同步发电机的不对称运行详解

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
1.4 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
二、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
1. 正序阻抗 2. 负序阻抗 3. 零序阻抗
同步发电机的不对称运行
不对称运行 各序阻抗与等效电路 几种短路情况的分析与比较 短路时的电枢反应简单分析
一、不对称运行
三相负载不对称
分析方法——对称分量法
Ia
1 3
Ia Ib 2Ic
Ia
1 3
Ia 2Ib Ic
Ia0
1 3
Ia Ib Ic
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
E A x
x
IA0 0
假4.I设k两2：相 I正短B 常路IB相电 A流I开B：路IB0
2 IA
IA
IA0
3E A x x
1.根电端据压点相：方UII序BA程B方式程0U（UUI式cc边AA，界得I条xxkEE到2件AA 各xxxx） 相：序
2各. 分相电解压为对称U分 A0量 0
U A U B
2.1 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 凸极机
Z r jx ra jx s
短路时，正序电流为纯感性电流，ψ≈90°
I Id , Iq 0
x xd
2.2 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）
（分根解据为反对称向分旋量转磁场的电磁感应）
假设：非短路相空载
单相UIIA短A0A0路电IIUkA1流A为IjU：AxA313Ex0AIA
x0
1 3
Ik
(1)
四、两相稳定短路
3. 联立相序方程式
U A E A IA Z U A 0 IA Z U A0 0 IA0 Z 0
得到各序电流 IA IA j
x x1
凸极电机 负序阻抗简单分析
ra ra
x
励磁 阻尼
负序磁场轴线与
Zd
rf
rDd
直轴重合
2
2
xad
x f xDd
x
Zq
xaq
rDq
x2Dq
负序磁场轴线与 交轴重合
பைடு நூலகம்
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 不产生基波旋转磁场。
x xs
1.3 负序电流的副作用
1. 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，产生附
加表面损耗 3. 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
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。
x
3U A 2Ik (2)
3U B Ik (2)
U短 A路相U电A压 U A
U A0
E A
2x x x
U B U C U B U B U B0
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
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
xm
x
' 2
x x1 x2' 反应负序磁场的作用
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
UUAA UUAA U A0 E A IUAC UIAB U0B U B0
2x x x
IA0 2U 0A U A U A0 U A
U A012U A0
4.1 根据短路实验求负序电抗
两相短路电流
Ik2 IB IB IB IB0
2 IA IA
开路相电压
IA0
3E A x x
1.1 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
1.2 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。
U A E A IA Z U A 0 IA Z U A0 0 IA0 Z 0
三、单相稳定短路
•三转•子转联得单短边相子边子立到界相路相：电两有边条同电UUU序机边奇有件AAA步流0IE方：A次的均偶A发中程00E端谐单为数jA电的I式jU点IIAIIx波相不次CBAA机高IA方0xZAZE电短对谐x0程的 次AZ00x压路 称波0式负 谐x0和相 的电x载 波0 电似 单压运 ：0流。 相和行 在，系电(与 定定在统流、。)
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
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 u2 v2 F2 F2 2FF cos2t
f01x,t
F01
sin
t
c
os
x
cos
x
2
3
cos
x
4
3
0
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。
2.4 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