同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行

1、同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行 不對(duì)稱運(yùn)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(shí)的電樞反應(yīng)簡(jiǎn)單分析一、不對(duì)稱運(yùn)行一、不對(duì)稱運(yùn)行l(wèi)三相負(fù)載不對(duì)稱l分析方法對(duì)稱分量法cbaacbaacbaaIIIIIIIIIIII310231231對(duì)稱分量法l把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)負(fù)序系統(tǒng)和和零序系統(tǒng)零序系統(tǒng)不對(duì)稱運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行l(wèi)三相負(fù)載不對(duì)稱l分析方法對(duì)稱分量法l電樞反應(yīng)磁勢(shì)為橢圓形磁勢(shì)，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁場(chǎng)不對(duì)稱三相電流流過(guò)對(duì)稱三相繞組的基不對(duì)稱三相電流流過(guò)對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)波磁勢(shì)l將不對(duì)稱的三

2、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)。l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。l當(dāng)正序電流流過(guò)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)l當(dāng)負(fù)序電流流過(guò)三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)l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，有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓tFFFFvuF2cos222221.1 不對(duì)稱中的正序分量不對(duì)稱中的正序分量l產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步速l轉(zhuǎn)子同步速l不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，即同步電機(jī)

3、的對(duì)稱運(yùn)行情況，正序電抗即同步電抗sxx 1.2 不對(duì)稱中的負(fù)序分量不對(duì)稱中的負(fù)序分量l產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步速，反向l轉(zhuǎn)子同步速l相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為2n1，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)f2=2f1的交變電勢(shì)，產(chǎn)生交變電流，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)相當(dāng)于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子短路情況于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子短路情況，等效電抗很小。sxx 1.3 負(fù)序電流的負(fù)序電流的副作用作用1.負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗2.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3.負(fù)序磁場(chǎng)與正序磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生2f1頻率的交變電磁轉(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，不得超過(guò)額定值

4、的10：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(guò)額定疽的20，同時(shí)任一相的電流不得大于額定值。 1.4 不對(duì)稱中的零序分量不對(duì)稱中的零序分量l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)。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(jī)的各序等效電路二、同步電機(jī)的各序等效電路l勵(lì)磁電勢(shì)由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是對(duì)稱正序電勢(shì)l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1.正序阻抗2.負(fù)序阻抗3.零序阻抗2.1 正序阻抗正序阻抗l穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，正序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正序阻抗即同步電抗l隱極機(jī)l凸極機(jī)短路時(shí)，正序電流為純感性電流，900,

5、qdIIIsajxrjxrZdxx 2.2 負(fù)序阻抗負(fù)序阻抗l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阻抗（用作測(cè)量原理）（用作測(cè)量原理）l負(fù)序電流產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)正向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速為兩倍同步轉(zhuǎn)速，從電磁關(guān)系來(lái)看，同步電機(jī)如一臺(tái)轉(zhuǎn)差率s=2的異步電動(dòng)機(jī) jxrZ負(fù)序阻抗的簡(jiǎn)單分析負(fù)序阻抗的簡(jiǎn)單分析l假設(shè)負(fù)序磁場(chǎng)比轉(zhuǎn)子漏磁通大得多，則l假設(shè)電機(jī)阻尼作用強(qiáng)（如整塊實(shí)心轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機(jī)），則轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流大，其去磁作用使負(fù)序磁場(chǎng)大大削弱2xxm21xxx反應(yīng)負(fù)序磁場(chǎng)的作用反應(yīng)負(fù)序磁場(chǎng)的作用1xx 凸極電機(jī)凸極電機(jī)負(fù)序阻抗簡(jiǎn)單分析負(fù)序阻抗簡(jiǎn)單分析Dqxxa

6、radx2frfx2DdrDdxdZxaraqx2DqrqZ勵(lì)磁 阻尼負(fù)序磁場(chǎng)軸線與直軸重合負(fù)序磁場(chǎng)軸線與交軸重合2.3 零序阻抗零序阻抗l當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁繞組短接，電樞通過(guò)零序電流時(shí)所遇到的阻抗l三相繞組中零序電流產(chǎn)生的三個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)基波分量合成為零，即不產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。l三及其倍數(shù)次空間諧波合成諧波脈動(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)，性質(zhì)為漏抗性質(zhì)（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(lì)

7、磁磁場(chǎng)只在電樞繞組中勵(lì)磁磁場(chǎng)只在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生有正序電勢(shì)感應(yīng)產(chǎn)生有正序電勢(shì)三、單相穩(wěn)定短路三、單相穩(wěn)定短路假設(shè)：非短路相空載邊界條件：端點(diǎn)方程式分解為對(duì)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(jī)的負(fù)載運(yùn)行與三相電機(jī)的單相短路相似。(定、轉(zhuǎn)子兩邊均為不對(duì)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(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(chǎng)的電磁感應(yīng)）四、兩相穩(wěn)定短路四

8、、兩相穩(wěn)定短路假設(shè)：正常相A開路1. 端點(diǎn)方程式（邊界條件）端點(diǎn)方程式（邊界條件）： 20kcBcBAIIIUUI2. 分解為對(duì)稱分量分解為對(duì)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(shí)驗(yàn)求負(fù)序電抗根據(jù)短路實(shí)驗(yàn)求負(fù)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(duì)中點(diǎn)穩(wěn)定短路五、兩相對(duì)中點(diǎn)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(jī)各序阻抗為x+=1.62

10、，x-=0.155，x0=0.056；計(jì)算出 Ik1 : Ik2 : Ik3=2.64 : 1.58 : 1在同一勵(lì)磁電勢(shì)E0下，單相穩(wěn)定短路電流最大，兩相次之，三相最小。實(shí)際上，由于運(yùn)行方面的需要，大型同步發(fā)電機(jī)中點(diǎn)往往是通過(guò)接地電阻或電抗線圈接地，因此，實(shí)際上單相穩(wěn)定短路電流并不總是最大。六、單相穩(wěn)定短路時(shí)的電樞反應(yīng)六、單相穩(wěn)定短路時(shí)的電樞反應(yīng)單相電流定子繞組磁場(chǎng)反應(yīng)電樞脈動(dòng)11nn反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電流兩倍頻率場(chǎng)磁動(dòng)脈113nn反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)諧波電流定子三次場(chǎng)磁動(dòng)脈1133nn正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)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(zhuǎn)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(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，相應(yīng)不對(duì)稱運(yùn)行帶來(lái)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)稱將降低。l在沒(méi)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(zhuǎn)于電流中的主要諧波為二次諧波，次數(shù)較高的諧波則因振幅小，作用不大 思考題思考題l同步電機(jī)中，