第20章同步发电机的不正常运行

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1、第20章同步发电机的不正常运行第第2020章同步发电机的不正常运行章同步发电机的不正常运行 对称负载对称负载 大容量的单相负载，不对称运行状态。输电线中大容量的单相负载，不对称运行状态。输电线中出现一相断线等不对称故障出现一相断线等不对称故障 稳态对称运行时，电机的输入功率总与输出功率稳态对称运行时，电机的输入功率总与输出功率相平衡，电机端电压相平衡，电机端电压U U和励磁电势和励磁电势E E0 0之间有着固定之间有着固定的相角差的相角差。 从一个稳定运行状态突变至另一稳定运行状态所从一个稳定运行状态突变至另一稳定运行状态所经历的过程成为经历的过程成为瞬变过程瞬变过程。第20章同步发电机的不正

2、常运行20.120.1 不对称运行的分析方法不对称运行的分析方法 负载不对称时，合成电枢磁势不再是一个幅值不负载不对称时，合成电枢磁势不再是一个幅值不变的圆形旋转磁势，其电枢反应情况较对称运行变的圆形旋转磁势，其电枢反应情况较对称运行时复杂得多时复杂得多 对称分量法，即把一组不对称的三相电流对称分量法，即把一组不对称的三相电流( (或电压或电压) )分解成三组对称的电流分解成三组对称的电流( (或电压或电压) )分量：即正序分分量：即正序分量、负序分量和零序分量。用这个方法时假设电量、负序分量和零序分量。用这个方法时假设电路是线性的，忽略了磁路饱和现象。路是线性的，忽略了磁路饱和现象。 励磁电

3、势励磁电势E EA A、E EB B、E EC C只与励磁磁势的转向有关只与励磁磁势的转向有关, , 所所以只有正序分量。以只有正序分量。第20章同步发电机的不正常运行 每相都可以列出三个相序的电势平衡方程及画出每相都可以列出三个相序的电势平衡方程及画出它们的等值电路。励磁电势只在正序的电势平衡它们的等值电路。励磁电势只在正序的电势平衡方程中出现。方程中出现。 各相序电流流过电枢绕组时的电枢反应情况，反各相序电流流过电枢绕组时的电枢反应情况，反映在等值电路和方程式中是各相序电流遇到不同映在等值电路和方程式中是各相序电流遇到不同的阻抗。的阻抗。 以以A A相为例，各相序的电势平衡方程式为：相为例

4、，各相序的电势平衡方程式为： E EA A=U=UA+A+Z+Z+ +I IA+A+ 0=U 0=UA-A-+Z+Z- -I IA-A- 0=U 0=UA0A0+Z+Z0 0I IA0A0 适合于任何不对称负载或短路情况。知道不对称适合于任何不对称负载或短路情况。知道不对称的电流情况就能解出不对称的电压。的电流情况就能解出不对称的电压。第20章同步发电机的不正常运行第20章同步发电机的不正常运行不对称运行不对称运行 三相负载不对称三相负载不对称 分析方法分析方法对称分量法对称分量法cbaacbaacbaaIIIIIIIIIIII310231231第20章同步发电机的不正常运行对称分量法对称分量

5、法 把不对称的三相系统分解为三把不对称的三相系统分解为三个独立的对称系统，个独立的对称系统，即正序系即正序系统、负序系统和零序系统统、负序系统和零序系统对称分量合成第20章同步发电机的不正常运行不对称运行不对称运行 三相负载不对称三相负载不对称 分析方法分析方法对称分量法对称分量法 电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生椭圆形椭圆形旋转磁场旋转磁场第20章同步发电机的不正常运行不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势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。

6、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每相电流分解为三个分量，每相磁势也可分解为三个分量。个分量。 当正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转磁势，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，产生负向旋转磁势当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转磁势第20章同步发电机的不正常运行椭圆形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

7、势仍按正弦分反方向旋转。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，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有不同的振幅，其端点轨迹为一椭圆tFFFFvuF2cos22222第20章同步发电机的不正常运行第20章同步发电机的不正常运行1 1 正序分量正序分量 产生正序旋转磁场产生正序旋转磁场同步转速同步转速 转子同步转速转子同步转速 不在转子绕组中感应电势，即同步电机的对称运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行情况，正序电抗即同步电抗 正序电抗采用不饱和值正序电抗采用不饱和值sxx 第20章同步发电

8、机的不正常运行2 2 负序分量负序分量 产生负序旋转磁场产生负序旋转磁场同步速，反向同步速，反向 转子同步速转子同步速 相对运动速度为相对运动速度为2n2n1 1，在转子绕组中感应，在转子绕组中感应f f2 2=2f=2f1 1的的交变电势，起削弱负序磁场的作用，使气隙中的交变电势，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。情况，等效电抗很小。sxx 第20章同步发电机的不正常运行负序电流的副作用负序电流的副作用1.1. 负序感应电流，产生附加的转子铜损耗负序感应电流，产生附加的转子铜损耗2.2. 负

9、序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附加负序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附加表面损耗表面损耗3.3. 负序磁场与正序磁场相互作用，产生负序磁场与正序磁场相互作用，产生2f2f1 1频率的频率的交变电磁转矩，引起振动交变电磁转矩，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，规定：在额定负载连续运行时，汽轮发电机三相电流之差，不得超过额定值的不得超过额定值的1010：水轮发电机和同步补偿机的三相电：水轮发电机和同步补偿机的三相电流之差，不得超过额定值的流之差，不得超过额定值的2020，同时任一相的电流不得大，同时任一相的电流不得大于额定值。于额定值。 第20章同步发电机的不正常运

10、行零序分量零序分量 三相零序基波磁势合成为零，在气隙中不产生零三相零序基波磁势合成为零，在气隙中不产生零序磁场。序磁场。 各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕组周围各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕组周围产生产生零序零序漏磁通漏磁通 零序电抗为漏电抗零序电抗为漏电抗第20章同步发电机的不正常运行同步电机的各序等效电路同步电机的各序等效电路励磁电势励磁电势由于电机电枢绕组结构的对称性由于电机电枢绕组结构的对称性是是对称正序电势对称正序电势电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不同的电抗表示同的电抗表示 正序阻抗正序阻抗 负序阻抗负序阻抗 零序阻抗零序阻抗第20章

11、同步发电机的不正常运行 正序阻抗正序阻抗 稳态运行时，正序磁场与转子无相对运动，正序稳态运行时，正序磁场与转子无相对运动，正序阻抗即同步电抗阻抗即同步电抗 隐极机隐极机 凸极机凸极机短路时，正序电流为纯感性电流，短路时，正序电流为纯感性电流，90900,qdIIIsajxrjxrZdxx 第20章同步发电机的不正常运行 负序阻抗负序阻抗 当转子正向同步旋转，励磁绕组短路，电枢加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上对称的负序电压时，负序电枢电流所遇到的阻抗阻抗 从电磁关系来看，同步电机如一台转差率从电磁关系来看，同步电机如一台转差率s=2s=2的异步