速 l相對運(yùn)動速度為2n1，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)f2=2f1 的交變電勢，產(chǎn)生交變電流，起削弱負(fù)序磁場 的作用，使氣隙中的合成負(fù)序磁場減弱，相當(dāng)相當(dāng) 于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子短路情況于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子短路情況，等效電抗很小。 s xx 1.3 負(fù)序電流的負(fù)序電流的副作用作用 1.負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗 2.負(fù)序磁場引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附 加表面損耗 3

4、.負(fù)序磁場與正序磁場相互作用，產(chǎn)生2f1頻率 的交變電磁轉(zhuǎn)矩，引起振動 規(guī)定：在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時，汽輪發(fā)電機(jī)三相電流之差， 不得超過額定值的10：水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相電 流之差，不得超過額定疽的20，同時任一相的電流不得大 于額定值。 1.4 不對稱中的零序分量不對稱中的零序分量 l三相零序基波磁勢合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生 零序磁場。 l各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周 圍產(chǎn)生零序漏磁通 l零序電抗為漏電抗 二、同步電機(jī)的各序等效電路二、同步電機(jī)的各序等效電路 l勵磁電勢由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對稱性是 對稱正序電勢 l電樞反應(yīng)電勢與電樞電流性質(zhì)有關(guān)，用不同 的電抗表示 1.正

5、序阻抗 2.負(fù)序阻抗 3.零序阻抗 2.1 正序阻抗正序阻抗 l穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，正序磁場與轉(zhuǎn)子無相對運(yùn)動，正 序阻抗即同步電抗 l隱極機(jī) l凸極機(jī) 短路時，正序電流為純感性電流，90 0, qd iii sa jxrjxrz d xx 2.2 負(fù)序阻抗負(fù)序阻抗 l當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵磁繞組短路，電樞加 上對稱的負(fù)序電壓時，負(fù)序電樞電流所遇到的 阻抗（用作測量原理）（用作測量原理） l負(fù)序電流產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)磁場對正向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn) 子的相對轉(zhuǎn)速為兩倍同步轉(zhuǎn)速，從電磁關(guān)系來 看，同步電機(jī)如一臺轉(zhuǎn)差率s=2的異步電動機(jī) jxrz 負(fù)序阻抗的簡單分析負(fù)序阻抗的簡單分析 l假設(shè)負(fù)序磁場比轉(zhuǎn)子漏磁通大得多，則 l

6、假設(shè)電機(jī)阻尼作用強(qiáng)（如整塊實(shí)心轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機(jī)）， 則轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流大，其去磁作用使負(fù)序磁場大大削弱 2 xxm 21 xxx 反應(yīng)負(fù)序磁場的作用反應(yīng)負(fù)序磁場的作用 1 xx 凸極電機(jī)凸極電機(jī) 負(fù)序阻抗簡單分析負(fù)序阻抗簡單分析 dq x x a r ad x 2 f r f x 2 dd r dd x d z x a r aq x 2 dq r q z 勵磁 阻尼負(fù)序磁場軸線與 直軸重合 負(fù)序磁場軸線與 交軸重合 2.3 零序阻抗零序阻抗 l當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵磁繞組短接，電樞通過零序電流時所遇 到的阻抗 l三相繞組中零序電流產(chǎn)生的三個脈動磁場基波分量合成為零，即 不產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場。 l三及其

7、倍數(shù)次空間諧波合成諧波脈動磁勢，對零序阻抗產(chǎn)生影響， 且隨轉(zhuǎn)子位置（直軸、交軸）的變化而產(chǎn)生脈動，性質(zhì)為漏抗性 質(zhì)（諧波漏抗） l每相繞組周圍產(chǎn)生漏磁通，影響零序阻抗。 0 3 4 cos 3 2 coscossin 01,01 xxxtff tx 2.4 各序等效電路各序等效電路 000 0 0 ziu ziu zieu aa aa aaa 注意注意： 勵磁磁場只在電樞繞組中勵磁磁場只在電樞繞組中 感應(yīng)產(chǎn)生有正序電勢感應(yīng)產(chǎn)生有正序電勢 三、單相穩(wěn)定短路三、單相穩(wěn)定短路 假設(shè)：非短路相空載 邊界條件：端點(diǎn)方程式 分解為對稱分量 0 0 0 c b a i i u 0 3 1 3 1 0 )1(

8、0 aaa kaaaa uuu iiiii 聯(lián)立相序方程式 得到： 000 0 0 ziu ziu zieu aa aa aaa 0 0 0 xxxj e i xxxi je a a aa 單相短路電流為： 0 1 3 xxxj e ii a ka 單相同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行與 三相電機(jī)的單相短路相似。(定、 轉(zhuǎn)子兩邊均為不對稱的單相系統(tǒng)) 短路電流中的高次諧波：在定 子邊有奇次諧波電壓和電流，在 轉(zhuǎn)子邊有偶數(shù)次諧波電壓和電流。 （根據(jù)反向旋轉(zhuǎn)磁場的電磁感應(yīng)） 四、兩相穩(wěn)定短路四、兩相穩(wěn)定短路 假設(shè)：正常相a開路 1. 端點(diǎn)方程式（邊界條件）端點(diǎn)方程式（邊界條件）： 2 0 kcb cb a i

9、ii uu i 2. 分解為對稱分量分解為對稱分量 0 0 0 0 0 a a aa aa u i ii uu 3. 聯(lián)立相序方程式聯(lián)立相序方程式 000 0 0 ziu ziu zieu aa aa aaa 得到各序電流 4. 兩相短路電流兩相短路電流： 0 0 a a aa i xxj e ii xx e iii iiiii a aaa bbbbk 3 0 2 02 根據(jù)相序方程式，得到各相序 電壓： 各相電壓 0 0 a a a a a u xx xe u xx xe u a aaaa bbbcb aaaaa u uuuu uuuuu xx x euuuu 2 1 2 0 2 0 0 4

10、.1 根據(jù)短路實(shí)驗(yàn)求負(fù)序電抗根據(jù)短路實(shí)驗(yàn)求負(fù)序電抗 l兩相短路電流 l開路相電壓 l短路相電壓 xx e iii iiiii a aaa bbbbk 3 0 2 02 a aaaa bbbcb aaaaa u uuuu uuuuu xx x euuuu 2 1 2 0 2 0 0 )2()2( 3 2 3 k b k a i u i u x xi uuuu k aabba 2 3 2 3 五、兩相對中點(diǎn)穩(wěn)定短路五、兩相對中點(diǎn)穩(wěn)定短路 0 0 0 c b a u u i aaaa aaaa uuuu iiii 3 1 0 0 0 xxxxxx xxe uuu xxxxxx xe ji xxxxx

11、x xe ji xxxxxx xxe j xx xx xj e i a aaa a a a a aa a 00 0 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 0 00000 33 i u x xixi juu a aaa 短路情況比較短路情況比較 l例汽輪發(fā)電機(jī)各序阻抗為x+=1.62，x-=0.155， x0=0.056； 計算出 ik1 : ik2 : ik3=2.64 : 1.58 : 1 在同一勵磁電勢e0下，單相穩(wěn)定短路電流最大，兩相次 之，三相最小。 實(shí)際上，由于運(yùn)行方面的需要，大型同步發(fā)電機(jī)中點(diǎn)往 往是通過接地電阻或電抗線圈接地，因此，實(shí)際上單 相穩(wěn)定短路電流并不總是最大。

12、六、單相穩(wěn)定短路時的電樞反應(yīng)六、單相穩(wěn)定短路時的電樞反應(yīng) 單相電流 定子繞組 磁場 反應(yīng) 電樞 脈動 1 1 n n 反向旋轉(zhuǎn)磁場 正向旋轉(zhuǎn)磁場 感應(yīng)電流 兩倍頻率 場 磁 動 脈 1 1 3 n n 反向旋轉(zhuǎn)磁場 正向旋轉(zhuǎn)磁場 諧波電流 定子三次 場 磁 動 脈 1 1 3 3 n n 正向旋轉(zhuǎn)磁場 反向旋轉(zhuǎn)磁場 感應(yīng)電流 四倍頻率 定子電流中包含有基波分量和所有的奇次諧波分量， 轉(zhuǎn)子電流中包含有直流部分和所有的偶次諧波分量 l在隱極式電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強(qiáng)，負(fù)序旋轉(zhuǎn) 磁場被削弱得較多，諧波電流的振幅較小，相應(yīng)不對 稱運(yùn)行帶來的不良影響有所改善。負(fù)序電抗顯著減小， 不對稱負(fù)載引起的端電壓不對稱將降低。 l在沒有阻尼繞組的凸極式電機(jī)中，由于極面和極芯常 用鋼片疊成，故負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場的削弱程度不大，諧波 電流就有較大的振幅。 l定子電流中的主要諧波為三次諧波，轉(zhuǎn)于電流中的主 要諧波為二次諧波，次數(shù)較高的諧波則因振幅小，作