同步发电机的不对称运行详解

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
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
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
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
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。
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）
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
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
UUAA UUAA U A0 E A IUAC UIAB U0B U B0
2x xΒιβλιοθήκη Baidu 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
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
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
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。
（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
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
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、。)