1、第十四章第十四章 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行不对称运行分析的方法：不对称运行分析的方法：1、把发电机的不对称的三相电压、电流分解成、把发电机的不对称的三相电压、电流分解成正、负、零序分量；正、负、零序分量；(对称分量法对称分量法)(UA+、UA-、UA0、IA+、IA-、IA0)2、对各个分量分别列、对各个分量分别列端点方程式端点方程式和和相序方程式相序方程式，并求解；并求解；(各各3个方程个方程)3、各序分量叠加，即可得实际不对称运行的结、各序分量叠加，即可得实际不对称运行的结果。果。14-1 同步电机各序阻抗与等效电同步电机各序阻抗与等效电路路对称分量法：（以电流为例对称
2、分量法：（以电流为例）213213103AABCAABCAABCIIIIIIIIIIII a、不对称运行分析、不对称运行分析02020AAAABAAACAAAIIIIIIIIIIII 120je 对称分量法对称分量法 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三相电流流过对称三相绕组不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势的基波磁势 电流分解为三个相序分量，即正序分量、负电流分解为三个相序分量，即正序分量、负序分量和零序分量。序分量和零序分量。当正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转当
3、正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转磁势，或者正序旋转磁势。磁势，或者正序旋转磁势。当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转磁势，或者负序旋转磁势。磁势，或者负序旋转磁势。(正向：转子旋转方向正向：转子旋转方向)椭圆形旋转磁势 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。正序分量的电抗正序分量的电抗 产生正序旋转磁场产生正序旋转磁场同步速同步速 转子同步速转子同步速 不在转子绕组中感应电势，即同步电机不
4、在转子绕组中感应电势，即同步电机的对称运行情况，的对称运行情况，正序电抗即同步电抗正序电抗即同步电抗sxx 负序分量的电抗负序分量的电抗 产生负序旋转磁场产生负序旋转磁场同步速、反向同步速、反向 转子同步速转子同步速 相对运动速度为相对运动速度为2n1，在转子绕组中，在转子绕组中感应感应f2=2f1的交变电势的交变电势，产生交变电流，起削，产生交变电流，起削弱负序磁场的作用，使气隙中的合成负弱负序磁场的作用，使气隙中的合成负序磁场减弱。序磁场减弱。相当于转差率相当于转差率S=2的异步电的异步电动机的情况动机的情况。等效电抗很小。等效电抗很小。sxx 负序电流的负序电流的危害危害1.负序感应电流
5、，产生附加的转子铜损耗负序感应电流，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，产负序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附加表面损耗生附加表面损耗3.负序磁场与正序磁场相互作用，产生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，不得超过额定值的20，同时任一相的电流不得大于额定值。零序分量的电抗零序分量的电抗因为：因为：三相零序基波磁势合成为零，在气隙中三相零序基波磁势合成为零，在气隙中不产生零序磁场。不产生零序磁场。各相电枢
6、绕组中的零序电流分量在各相各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕组周围产生绕组周围产生零序零序漏磁通漏磁通所以：所以：零序电抗具有漏抗的性质零序电抗具有漏抗的性质，X0 X1 b、同步电机的各序等效电路、同步电机的各序等效电路 稳态运行时，正序磁场与转子无相对运稳态运行时，正序磁场与转子无相对运动，正序阻抗即同步电抗动，正序阻抗即同步电抗 隐极机隐极机 凸极机凸极机 阻抗的主要分量是阻抗的主要分量是Xd、Xq 特别的：短路时，正序电流为纯感性电特别的：短路时，正序电流为纯感性电流流，90,0dqIIIasZrjxrjxdxx 一、正序阻抗一、正序阻抗二、负序阻抗二、负序阻抗 当转子正向同步旋转，
7、励磁绕组短路，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，负序电枢电枢加上对称的负序电压时，负序电枢电流所遇到的阻抗电流所遇到的阻抗 同步电机如一台转差率同步电机如一台转差率s=2的异步电动机的异步电动机两种极限情况下两种极限情况下的负序阻抗：的负序阻抗：假设负序磁场比转子漏磁通大得多，则假设负序磁场比转子漏磁通大得多，则 假设电机阻尼作用强（如整块实心转子汽轮发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，其去磁作用使负电机），则转子感应电流大，其去磁作用使负序磁场大大削弱，即序磁场大大削弱，即Xm 0，则，则2xxm21xxx体现负序磁场的作用体现负序磁
8、场的作用1xx 凸极电机负序阻抗分析（不作要求）负序阻抗的测定方法之一：负序阻抗的测定方法之一：(1)激磁绕组短接；激磁绕组短接；(2)在定子绕组施加适当降在定子绕组施加适当降低电压的三相对称电压；低电压的三相对称电压；(3)同步电机由原动同步电机由原动机带至同步速。转向与定子磁场转向相反。机带至同步速。转向与定子磁场转向相反。电压表、电流表、功率表接法与普通测量三电压表、电流表、功率表接法与普通测量三相电路的接法相同。相电路的接法相同。根据读数，可计算出负序电阻和负序电抗。根据读数，可计算出负序电阻和负序电抗。三、零序阻抗三、零序阻抗 当转子正向同步旋转，励磁绕组短接，电枢通当转子正向同步旋
9、转，励磁绕组短接，电枢通过零序电流时所遇到的阻抗过零序电流时所遇到的阻抗 三相绕组中零序电流产生的三个脉动磁场基波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。分量合成为零，即不产生基波旋转磁场。每相绕组周围产生漏磁通。每相绕组周围产生漏磁通。故零序阻抗为漏抗性质。故零序阻抗为漏抗性质。0101,24sincoscoscos033x tfFtxxx 零序阻抗的测量方法零序阻抗的测量方法VWAAZCYBGX(1)如图接线；如图接线；(2)外接一适当电压的外接一适当电压的单相交流电，使流入的单相交流电，使流入的电流数值等于额定值；电流数值等于额定值；(3)电机转速为同
10、步速；电机转速为同步速；(4)激磁绕组短接。激磁绕组短接。根据读数，可计算出根据读数，可计算出X0一般情况，一般情况，X+X-X0四、各序等效电路四、各序等效电路00000AAAAAAAUEIZUIZUIZ注意注意：励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相序方程：相序方程：(以以A相为例相为例)现代电力系统中，正常运行时，负载严重现代电力系统中，正常运行时，负载严重不对称的情况不多见。可能遇到的不对称不对称的情况不多见。可能遇到的不对称运行往往是故障状态，比如：运行往往是故障状态，比如：发电机单相发电机单相接地短路接地短路、发电机两相短路发电机两相短路
11、、发电机两相发电机两相接地短路接地短路等情况。等情况。下面我们主要研究上述典型的不对称情况。下面我们主要研究上述典型的不对称情况。14-2 同步发电机的单相稳定短路同步发电机的单相稳定短路假设：非短路相空载假设：非短路相空载相序方程式：相序方程式：00000AAAAAAAUEIZUIZUIZ端点方程：端点方程：000ABCUII02020000AAAAAAAAAUUUIIIIII 000AAAAAAUUUIII或者或者可得可得单相短路电流单相短路电流为：为：0103AAAAAkEIIIIIj xxx00000000()AAAAAAAAAAEIIIj xxxExxUxxxE xUxxxE xUx
12、xx求解上述方程，可得：求解上述方程，可得：由于由于x-、x0远小于远小于x+，故单相短路电流接近三相短流的，故单相短路电流接近三相短流的3倍。倍。B、C相的电压为：相的电压为：22200022000()(1)()(1)ABAAAACAAAEUUUUxxxxxEUUUUxxxxx 14-3 同步发电机的两相稳定短路同步发电机的两相稳定短路假设：正常相假设：正常相A开路开路端点方程式端点方程式：0ABcBcIUUII 相序方程式：相序方程式：0202020200()AAAAAAAAAAAAAAAIIIUUUUUUIIIIII 000AAAAAUUIII或者或者00000AAAAAAAUEIZUI
13、ZUIZ可得可得两相短路电流两相短路电流：02203BBBBkAAAAIIIIIEIIIxx 0000AAAAAAAAEIIj xxIE xUUxxU 求解上述方程，可得：求解上述方程，可得：各相电压：各相电压：0020212AAAAABCBBBAAAAAxUUUUExxUUUUUUUUUU 根据短路实验求负序电抗根据短路实验求负序电抗两相短路电流两相短路电流 23AkEIxx 02012BCBBBAAAAAUUUUUUUUUU (2)(2)332ABkkUUxII 2332BABAAkUUUUIx 短路相电压短路相电压开路相电压开路相电压02AAAAAxUUUUExx测出：测出：1、短路电流
14、；、短路电流；2、开路相电压开路相电压或者或者短路相电短路相电压压，就可以求，就可以求x-：或测出：或测出：1、短路电流；、短路电流；2、开路相开路相、短路相之间线电短路相之间线电压压，就可以求，就可以求x-：(2)3BAkUxI例题：例题：14-1 (P282)思考题 同步电机中，转子绕组对正序旋转磁场起什么作用?对负序旋转磁场起什么作用?如何理解正序电抗即系同步电抗?为什么负序电抗要比正序电抗小得多，而零序电抗较负序电抗更小?当三相绕组中流过零序电流时，合成磁势为零，为什么零序电抗不等于零?如果同步电机的电枢三相绕组只引出三相端点及中点，应如何测定零序电抗 习题 14-1 14-2采用标幺值进行计算分析
