同步發(fā)電機的不對稱運行

1、同步發(fā)電機的不對稱運行 不對稱運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簡單分析一、不對稱運行一、不對稱運行l(wèi)三相負載不對稱l分析方法對稱分量法cbaacbaacbaaIIIIIIIIIIII310231231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)分解為三個獨立的對分解為三個獨立的對稱系統(tǒng)，稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、即正序系統(tǒng)、負序系統(tǒng)負序系統(tǒng)和和零序系統(tǒng)零序系統(tǒng)不對稱運行不對稱運行l(wèi)三相負載不對稱l分析方法對稱分量法l電樞反應磁勢為橢圓形磁勢，產(chǎn)生橢圓形旋轉橢圓形旋轉磁場磁場不對稱三相電流流過對稱三相繞組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

2、相系統(tǒng)分解為三個對稱的系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負序系統(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當正序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生正向旋轉磁勢，亦稱正序旋轉磁勢l當負序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生負向旋轉磁勢橢圓形旋轉磁勢橢圓形旋轉磁勢l當電流為一不對稱的三相電流，合成磁勢將有兩個分量，正序分量和負序分量，各以同步速向相反方向旋轉。在任一瞬間的合成磁勢仍按正弦分布，用旋轉矢量表示為空間矢量和，不同時刻，有不同的振幅，其端點軌跡為一橢圓tFFFFvuF2cos222221.1 不對稱中的正序分量不對稱中的正序分量l產(chǎn)生正序旋轉磁場同步速l轉子同步速l不在轉子繞組中感應電勢，即同步電機

3、的對稱運行情況，正序電抗即同步電抗sxx 1.2 不對稱中的負序分量不對稱中的負序分量l產(chǎn)生負序旋轉磁場同步速，反向l轉子同步速l相對運動速度為2n1，在轉子繞組中感應f2=2f1的交變電勢，產(chǎn)生交變電流，起削弱負序磁場的作用，使氣隙中的合成負序磁場減弱，相當相當于異步電機的轉子短路情況于異步電機的轉子短路情況，等效電抗很小。sxx 1.3 負序電流的負序電流的副作用作用1.負序感應電流，產(chǎn)生附加的轉子銅損耗2.負序磁場引起轉子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附加表面損耗3.負序磁場與正序磁場相互作用，產(chǎn)生2f1頻率的交變電磁轉矩，引起振動規(guī)定：在額定負載連續(xù)運行時，汽輪發(fā)電機三相電流之差，不得超過額定值

4、的10：水輪發(fā)電機和同步補償機的三相電流之差，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、同步電機的各序等效電路二、同步電機的各序等效電路l勵磁電勢由于電機電樞繞組結構的對稱性是對稱正序電勢l電樞反應電勢與電樞電流性質有關，用不同的電抗表示1.正序阻抗2.負序阻抗3.零序阻抗2.1 正序阻抗正序阻抗l穩(wěn)態(tài)運行時，正序磁場與轉子無相對運動，正序阻抗即同步電抗l隱極機l凸極機短路時，正序電流為純感性電流，900,

5、qdIIIsajxrjxrZdxx 2.2 負序阻抗負序阻抗l當轉子正向同步旋轉，勵磁繞組短路，電樞加上對稱的負序電壓時，負序電樞電流所遇到的阻抗（用作測量原理）（用作測量原理）l負序電流產(chǎn)生的反向旋轉磁場對正向旋轉的轉子的相對轉速為兩倍同步轉速，從電磁關系來看，同步電機如一臺轉差率s=2的異步電動機 jxrZ負序阻抗的簡單分析負序阻抗的簡單分析l假設負序磁場比轉子漏磁通大得多，則l假設電機阻尼作用強（如整塊實心轉子汽輪發(fā)電機），則轉子感應電流大，其去磁作用使負序磁場大大削弱2xxm21xxx反應負序磁場的作用反應負序磁場的作用1xx 凸極電機凸極電機負序阻抗簡單分析負序阻抗簡單分析Dqxxa

6、radx2frfx2DdrDdxdZxaraqx2DqrqZ勵磁 阻尼負序磁場軸線與直軸重合負序磁場軸線與交軸重合2.3 零序阻抗零序阻抗l當轉子正向同步旋轉，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)生基波旋轉磁場。l三及其倍數(shù)次空間諧波合成諧波脈動磁勢，對零序阻抗產(chǎn)生影響，且隨轉子位置（直軸、交軸）的變化而產(chǎn)生脈動，性質為漏抗性質（諧波漏抗）l每相繞組周圍產(chǎn)生漏磁通，影響零序阻抗。034cos32coscossin01,01xxxtFftx2.4 各序等效電路各序等效電路00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA注意注意：勵

7、磁磁場只在電樞繞組中勵磁磁場只在電樞繞組中感應產(chǎn)生有正序電勢感應產(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：非短路相空載邊界條件：端點方程式分解為對稱分量000CBAIIU031310)1(0AAAkAAAAUUUIIIII聯(lián)立相序方程式得到：00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA000 xxxjEIxxxI jEAAAA單相短路電流為： 013xxxjEIIAkA單相同步發(fā)電機的負載運行與三相電機的單相短路相似。(定、轉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，在轉子邊有偶數(shù)次諧波電壓和電流。（根據(jù)反向旋轉磁場的電磁感應）四、兩相穩(wěn)定短路四

8、、兩相穩(wěn)定短路假設：正常相A開路1. 端點方程式（邊界條件）端點方程式（邊界條件）： 20kcBcBAIIIUUI2. 分解為對稱分量分解為對稱分量00000AAAAAAUIIIUU3. 聯(lián)立相序方程式聯(lián)立相序方程式00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA 得到各序電流4. 兩相短路電流兩相短路電流：00AAAAIxxjEII xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202根據(jù)相序方程式，得到各相序電壓：各相電壓00AAAAAUxxxEUxxxEUAAAAABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU21202004.1 根據(jù)短路實驗求負序電抗根據(jù)短路實驗求負序電抗l兩相短

9、路電流l開路相電壓l短路相電壓 xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202AAAAABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU2120200)2()2(323kBkAIUIUx xIUUUUkAABBA2323五、兩相對中點穩(wěn)定短路五、兩相對中點穩(wěn)定短路000cBAUUIAAAAAAAAUUUUIIII31000 xxxxxxxxEUUUxxxxxxxEjIxxxxxxxEjIxxxxxxxxEjxxxxxjEIAAAAAAAAAAA000000000000000000000033IUxxIxI jUUAAAA短路情況比較短路情況比較l例汽輪發(fā)電機各序阻抗為x+=1.62

10、，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。實際上，由于運行方面的需要，大型同步發(fā)電機中點往往是通過接地電阻或電抗線圈接地，因此，實際上單相穩(wěn)定短路電流并不總是最大。六、單相穩(wěn)定短路時的電樞反應六、單相穩(wěn)定短路時的電樞反應單相電流定子繞組磁場反應電樞脈動11nn反向旋轉磁場正向旋轉磁場感應電流兩倍頻率場磁動脈113nn反向旋轉磁場正向旋轉磁場諧波電流定子三次場磁動脈1133nn正向旋轉磁場反向旋轉磁場感應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在隱極式電機中，整塊轉子的阻尼作用強，負序旋轉磁場被削弱得較多，諧波電流的振幅較小，相應不對稱運行帶來的不良影響有所改善。負序電抗顯著減小，不對稱負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中，由于極面和極芯常用鋼片疊成，故負序旋轉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，作用不大 思考題思考題l同步電機中，