2.4发电机不对称运行-PPT精选文档
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1 Ia 3 1 I a 3 1 Ia0 3
I I I
2 Ia Ib Ic 2 I I I a b c a b c
对称分量法
把不对称的三相系 统分解为三个独立 的对称系统，即正 序系统、负序系统 和零序系统
第四节 发电机的不对称运行
4.1 不对称运行
4.2 同步电机的各序等效电路
4.3 单相稳定电路 4.4 两相稳定电路
4.5 单相稳定短路时的电枢反应
4.6 同步发电机的失磁运行
4.7 同步电机的保护及其作用 4.8大型汽轮发电机非正常和特殊运行及 维护导则
4.1、不对称运行
三相负载不对称 分析方法——对称分量法
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
F u v F F 2 F F cos 2 t
Z r jx
负序阻抗的简单分析
假设负序磁场比转子漏磁通大得多，则
x x x 1
' 2
' xm x2
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，其去磁作用使负序磁 场大大削弱
反应负序磁场的作用
x x1
凸极电机 负序阻抗简单分析
（4） 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 产生零序磁场。
各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕 组周围产生零序漏磁通 零序电抗为漏电抗
4.2 同步电机的各序等效电路
励磁电势由于电机电枢绕组结构的对称性 是对称正序电势
电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不 同的电抗表示 正序阻抗 负序阻抗 零序阻抗
1. 2. 3.
（1） 正序阻抗
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 隐极机 Z r jx r jx 凸极机 a s 短路时，正序电流为纯感性电流，ψ≈90°
I I 0 d , I q
x xd
（2） 负序阻抗
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，负序电枢电流 所遇到的阻抗（用作测量原理） 负序电流产生的反向旋转磁场对正向旋转 的转子的相对转速为两倍同步转速，从电 磁关系来看，同步电机如一台转差率s=2的 异步电动机
x
a
r
x ad
励磁
rf 2
阻尼
r Dd 2
负序磁场轴线与 直轴重合
Zd
x
a
x f
x Dd
负序磁场轴线与 交轴重合
r
r Dq
Z q
x aq
x Dq
2
（3） 零序阻抗
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 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in t cos x cos cos 0 x x 01 x , t 01 3 3
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）的变化而产生脉动， 性质为漏抗性质（谐波漏抗） 每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。
2 2 2 2
（1） 不对称中的正序分量
产生正序旋转磁场——同步速 转子同步速 不在转子绕组中感应电势，即同步电机的 对称运行情况，正序电抗即同步电抗
x xs
（2） 不对称中的负序分量
产生负序旋转磁场——同步速，反向 转子同步速 相对运动速度为2n1，在转子绕组中感应 f2=2f1的交变电势，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，相当于异步电机的转子短路情况， 等效电抗很小。
x xs
（3） 负序电流的副作用
1. 2.
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 附加表面损耗 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
3.
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，不得超过额定疽的20％，同时任一相的电流不得大 于额定值。
不对称运行
三相负载不对称 分析方法——对称分量法
电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生椭圆形 旋转磁场
不对称三相电流流过对称三相绕 组的基波磁势
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 解为三个分量。 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 当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转 磁势
（4） 各序等效电路
注意： 励磁磁场只在电枢绕组中 感应产生有正序电势
E I Z U A A A 0 I Z U A A 0 I Z U
A0 A0 0
4.3、单相稳定短路
•联立相序方程式 单相同步发电机的负载运行与 边界条件：端点方程式 E I Z U A A A 三相电机的单相短路相似。 (定、 0 UI Z 0 U 转子两边均为不对称的单相系统 ) A AA 0 U I A 0 Z 0 A0 IB 0 jI x x x 0 E •短路电流中的高次谐波：在定 A 0 A I 0 E C 子边有奇次谐波电压和电流，在 A 得到： I A jx x x0 转子边有偶数次谐波电压和电流。 分解为对称分量 （根据反向旋转磁场的电磁感应） 1 1 单相短路电流为： IA0 IA IA IA I k( 1 ) 3 3 3 E A I I A k 1 U U 0 假设：非短路相空载 A 0 U A j A x x x 0
I I I
2 Ia Ib Ic 2 I I I a b c a b c
对称分量法
把不对称的三相系 统分解为三个独立 的对称系统，即正 序系统、负序系统 和零序系统
第四节 发电机的不对称运行
4.1 不对称运行
4.2 同步电机的各序等效电路
4.3 单相稳定电路 4.4 两相稳定电路
4.5 单相稳定短路时的电枢反应
4.6 同步发电机的失磁运行
4.7 同步电机的保护及其作用 4.8大型汽轮发电机非正常和特殊运行及 维护导则
4.1、不对称运行
三相负载不对称 分析方法——对称分量法
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
F u v F F 2 F F cos 2 t
Z r jx
负序阻抗的简单分析
假设负序磁场比转子漏磁通大得多，则
x x x 1
' 2
' xm x2
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，其去磁作用使负序磁 场大大削弱
反应负序磁场的作用
x x1
凸极电机 负序阻抗简单分析
（4） 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 产生零序磁场。
各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕 组周围产生零序漏磁通 零序电抗为漏电抗
4.2 同步电机的各序等效电路
励磁电势由于电机电枢绕组结构的对称性 是对称正序电势
电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不 同的电抗表示 正序阻抗 负序阻抗 零序阻抗
1. 2. 3.
（1） 正序阻抗
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 隐极机 Z r jx r jx 凸极机 a s 短路时，正序电流为纯感性电流，ψ≈90°
I I 0 d , I q
x xd
（2） 负序阻抗
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，负序电枢电流 所遇到的阻抗（用作测量原理） 负序电流产生的反向旋转磁场对正向旋转 的转子的相对转速为两倍同步转速，从电 磁关系来看，同步电机如一台转差率s=2的 异步电动机
x
a
r
x ad
励磁
rf 2
阻尼
r Dd 2
负序磁场轴线与 直轴重合
Zd
x
a
x f
x Dd
负序磁场轴线与 交轴重合
r
r Dq
Z q
x aq
x Dq
2
（3） 零序阻抗
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 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in t cos x cos cos 0 x x 01 x , t 01 3 3
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）的变化而产生脉动， 性质为漏抗性质（谐波漏抗） 每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。
2 2 2 2
（1） 不对称中的正序分量
产生正序旋转磁场——同步速 转子同步速 不在转子绕组中感应电势，即同步电机的 对称运行情况，正序电抗即同步电抗
x xs
（2） 不对称中的负序分量
产生负序旋转磁场——同步速，反向 转子同步速 相对运动速度为2n1，在转子绕组中感应 f2=2f1的交变电势，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，相当于异步电机的转子短路情况， 等效电抗很小。
x xs
（3） 负序电流的副作用
1. 2.
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 附加表面损耗 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
3.
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，不得超过额定疽的20％，同时任一相的电流不得大 于额定值。
不对称运行
三相负载不对称 分析方法——对称分量法
电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生椭圆形 旋转磁场
不对称三相电流流过对称三相绕 组的基波磁势
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 解为三个分量。 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 当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转 磁势
（4） 各序等效电路
注意： 励磁磁场只在电枢绕组中 感应产生有正序电势
E I Z U A A A 0 I Z U A A 0 I Z U
A0 A0 0
4.3、单相稳定短路
•联立相序方程式 单相同步发电机的负载运行与 边界条件：端点方程式 E I Z U A A A 三相电机的单相短路相似。 (定、 0 UI Z 0 U 转子两边均为不对称的单相系统 ) A AA 0 U I A 0 Z 0 A0 IB 0 jI x x x 0 E •短路电流中的高次谐波：在定 A 0 A I 0 E C 子边有奇次谐波电压和电流，在 A 得到： I A jx x x0 转子边有偶数次谐波电压和电流。 分解为对称分量 （根据反向旋转磁场的电磁感应） 1 1 单相短路电流为： IA0 IA IA IA I k( 1 ) 3 3 3 E A I I A k 1 U U 0 假设：非短路相空载 A 0 U A j A x x x 0