同步發(fā)電機不對稱運行

1、6.6 同步發(fā)電機的不對稱運行同步發(fā)電機的不對稱運行 v不對稱運行不對稱運行v各序阻抗各序阻抗與與等效電等效電路路v幾種幾種短路情況的分短路情況的分析析與與比較比較v短路時的電樞反應短路時的電樞反應簡單分析簡單分析一、不對稱運行一、不對稱運行三相負載不對稱三相負載不對稱分析方法分析方法對稱分量法對稱分量法cbaacbaacbaaIIIIIIIIIIII310231231對稱分量法對稱分量法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v三相負載不對稱三相負載不對稱v分析方

2、法分析方法對稱分量法對稱分量法v電樞反應磁勢為橢圓形磁勢，產(chǎn)生電樞反應磁勢為橢圓形磁勢，產(chǎn)生橢圓橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場形旋轉(zhuǎn)磁場不對稱三相電流流過對稱三相繞組不對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢的基波磁勢將不對稱的三相系統(tǒng)分解為三個對稱的系統(tǒng)，即正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)、負序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。序系統(tǒng)、負序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。每相電流分解為三個分量，每相磁勢也可分解為三每相電流分解為三個分量，每相磁勢也可分解為三個分量。個分量。當正序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢，當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)磁勢亦稱正序旋轉(zhuǎn)磁勢當負序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生負

3、向旋轉(zhuǎn)磁勢當負序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生負向旋轉(zhuǎn)磁勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢l當電流為一不對稱的三相電流，合成磁勢將有兩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，各以同步速向相個分量，正序分量和負序分量，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，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，其端點軌跡為一橢圓有不同的振幅，其端點軌跡為一橢圓tFFFFvuF2cos222221 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(zhuǎn)磁場產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場同步速同步

4、速l轉(zhuǎn)子同步速轉(zhuǎn)子同步速l不在轉(zhuǎn)子繞組中感應電勢，即同步電機的對稱不在轉(zhuǎn)子繞組中感應電勢，即同步電機的對稱運行情況，運行情況，正序電抗即同步電抗正序電抗即同步電抗sxx 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(zhuǎn)磁場產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場同步速，反向同步速，反向l轉(zhuǎn)子同步速轉(zhuǎn)子同步速l相對運動速度為相對運動速度為2n1，在轉(zhuǎn)子繞組中，在轉(zhuǎn)子繞組中感應感應f2=2f1的交變電勢的交變電勢，產(chǎn)生交變電流，起削弱負序磁場，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(zhuǎn)子短路情況于異步電機的轉(zhuǎn)子短路情況，等效電抗很小。，等

5、效電抗很小。sxx 3 負序電流的副作用負序電流的副作用負序感應電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗負序感應電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗負序磁場引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附負序磁場引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附加表面損耗加表面損耗負序磁場與正序磁場相互作用，產(chǎn)生負序磁場與正序磁場相互作用，產(chǎn)生2f1頻率頻率的交變電磁轉(zhuǎn)矩，引起振動的交變電磁轉(zhuǎn)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，不得超過額定值的流之差，不得超過額定值的10：水輪發(fā)電機和同：水輪發(fā)電機和同步補償機的三相電流之差，不得超過額定值的步補償機的三相電流之差，不得超過額定值的2

6、0，同時，同時任一相的電流不得大于額定值任一相的電流不得大于額定值。 4 不對稱中的零序分量不對稱中的零序分量三相零序基波磁勢合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生三相零序基波磁勢合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場。零序磁場。各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周圍產(chǎn)生圍產(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二、同步電機的各序等效電路二、同步電機的各序等效電路v勵磁電勢勵磁電勢由于電機電樞繞組結構的對稱性是由于電機電樞繞組結構的對稱性是對稱正序電勢對稱正序電勢v電樞反應電勢與電樞電流性質(zhì)有關，用不同電樞反應電勢與電樞電流性質(zhì)有關，用不同的電抗表示的電

7、抗表示正序阻抗正序阻抗負序阻抗負序阻抗零序阻抗零序阻抗1 正序阻抗正序阻抗l穩(wěn)態(tài)運行時，正序磁場與轉(zhuǎn)子無相對運動，正穩(wěn)態(tài)運行時，正序磁場與轉(zhuǎn)子無相對運動，正序阻抗即同步電抗序阻抗即同步電抗l隱極機隱極機l凸極機凸極機短路時，正序電流為純感性電流短路時，正序電流為純感性電流，900,qdIIIRatZRjxjxdxx 2 負序阻抗負序阻抗l當轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵磁繞組短路，電樞加當轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵磁繞組短路，電樞加對稱負序電壓時，負序電樞電流所遇到的阻抗對稱負序電壓時，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(zhuǎn)磁場對正向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)負序電流產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)

8、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，從電磁關系來子的相對轉(zhuǎn)速為兩倍同步轉(zhuǎn)速，從電磁關系來看，同步電機如一臺轉(zhuǎn)差率看，同步電機如一臺轉(zhuǎn)差率s=2的異步電動機。的異步電動機。 負序阻抗的簡單分析負序阻抗的簡單分析v假設負序磁場比轉(zhuǎn)子漏磁通大得多，則假設負序磁場比轉(zhuǎn)子漏磁通大得多，則v假設電機阻尼作用強（如整塊實心轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)假設電機阻尼作用強（如整塊實心轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機），則轉(zhuǎn)子感應電流大，其去磁作用使負電機），則轉(zhuǎn)子感應電流大，其去磁作用使負序磁場大大削弱序磁場大大削弱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Dqxxad

9、x2fRfx2DdRDdxdZxaqx2DqRqZ勵磁勵磁 阻尼阻尼負序磁場軸線負序磁場軸線與直軸重合與直軸重合(勵勵磁磁+阻尼阻尼=轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組)負序磁場軸線負序磁場軸線與交軸重合與交軸重合(阻尼阻尼=轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組)aRaR凸極電機凸極電機負序阻抗簡單分析負序阻抗簡單分析負序磁場軸線與直軸重合負序磁場軸線與直軸重合(勵磁勵磁+阻尼阻尼=轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組)1111dadfDdXXXXX凸極電機凸極電機負序阻抗簡單分析負序阻抗簡單分析負序磁場軸線與交軸重合負序磁場軸線與交軸重合(阻尼阻尼=轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組)111qaqDdXXXX負序磁場軸線與交軸重合負序磁場軸線與交軸重合(wu阻尼阻尼

10、繞組繞組)qaqqXXXX3 零序阻抗零序阻抗v當轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵磁繞組短接，電樞通過當轉(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零序電流時所遇到的阻抗v三相繞組中零序電流產(chǎn)生的三個脈動磁場基波分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。量合成為零，即不產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場。034cos32coscossin01,01xxxtFftx3 零序阻抗零序阻抗v三及其倍數(shù)次空間諧波合成諧波脈動磁勢，對零三及其倍數(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(zhuǎn)子位置（直軸、交軸）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

11、質(zhì)為漏抗性質(zhì)（諧波漏抗）的變化而產(chǎn)生脈動，性質(zhì)為漏抗性質(zhì)（諧波漏抗）v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。4 各序等效電路各序等效電路00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA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

12、單相短路電流為： 013xxxjEIIAkAv單相同步發(fā)電機的負載運行與單相同步發(fā)電機的負載運行與三相電機的單相短路相似。三相電機的單相短路相似。(定、定、轉(zhuǎn)子兩邊均為不對稱的單相系轉(zhuǎn)子兩邊均為不對稱的單相系統(tǒng)統(tǒng))v短路電流中的高次諧波：在定短路電流中的高次諧波：在定子邊有奇次諧波電壓和電流，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)磁場的電流。（根據(jù)反向旋轉(zhuǎn)磁場的電磁感應）電磁感應）四、兩相穩(wěn)定短路四、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

13、解為對稱分量00000AAAAAAUIIIUU3. 聯(lián)立相序方程式聯(lián)立相序方程式00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA 得到各序電流得到各序電流00AAAAIxxjEII根據(jù)相序方程式，得到各相根據(jù)相序方程式，得到各相序電壓：序電壓：各相電壓各相電壓00AAAAAUxxxEUxxxEUAAAAABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU2120200 4. 兩相短路電流：兩相短路電流：xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202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兩相短路電流l開路相電壓l短路相電壓 xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202AAAA

14、ABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU2120200)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0103kEIxxx03kEIx023kEIxx短路情況比較短路情況比較l例例汽輪發(fā)電機各序阻抗為汽輪發(fā)電機各序阻抗為x+=1.

15、62，x-=0.155，x0=0.056；計算出計算出 Ik1 : Ik2 : Ik3=2.64 : 1.58 : 1在同一勵磁電勢在同一勵磁電勢E0下，下，單相穩(wěn)定短路電流最大，單相穩(wěn)定短路電流最大，兩相次之，三相最小兩相次之，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。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11nn反向旋轉(zhuǎn)磁場正向旋轉(zhuǎn)磁場感應電流兩倍頻率場磁動脈113nn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1133nn正向旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)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，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轉(zhuǎn)子電流中包含有直流部分和所有的偶次諧波分量 磁場磁場反應反應電樞電樞脈動脈動v隱極式電機隱極式電機:整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強，負序旋整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強，負序旋轉(zhuǎn)磁場被削弱得較多，諧波電流的振幅較小，轉(zhuǎn)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