第20章同步發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行

1、第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行第第2020章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 對(duì)稱負(fù)載對(duì)稱負(fù)載 大容量的單相負(fù)載，不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)。輸電線中大容量的單相負(fù)載，不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)。輸電線中出現(xiàn)一相斷線等不對(duì)稱故障出現(xiàn)一相斷線等不對(duì)稱故障 穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸入功率總與輸出功率穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸入功率總與輸出功率相平衡，電機(jī)端電壓相平衡，電機(jī)端電壓U U和勵(lì)磁電勢(shì)和勵(lì)磁電勢(shì)E E0 0之間有著固定之間有著固定的相角差的相角差。 從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)突變至另一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)所從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)突變至另一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)所經(jīng)歷的過程成為經(jīng)歷的過程成為瞬變過程瞬變過程。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正

2、常運(yùn)行20.120.1 不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法 負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，合成電樞磁勢(shì)不再是一個(gè)幅值不負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，合成電樞磁勢(shì)不再是一個(gè)幅值不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，其電樞反應(yīng)情況較對(duì)稱運(yùn)行變的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，其電樞反應(yīng)情況較對(duì)稱運(yùn)行時(shí)復(fù)雜得多時(shí)復(fù)雜得多 對(duì)稱分量法，即把一組不對(duì)稱的三相電流對(duì)稱分量法，即把一組不對(duì)稱的三相電流( (或電壓或電壓) )分解成三組對(duì)稱的電流分解成三組對(duì)稱的電流( (或電壓或電壓) )分量：即正序分分量：即正序分量、負(fù)序分量和零序分量。用這個(gè)方法時(shí)假設(shè)電量、負(fù)序分量和零序分量。用這個(gè)方法時(shí)假設(shè)電路是線性的，忽略了磁路飽和現(xiàn)象。路是線性的，忽略了磁路飽和現(xiàn)象。 勵(lì)磁電

3、勢(shì)勵(lì)磁電勢(shì)E EA A、E EB B、E EC C只與勵(lì)磁磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向有關(guān)只與勵(lì)磁磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向有關(guān), , 所所以只有正序分量。以只有正序分量。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 每相都可以列出三個(gè)相序的電勢(shì)平衡方程及畫出每相都可以列出三個(gè)相序的電勢(shì)平衡方程及畫出它們的等值電路。勵(lì)磁電勢(shì)只在正序的電勢(shì)平衡它們的等值電路。勵(lì)磁電勢(shì)只在正序的電勢(shì)平衡方程中出現(xiàn)。方程中出現(xiàn)。 各相序電流流過電樞繞組時(shí)的電樞反應(yīng)情況，反各相序電流流過電樞繞組時(shí)的電樞反應(yīng)情況，反映在等值電路和方程式中是各相序電流遇到不同映在等值電路和方程式中是各相序電流遇到不同的阻抗。的阻抗。 以以A A相為例，各相序的電勢(shì)平衡方程式為：相為例

4、，各相序的電勢(shì)平衡方程式為： E EA A=U=UA+A+Z+Z+ +I IA+A+ 0=U 0=UA-A-+Z+Z- -I IA-A- 0=U 0=UA0A0+Z+Z0 0I IA0A0 適合于任何不對(duì)稱負(fù)載或短路情況。知道不對(duì)稱適合于任何不對(duì)稱負(fù)載或短路情況。知道不對(duì)稱的電流情況就能解出不對(duì)稱的電壓。的電流情況就能解出不對(duì)稱的電壓。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行 三相負(fù)載不對(duì)稱三相負(fù)載不對(duì)稱 分析方法分析方法對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法cbaacbaacbaaIIIIIIIIIIII310231231第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行對(duì)稱分量法對(duì)稱分量

5、法 把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，即正序系即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)對(duì)稱分量合成第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行 三相負(fù)載不對(duì)稱三相負(fù)載不對(duì)稱 分析方法分析方法對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法 電樞反應(yīng)磁勢(shì)為橢圓形磁勢(shì)，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁勢(shì)為橢圓形磁勢(shì)，產(chǎn)生橢圓形橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行不對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)不對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì) 將不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)對(duì)稱的系統(tǒng)，即正將不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)對(duì)稱的系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。

6、序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。 每相電流分解為三個(gè)分量，每相磁勢(shì)也可分解為三每相電流分解為三個(gè)分量，每相磁勢(shì)也可分解為三個(gè)分量。個(gè)分量。 當(dāng)正序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，當(dāng)正序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，亦稱正序旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)亦稱正序旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) 當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) 當(dāng)電流為一不對(duì)稱的三相電流，合成磁勢(shì)將有兩當(dāng)電流為一不對(duì)稱的三相電流，合成磁勢(shì)將有兩個(gè)分量，正序分量和負(fù)序分量，各以同步速向相個(gè)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

7、勢(shì)仍按正弦分反方向旋轉(zhuǎn)。在任一瞬間的合成磁勢(shì)仍按正弦分布，用旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間矢量和，不同時(shí)刻，布，用旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間矢量和，不同時(shí)刻，有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓tFFFFvuF2cos22222第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行1 1 正序分量正序分量 產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速 不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，即同步電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，即同步電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行情況，正序電抗即同步電抗行情況，正序電抗即同步電抗 正序電抗采用不飽和值正序電抗采用不飽和值sxx 第20章同步發(fā)電

8、機(jī)的不正常運(yùn)行2 2 負(fù)序分量負(fù)序分量 產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步速，反向同步速，反向 轉(zhuǎn)子同步速轉(zhuǎn)子同步速 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為2n2n1 1，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)f f2 2=2f=2f1 1的的交變電勢(shì)，起削弱負(fù)序磁場(chǎng)的作用，使氣隙中的交變電勢(shì)，起削弱負(fù)序磁場(chǎng)的作用，使氣隙中的合成負(fù)序磁場(chǎng)減弱，相當(dāng)于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子短路合成負(fù)序磁場(chǎng)減弱，相當(dāng)于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子短路情況，等效電抗很小。情況，等效電抗很小。sxx 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行負(fù)序電流的副作用負(fù)序電流的副作用負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗負(fù)序磁場(chǎng)引起轉(zhuǎn)子表面的

9、渦流損耗，產(chǎn)生附加負(fù)序磁場(chǎng)引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附加表面損耗表面損耗負(fù)序磁場(chǎng)與正序磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生負(fù)序磁場(chǎng)與正序磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生2f2f1 1頻率的頻率的交變電磁轉(zhuǎn)矩，引起振動(dòng)交變電磁轉(zhuǎn)矩，引起振動(dòng)規(guī)定：在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)三相電流之差，規(guī)定：在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)三相電流之差，不得超過額定值的不得超過額定值的1010：水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相電：水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相電流之差，不得超過額定值的流之差，不得超過額定值的2020，同時(shí)任一相的電流不得大，同時(shí)任一相的電流不得大于額定值。于額定值。 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行零序分量零序分量 三相零序基

10、波磁勢(shì)合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零三相零序基波磁勢(shì)合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場(chǎng)。序磁場(chǎng)。 各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周圍各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周圍產(chǎn)生產(chǎn)生零序零序漏磁通漏磁通 零序電抗為漏電抗零序電抗為漏電抗第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行同步電機(jī)的各序等效電路同步電機(jī)的各序等效電路勵(lì)磁電勢(shì)勵(lì)磁電勢(shì)由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是是對(duì)稱正序電勢(shì)對(duì)稱正序電勢(shì)電樞反應(yīng)電勢(shì)與電樞電流性質(zhì)有關(guān)，用不電樞反應(yīng)電勢(shì)與電樞電流性質(zhì)有關(guān)，用不同的電抗表示同的電抗表示 正序阻抗正序阻抗 負(fù)序阻抗負(fù)序阻抗 零序阻抗零序阻抗第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 正序阻

11、抗正序阻抗 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，正序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正序穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，正序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正序阻抗即同步電抗阻抗即同步電抗 隱極機(jī)隱極機(jī) 凸極機(jī)凸極機(jī)短路時(shí)，正序電流為純感性電流，短路時(shí)，正序電流為純感性電流，90900,qdIIIsajxrjxrZdxx 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 負(fù)序阻抗負(fù)序阻抗 當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁繞組短路，電樞加當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁繞組短路，電樞加上對(duì)稱的負(fù)序電壓時(shí)，負(fù)序電樞電流所遇到的上對(duì)稱的負(fù)序電壓時(shí)，負(fù)序電樞電流所遇到的阻抗阻抗 從電磁關(guān)系來看，同步電機(jī)如一臺(tái)轉(zhuǎn)差率從電磁關(guān)系來看，同步電機(jī)如一臺(tái)轉(zhuǎn)差率s=2s=2的異步電動(dòng)機(jī)的異步電動(dòng)機(jī) 第20章同

12、步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 不計(jì)定、轉(zhuǎn)子電阻。不計(jì)定、轉(zhuǎn)子電阻。X X11為定子漏抗為定子漏抗,X,XFF為勵(lì)磁為勵(lì)磁繞組漏抗繞組漏抗,X,XZZ為阻尼繞組漏抗。勵(lì)磁繞組放置在為阻尼繞組漏抗。勵(lì)磁繞組放置在直軸磁路上直軸磁路上, ,所以交軸電抗中不出現(xiàn)勵(lì)磁漏抗。所以交軸電抗中不出現(xiàn)勵(lì)磁漏抗。X Xd-d-為直軸等效電抗為直軸等效電抗,X,Xq-q-為交軸等效電抗為交軸等效電抗 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 凸極直軸磁路與交軸凸極直軸磁路與交軸磁路的磁阻是不同的磁路的磁阻是不同的, , 負(fù)序電抗的數(shù)值將介負(fù)序電抗的數(shù)值將介于于X Xd-d-和和X Xq-q-之間作連續(xù)之間作連續(xù)周期性變化周期性變化,

13、 , 利用對(duì)稱分量法無法利用對(duì)稱分量法無法計(jì)及負(fù)序電抗的變化計(jì)及負(fù)序電抗的變化, ,計(jì)算時(shí)取兩個(gè)軸上電計(jì)算時(shí)取兩個(gè)軸上電抗的平均值來作為負(fù)抗的平均值來作為負(fù)序電抗的近似值序電抗的近似值: : X X- -=(X=(Xd-d-+X+Xq-q-)/2 )/2 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行零序電抗零序電抗 X X0 0 零序電流流過定子繞組時(shí)零序電流流過定子繞組時(shí)所對(duì)應(yīng)的電抗就是零序電所對(duì)應(yīng)的電抗就是零序電抗?？埂?氣隙中的三相合成磁勢(shì)為氣隙中的三相合成磁勢(shì)為零。零。 忽略電樞電阻忽略電樞電阻 X X0 0=U=U0 0 / (3I / (3I0 0) ) 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行零序阻抗零

14、序阻抗 合成諧波脈動(dòng)磁勢(shì)，對(duì)零序阻抗產(chǎn)生影響，且隨合成諧波脈動(dòng)磁勢(shì)，對(duì)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(dòng)，性轉(zhuǎn)子位置（直軸、交軸）的變化而產(chǎn)生脈動(dòng)，性質(zhì)為漏抗性質(zhì)（諧波漏抗）質(zhì)為漏抗性質(zhì)（諧波漏抗） 每相繞組周圍產(chǎn)生漏磁通，影響零序阻抗。每相繞組周圍產(chǎn)生漏磁通，影響零序阻抗。034cos32coscossin01,01xxxtFftx第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行20.220.2穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路分析穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路分析1.1.單相穩(wěn)定短路單相穩(wěn)定短路 短路電流中的高次短路電流中的高次諧波：在定子邊有奇諧波：在定子邊有奇次諧波電壓和電流，次諧波電壓和電流，在轉(zhuǎn)子邊有偶數(shù)次諧

15、在轉(zhuǎn)子邊有偶數(shù)次諧波電壓和電流。（根波電壓和電流。（根據(jù)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電據(jù)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)）磁感應(yīng)）假設(shè)：非短路相空載假設(shè)：非短路相空載第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行單相對(duì)中點(diǎn)短路第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 根據(jù)各相的電流根據(jù)各相的電流, ,求出各相序的電壓為求出各相序的電壓為 負(fù)序電抗和零序電負(fù)序電抗和零序電抗比正序電抗小得抗比正序電抗小得多多, ,故單相短路電流故單相短路電流比三相穩(wěn)態(tài)短路電比三相穩(wěn)態(tài)短路電流大流大, ,其比值接近其比值接近3 3 。 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 2.2.兩相線對(duì)線短路兩相線對(duì)線短路 兩相線對(duì)線短路第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行由于由于U UA

16、+A+=U=UA-A-兩相線對(duì)線短路電流大約為三相短路電流的兩相線對(duì)線短路電流大約為三相短路電流的1.7321.732倍。倍。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行短路情況比較短路情況比較 例例 汽輪發(fā)電機(jī)各序阻抗為汽輪發(fā)電機(jī)各序阻抗為x x+ +=1.62=1.62，x x- -=0.155=0.155，x x0 0=0.056=0.056；計(jì)算出計(jì)算出 I Ik1 k1 : I: Ik2 k2 : I: Ik3k3=2.64 : 1.58 : 1=2.64 : 1.58 : 1在同一勵(lì)磁電勢(shì)在同一勵(lì)磁電勢(shì)E E0 0下，單相穩(wěn)定短路電流最大，兩下，單相穩(wěn)定短路電流最大，兩相次之，三相最小。相次之，

17、三相最小。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?cè)拥?，因此，?shí)際上單相穩(wěn)定短路電流并不總是最大。是最大。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 在隱極式電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強(qiáng)，負(fù)序在隱極式電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強(qiáng)，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)被削弱得較多，諧波電流的振幅較小，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)被削弱得較多，諧波電流的振幅較小，相應(yīng)不對(duì)稱運(yùn)行帶來的不良影響有所改善。負(fù)序相應(yīng)不對(duì)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(duì)稱負(fù)載引起的端電壓不對(duì)稱電抗顯著減小，不對(duì)稱負(fù)載引起的端電壓不對(duì)稱將降低。將降低。 在沒有阻尼繞組的

18、凸極式電機(jī)中，由于極面和極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(chǎng)的削弱程度不芯常用鋼片疊成，故負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的削弱程度不大，諧波電流就有較大的振幅。大，諧波電流就有較大的振幅。 定子電流中的主要諧波為三次諧波，轉(zhuǎn)于電流中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)較高的諧波則因振的主要諧波為二次諧波，次數(shù)較高的諧波則因振幅小，作用不大幅小，作用不大 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行寫出不對(duì)稱寫出不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的邊運(yùn)行時(shí)的邊界條件界條件根據(jù)邊界條件利用對(duì)稱分根據(jù)邊界條件利用對(duì)稱分量法求電壓電流的各相序量法求電壓電流的各相序分量分量合成各序電壓和

19、電流合成各序電壓和電流求出各相（線）實(shí)際求出各相（線）實(shí)際電壓和電流電壓和電流 分析同步發(fā)電機(jī)負(fù)載不對(duì)稱運(yùn)行分析同步發(fā)電機(jī)負(fù)載不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)基本思路：時(shí)基本思路： 利用各序電流和利用各序電流和電壓的關(guān)系作出電壓的關(guān)系作出統(tǒng)一等效電路統(tǒng)一等效電路 利用等效利用等效電路求解各電路求解各序電壓和電序電壓和電流流第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響1 1、對(duì)同步發(fā)電機(jī)本身的影響、對(duì)同步發(fā)電機(jī)本身的影響引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過熱；引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過熱；產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)；產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)；2 2、對(duì)電力系統(tǒng)的影響、對(duì)電力系統(tǒng)的影響3 3、阻尼繞組在

20、發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的作用、阻尼繞組在發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的作用對(duì)用戶的損害，特別是異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載；對(duì)用戶的損害，特別是異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載；對(duì)與輸電線路平行的通訊線路的干擾；對(duì)與輸電線路平行的通訊線路的干擾；可以有效削弱負(fù)序磁場(chǎng)；可以有效削弱負(fù)序磁場(chǎng)；負(fù)序電抗的變小，使得不對(duì)稱運(yùn)行引起的電網(wǎng)負(fù)序電抗的變小，使得不對(duì)稱運(yùn)行引起的電網(wǎng)端電壓不對(duì)稱程度也減小。端電壓不對(duì)稱程度也減小。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行20.320.3 三相突然短路的分析三相突然短路的分析 從突然短路到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路的過程所持續(xù)的時(shí)間從突然短路到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路的過程所持續(xù)的時(shí)間很短很短, , 沖擊電流可高達(dá)額定電流的沖擊電流可高達(dá)額定

21、電流的10102020倍倍, , 在在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生極大的電磁力，這種電磁力可能會(huì)扯電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生極大的電磁力，這種電磁力可能會(huì)扯斷電機(jī)繞組的端部或?qū)⑥D(zhuǎn)軸扭彎。斷電機(jī)繞組的端部或?qū)⑥D(zhuǎn)軸扭彎。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 突然短路的物理概念突然短路的物理概念 條件：條件： 同步速，有勵(lì)磁電流，定子繞組有感應(yīng)電勢(shì)同步速，有勵(lì)磁電流，定子繞組有感應(yīng)電勢(shì) 類別類別: : 空載三相、單相、兩相突然短路空載三相、單相、兩相突然短路 定子繞組內(nèi)部短路（相間、匝間短路）定子繞組內(nèi)部短路（相間、匝間短路） 空載三相突然短路與穩(wěn)態(tài)短路的主要區(qū)別空載三相突然短路與穩(wěn)態(tài)短路的主要區(qū)別 突然短路電流十倍以上，具有極大破壞性突

22、然短路電流十倍以上，具有極大破壞性 穩(wěn)態(tài)短路電流穩(wěn)態(tài)短路電流1 1倍左右，屬于正常試驗(yàn)項(xiàng)目倍左右，屬于正常試驗(yàn)項(xiàng)目第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行1.1.超導(dǎo)體閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t超導(dǎo)體閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t 合上開關(guān)，使定子繞組合上開關(guān)，使定子繞組1 1短路，短路，有有不計(jì)電阻不計(jì)電阻 r r1 1，則，則即即 =const =const 設(shè)設(shè)t=0t=0時(shí)磁鏈為時(shí)磁鏈為t=0t=0 ，則，則 =t=0t=0 在沒有電阻的閉合回路中，磁在沒有電阻的閉合回路中，磁鏈將保持不變鏈將保持不變0dtdir0dtd磁鏈不能突變，在突然短路瞬間，認(rèn)為磁鏈保持不變（類似磁鏈不能突變，在突然短路瞬間，認(rèn)為磁鏈保

23、持不變（類似超導(dǎo)體情況）。超導(dǎo)體情況）。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行為閉合線圈的磁鏈為閉合線圈的磁鏈, ,包括包括自鏈自鏈和和互鏈互鏈。如果外。如果外界磁通進(jìn)入線圈界磁通進(jìn)入線圈, ,則線圈中必然立即產(chǎn)生一個(gè)電則線圈中必然立即產(chǎn)生一個(gè)電流流, ,這一電流產(chǎn)生的磁通與外加磁通的大小相同這一電流產(chǎn)生的磁通與外加磁通的大小相同, ,方向相反方向相反, ,以此保持線圈匝鏈的總磁通仍然不變。以此保持線圈匝鏈的總磁通仍然不變。這就是超導(dǎo)閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t。這就是超導(dǎo)閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t。 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行2. 2. 三相突然短路的物理過程三相突然短路的物理過程 突然短路之前突然短路之前,

24、 ,電機(jī)處于空載狀態(tài)電機(jī)處于空載狀態(tài) 設(shè)設(shè)a=aa=a0 0的瞬間定子繞組突然短路的瞬間定子繞組突然短路, A, A相繞組的磁鏈相繞組的磁鏈為：為：A0A0=m mcosacosa0 0 m m為為F Ff f與與A A相軸線重合時(shí)相軸線重合時(shí)A A相繞組磁鏈相繞組磁鏈 轉(zhuǎn)子磁通與轉(zhuǎn)子磁通與A A相繞組匝鏈相繞組匝鏈, ,其磁鏈值為：其磁鏈值為：A A=mcos(a=mcos(a0 0+t)+t)第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行突然短路后：突然短路后： 電樞繞組各相都產(chǎn)生一個(gè)非周期性的直流電流電樞繞組各相都產(chǎn)生一個(gè)非周期性的直流電流, ,共同產(chǎn)生不轉(zhuǎn)的穩(wěn)定磁勢(shì)共同產(chǎn)生不轉(zhuǎn)的穩(wěn)定磁勢(shì), ,使各相繞

25、組分別產(chǎn)生一使各相繞組分別產(chǎn)生一不變的磁鏈以維持其在短路瞬間的磁鏈不變的磁鏈以維持其在短路瞬間的磁鏈( (包括漏磁包括漏磁鏈鏈) )。 電樞繞組產(chǎn)生一組對(duì)稱三相周期性交變電流電樞繞組產(chǎn)生一組對(duì)稱三相周期性交變電流, ,并并在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)F Fa a, ,它始終和它始終和F Ff f大小相等，方向相反大小相等，方向相反( (作用在直軸上作用在直軸上),),以抵消以抵消F Ff f對(duì)對(duì)電樞繞組各相的磁鏈。電樞繞組各相的磁鏈。 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組F F和阻尼繞組和阻尼繞組Z Z也是閉合繞組也是閉合繞組 對(duì)對(duì)F F

26、a a的反應(yīng)：的反應(yīng)：F Fa a產(chǎn)生的產(chǎn)生的a a作用在直軸上作用在直軸上, , a a要通過轉(zhuǎn)子磁路要通過轉(zhuǎn)子磁路, ,去匝鏈去匝鏈F F和和Z,FZ,F和和Z Z的反應(yīng)是：分別的反應(yīng)是：分別產(chǎn)生非周期性直流電流產(chǎn)生非周期性直流電流I IF=F=和和I IZ=Z=, , 產(chǎn)生恒定磁通以產(chǎn)生恒定磁通以抵消抵消a a，a a只能繞道而行。磁阻很大只能繞道而行。磁阻很大, ,要產(chǎn)生一定要產(chǎn)生一定a a, ,就需要很大的電樞電流就需要很大的電樞電流, , 突然短路電流要比穩(wěn)突然短路電流要比穩(wěn)態(tài)短路電流大得多。態(tài)短路電流大得多。 對(duì)對(duì)F Fa=a=的反應(yīng)：的反應(yīng)：F Fa=a=在空間靜止在空間靜止,

27、 , 與轉(zhuǎn)子繞組之間與轉(zhuǎn)子繞組之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它將在勵(lì)磁繞組有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它將在勵(lì)磁繞組F F和阻尼繞組和阻尼繞組Z Z中感應(yīng)中感應(yīng)出交變電流出交變電流I IF F 和和I IZ Z以抵消以抵消F Fa=a=在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的磁鏈。的磁鏈。 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 電阻存在電阻存在, ,短路電流會(huì)逐漸衰減。短路電流會(huì)逐漸衰減。 阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)比勵(lì)磁繞組小得多阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)比勵(lì)磁繞組小得多 短路以后短路以后,I,IZ=Z=首先衰減完畢首先衰減完畢,I,IF=F= 還未來得及衰減，把短還未來得及衰減，把短路瞬間到路瞬間到I IZ=Z=衰減完畢這一階段稱為衰減完畢這一階

28、段稱為超瞬變過程超瞬變過程; ; I IF=F=開始衰減開始衰減, ,并逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài)并逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài), ,這一過程稱為這一過程稱為瞬變過程瞬變過程。 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行3. 3. 瞬態(tài)短路時(shí)的電抗瞬態(tài)短路時(shí)的電抗 感性回路感性回路:X=L=N:X=L=N2 2/R=N/R=N2 2 N N為繞組串聯(lián)匝數(shù)為繞組串聯(lián)匝數(shù),R,R為磁路的磁阻為磁路的磁阻,為磁路的磁導(dǎo)。為磁路的磁導(dǎo)。 穩(wěn)態(tài)情況下穩(wěn)態(tài)情況下, ,電樞電流產(chǎn)生電樞電流產(chǎn)生a a 和和asas, , 略去鐵心部分的磁阻略去鐵心部分的磁阻, , a a對(duì)應(yīng)的就是氣隙磁導(dǎo)對(duì)應(yīng)的就是氣隙磁導(dǎo)adad, , asas對(duì)應(yīng)的是漏磁導(dǎo)對(duì)應(yīng)的

29、是漏磁導(dǎo)s s, , 總磁總磁通對(duì)應(yīng)的總磁導(dǎo)為：通對(duì)應(yīng)的總磁導(dǎo)為：d d=adad+s s 對(duì)應(yīng)的電抗為：對(duì)應(yīng)的電抗為：X Xd d=X=Xadad+X+Xs s 直軸同步電抗直軸同步電抗 超瞬變瞬間超瞬變瞬間, , a a遇到了氣隙磁阻、阻尼繞組漏磁阻和勵(lì)磁遇到了氣隙磁阻、阻尼繞組漏磁阻和勵(lì)磁繞組漏磁阻繞組漏磁阻, ,再考慮到電樞繞組的再考慮到電樞繞組的asas后后, ,電樞磁通的總磁導(dǎo)電樞磁通的總磁導(dǎo)為為第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 對(duì)應(yīng)的電抗為對(duì)應(yīng)的電抗為 瞬變過程時(shí)瞬變過程時(shí), ,阻尼繞組中的電流已衰減完畢阻尼繞組中的電流已衰減完畢, ,此時(shí)此時(shí)a a它遇到了氣隙磁阻和勵(lì)磁繞組漏磁阻

30、它遇到了氣隙磁阻和勵(lì)磁繞組漏磁阻, ,再考慮到電樞再考慮到電樞繞組的漏磁通后繞組的漏磁通后, ,電樞磁通的總磁導(dǎo)為電樞磁通的總磁導(dǎo)為 直軸瞬態(tài)電抗直軸瞬態(tài)電抗 直軸超瞬態(tài)電抗直軸超瞬態(tài)電抗第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行20.4 20.4 突然短路電流突然短路電流 A A相為例，電樞電流的交變分量相為例，電樞電流的交變分量i iA A為為 其中其中,I= E,I= E0 0 / X / Xd d,E E0 0為短路前勵(lì)磁電勢(shì)有效值為短路前勵(lì)磁電勢(shì)有效值I I“稱為電樞繞組的超瞬態(tài)電流。稱為電樞繞組的超瞬態(tài)電流。若無阻尼繞組若無阻尼繞組, ,則則I I= = E E0 0 / / X Xd d,I

31、 I 稱瞬態(tài)電流。稱瞬態(tài)電流。 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 電樞電流非周期性分量為電樞電流非周期性分量為 電樞電流周期性分量的衰減分為兩個(gè)階段：電樞電流周期性分量的衰減分為兩個(gè)階段：從從I I“衰減到衰減到I I,這一階段的衰減量這一階段的衰減量( (I I”-”-I I)由阻尼繞組由阻尼繞組中對(duì)應(yīng)電流的衰減而引起中對(duì)應(yīng)電流的衰減而引起, , T Td d“=“=L LZ Z”/”/R RZ Z。從從I I到到I I, ,這一階段的衰減量這一階段的衰減量( (I I-I I) )由勵(lì)磁繞組中對(duì)應(yīng)電由勵(lì)磁繞組中對(duì)應(yīng)電流的衰減而引起流的衰減而引起, , T Td d=L LF F/R RF F

32、 I IA=A=的衰減由定子繞組本身的電阻引起的衰減由定子繞組本身的電阻引起, , T Ta a“=“=L La a”/”/R Ra a。發(fā)電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路發(fā)電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路, , I I = =E E0 0/ /X Xd d 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行 當(dāng)當(dāng)a a0 0=0=0電樞短路電樞短路電流的情況。經(jīng)電流的情況。經(jīng)過半個(gè)周期電流過半個(gè)周期電流達(dá)到最大值達(dá)到最大值, , 它它是超瞬態(tài)電流幅是超瞬態(tài)電流幅值值 的的1.81.8倍左右。倍左右。 第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行20.5 20.5 同步電機(jī)的振蕩同步電機(jī)的振蕩 多種原因可能導(dǎo)致振蕩。多種原因可能導(dǎo)致振蕩。 嚴(yán)重時(shí)可能造成電機(jī)

33、與電力系統(tǒng)失去同步、中斷嚴(yán)重時(shí)可能造成電機(jī)與電力系統(tǒng)失去同步、中斷供電或使與電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的電器設(shè)備受到損壞。供電或使與電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的電器設(shè)備受到損壞。 在振蕩過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再是恒速在振蕩過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再是恒速, ,同步電機(jī)同步電機(jī)的方程式呈非線性。的方程式呈非線性。 小值振蕩是指同步電機(jī)的功角小值振蕩是指同步電機(jī)的功角 圍繞一個(gè)恒定值圍繞一個(gè)恒定值b b作小幅度周期性變化作小幅度周期性變化( (變化幅度一般為變化幅度一般為1010度以度以下下),),電機(jī)轉(zhuǎn)速也圍繞著同步速作周期性變化。電機(jī)轉(zhuǎn)速也圍繞著同步速作周期性變化。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行在振蕩過程中在振蕩過程中, ,阻尼繞組中將出現(xiàn)感應(yīng)電勢(shì)和電流阻尼繞組中將出現(xiàn)感應(yīng)電勢(shì)和電流, ,并形成感并形成感應(yīng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步速時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步速時(shí), ,感應(yīng)轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用感應(yīng)轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用; ;而而當(dāng)