同步发电机不对称运行

1、6.6 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 v不对称运行不对称运行v各序阻抗各序阻抗与与等效电等效电路路v几种几种短路情况的分短路情况的分析析与与比较比较v短路时的电枢反应短路时的电枢反应简单分析简单分析一、不对称运行一、不对称运行三相负载不对称三相负载不对称分析方法分析方法对称分量法对称分量法cbaacbaacbaaIIIIIIIIIIII310231231对称分量法对称分量法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v三相负载不对称三相负载不对称v分析方

2、法分析方法对称分量法对称分量法v电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生椭圆椭圆形旋转磁场形旋转磁场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将不对称的三相系统分解为三个对称的系统，即正将不对称的三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。序系统、负序系统和零序系统。每相电流分解为三个分量，每相磁势也可分解为三每相电流分解为三个分量，每相磁势也可分解为三个分量。个分量。当正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转磁势，当正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转磁势，亦称正序旋转磁势亦称正序旋转磁势当负序电流流过三相绕组时，产生负

3、向旋转磁势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，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有不同的振幅，其端点轨迹为一椭圆tFFFFvuF2cos222221 不对称中的正序分量不对称中的正序分量l产生正序旋转磁场产生正序旋转磁场同步速同步

4、速l转子同步速转子同步速l不在转子绕组中感应电势，即同步电机的对称不在转子绕组中感应电势，即同步电机的对称运行情况，运行情况，正序电抗即同步电抗正序电抗即同步电抗sxx 2 不对称中的负序分量不对称中的负序分量l产生负序旋转磁场产生负序旋转磁场同步速，反向同步速，反向l转子同步速转子同步速l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，起削弱负序磁场，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。，等

5、效电抗很小。sxx 3 负序电流的副作用负序电流的副作用负序感应电流，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负序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附负序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附加表面损耗加表面损耗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频率频率的交变电磁转矩，引起振动的交变电磁转矩，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，不得超过额定值的流之差，不得超过额定值的10：水轮发电机和同：水轮发电机和同步补偿机的三相电流之差，不得超过额定值的步补偿机的三相电流之差，不得超过额定值的2

6、0，同时，同时任一相的电流不得大于额定值任一相的电流不得大于额定值。 4 不对称中的零序分量不对称中的零序分量三相零序基波磁势合成为零，在气隙中不产生三相零序基波磁势合成为零，在气隙中不产生零序磁场。零序磁场。各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕组周各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕组周围产生围产生零序零序漏磁通漏磁通零序电抗为漏电抗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v励磁电势励磁电势由于电机电枢绕组结构的对称性是由于电机电枢绕组结构的对称性是对称正序电势对称正序电势v电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不同电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不同的电抗表示的电

7、抗表示正序阻抗正序阻抗负序阻抗负序阻抗零序阻抗零序阻抗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序阻抗即同步电抗l隐极机隐极机l凸极机凸极机短路时，正序电流为纯感性电流短路时，正序电流为纯感性电流，900,qdIIIRatZRjxjxdxx 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，电枢加当转子正向同步旋转，励磁绕组短路，电枢加对称负序电压时，负序电枢电流所遇到的阻抗对称负序电压时，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负序电流产生的反向旋转

8、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看，同步电机如一台转差率s=2的异步电动机。的异步电动机。 负序阻抗的简单分析负序阻抗的简单分析v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v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Dqxxad

9、x2fRfx2DdRDdxdZxaqx2DqRqZ励磁励磁 阻尼阻尼负序磁场轴线负序磁场轴线与直轴重合与直轴重合(励励磁磁+阻尼阻尼=转子绕组转子绕组)负序磁场轴线负序磁场轴线与交轴重合与交轴重合(阻尼阻尼=转子绕组转子绕组)aRaR凸极电机凸极电机负序阻抗简单分析负序阻抗简单分析负序磁场轴线与直轴重合负序磁场轴线与直轴重合(励磁励磁+阻尼阻尼=转子绕组转子绕组)1111dadfDdXXXXX凸极电机凸极电机负序阻抗简单分析负序阻抗简单分析负序磁场轴线与交轴重合负序磁场轴线与交轴重合(阻尼阻尼=转子绕组转子绕组)111qaqDdXXXX负序磁场轴线与交轴重合负序磁场轴线与交轴重合(wu阻尼阻尼

10、绕组绕组)qaqqXXXX3 零序阻抗零序阻抗v当转子正向同步旋转，励磁绕组短接，电枢通过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零序电流时所遇到的阻抗v三相绕组中零序电流产生的三个脉动磁场基波分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。量合成为零，即不产生基波旋转磁场。034cos32coscossin01,01xxxtFftx3 零序阻抗零序阻抗v三及其倍数次空间谐波合成谐波脉动磁势，对零三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）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

11、质为漏抗性质（谐波漏抗）的变化而产生脉动，性质为漏抗性质（谐波漏抗）v每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。4 各序等效电路各序等效电路00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA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三、单相稳定短路三、单相稳定短路假设：非短路相空载假设：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

12、单相短路电流为： 013xxxjEIIAkAv单相同步发电机的负载运行与单相同步发电机的负载运行与三相电机的单相短路相似。三相电机的单相短路相似。(定、定、转子两边均为不对称的单相系转子两边均为不对称的单相系统统)v短路电流中的高次谐波：在定短路电流中的高次谐波：在定子边有奇次谐波电压和电流，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流。（根据反向旋转磁场的电磁感应）电磁感应）四、两相稳定短路四、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

13、解为对称分量00000AAAAAAUIIIUU3. 联立相序方程式联立相序方程式00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA 得到各序电流得到各序电流00AAAAIxxjEII根据相序方程式，得到各相根据相序方程式，得到各相序电压：序电压：各相电压各相电压00AAAAAUxxxEUxxxEUAAAAABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU2120200 4. 两相短路电流：两相短路电流：xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202根据短路实验求负序电抗根据短路实验求负序电抗l两相短路电流l开路相电压l短路相电压 xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202AAAA

14、ABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU2120200)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0103kEIxxx03kEIx023kEIxx短路情况比较短路情况比较l例例汽轮发电机各序阻抗为汽轮发电机各序阻抗为x+=1.

15、62，x-=0.155，x0=0.056；计算出计算出 Ik1 : Ik2 : Ik3=2.64 : 1.58 : 1在同一励磁电势在同一励磁电势E0下，下，单相稳定短路电流最大，单相稳定短路电流最大，两相次之，三相最小两相次之，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。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，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转子电流中包含有直流部分和所有的偶次谐波分量 磁场磁场反应反应电枢电枢脉动脉动v隐极式电机隐极式电机:整块转子的阻尼作用强，负序旋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，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