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Ch6-6 同步发电机的不对称运行 电机学课件

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10.同步电机不对称负载运行

10.同步电机不对称负载运行

由于短路初瞬电流不能跃变， 由于短路初瞬电流不能跃变，故B相电流中必定有一个 非周期的自由分量， 非周期的自由分量，使得
同步发电机的不对称运行
故有 同理可得 综上所述， 综上所述，非周期分量为
同步发电机的不对称运行
图6-70表示突然短路后整个励磁电流的波形 70表示突然短路后整个励磁电流的波形
同步发电机的不对称运行
同步发电机的三相突然短路
短路电流的周期分量
由于定子绕组的电抗远大于电阻， 由于定子绕组的电抗远大于电阻，电枢反应基本为纯 直轴的去磁性电枢反应。 直轴的去磁性电枢反应。 突然短路时，突然出现直轴去磁性电枢反应， 突然短路时，突然出现直轴去磁性电枢反应，将在励 磁绕组内产生感应电流。根据换路定律， 磁绕组内产生感应电流。根据换路定律，在短路的初始 瞬间，励磁绕组的励磁不能跃变。 瞬间，励磁绕组的励磁不能跃变。
无阻尼绕组时突然短路电流的表达式
电枢短路电流中应当有周期分量和非周期分量两个分量， 电枢短路电流中应当有周期分量和非周期分量两个分量，即
A相短路电流也可以写成
将上式中 θ 0 的换成 相和C B相和C相得短路电流
(θ 0 + 120° )
和
(θ 0 − 120° )
，可得
同步发电机的不对称运行
阻尼绕组对三相突然短路过程的影响
图6-69表示 X d 的等效电路 69表示 '
同步发电机的不对称运行
短路电流的周期分量为
同步发电机的不对称运行
短路电流中的非周期分量中,对A相而言，满足短路初始 短路电流中的非周期分量中 相而言， 非周期分量 瞬间电流不能跃变的换路条件，所以A相电流中没有非周 瞬间电流不能跃变的换路条件，所以A 期的自由分量;对B,C两相来说，情况不同，以B相为例有 期的自由分量; B,C两相来说，情况不同， 两相来说

同步发电机的不对称运行

同步发电机的不对称运行

02
CHAPTER
不对称运行对发电机的影响
对发电机效率的影响
总结词
不对称运行会导致同步发电机的 效率降低。
详细描述
在不对称运行状态下，同步发电 机的磁场和电流分布不均匀，导 致转子和定子之间的摩擦增加， 从而降低发电机的效率。
对发电机性能的影响
总结词
不对称运行会影响同步发电机的性能 。
详细描述
预防性维护
实施预防性维护措施，提 前发现并解决潜在问题。
更新配件
及时更新易损件和关键配 件，降低因部件损坏导致 的不对称运行风险。
04
CHAPTER
案例分析
某电厂的发电机不对称运行案例
案例概述
某电厂的发电机在运行过程中出 现了不对称运行的情况，导致了
一系列的问题。
问题分析
该案例中，发电机的不对称运行导 致了转子应力增加、温度升高、振 动加剧等问题，严重影响了发电靠性。
03
解决措施
针对这些问题，核电站采取了一系列措施，包括加强设备监测和维护、
优化发电机的设计和制造工艺等，以提高发电机的可靠性和稳定性。
某风力发电场的发电机不对称运行案例
案例概述
某风力发电场的发电机在运行过程中出现了不对称运行的 情况，影响了风力发电的正常运行。
问题分析
该案例中，发电机的不对称运行导致了转矩波动、振动等 问题，进而影响了发电机的效率和寿命。
解决措施
针对这些问题，风力发电场采取了一系列措施，包括优化 风力发电机组的控制策略、加强设备维护和检修等，以提 高发电机的稳定性和可靠性。
05
CHAPTER
结论
发电机不对称运行的后果和影响
电压波形畸变
不对称运行会导致发电机输出 的电压波形发生畸变，影响电

同步发电机的不对称运行

同步发电机的不对称运行
第三节 同步电机的起动
同步电动机自起动转 距为零。
同步电机定子通入三 相对称电流，在气隙内产 生转速为n1的旋转磁场， 转子通入直流励磁产生N、 S 极，定子前后半周对转 子磁极的作用力相反，产 生的平均转距为零，无法 自起动。
第三节 同步电机的起动
解决方法：
1、异步起动——采用感应电动机工作原理 在转子极靴上加装起动绕组（发电机称为阻尼
一、两种运行方式
1.过励：I f为过励时，I 领先于U ，吸收容性无功功率，即发
出感性无功功率。
2.欠励：I 落后于U ，吸收感性无功功率。
按照发电机惯例画出空载、过励、欠励时-空矢量图如下：
二、用途 1．受控补偿
（1）当负荷较大时，为了改善功率因素，同步 补偿机应过励运行，
（2）当电网负荷很轻时，高压长输电线路将呈 现较大的电容作用，使受端电网电压升高，此 时，同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网 中多余的无功功率。
2、中间补偿
（1）P E0U sin
X
( P, u)
（2）当 X
时对稳定有利，因为
E0U X
， 角减小，稳定
提高
（3）当保持原过载能力时，输送的功率将增大。
（4）中间加补偿机相当于线路的 X 减小，提高了稳定 性或增加输出。
三、特点 1、因不带机械负载，补偿机转轴可以比较
细，PM 0 ，T 0
绕组），起动时，励磁绕组不能开路（以免产生过
大的感应电势，击穿绝缘），亦不能直接短路（对
起动不利），需串入阻值约为10倍 rf 的电阻。
当异步起动使转子转速上升，转速 n 接近同步
速，加入直流励磁，进入同步电机运行状态。
2．变频起动：n1
60 f p

同步电机原理及应用技术第5章 同步发电机的不对称运行

同步电机原理及应用技术第5章 同步发电机的不对称运行

5.3.3 串联法或并联法测零序阻抗
试验线路如图5.9所示。当定子绕组有六个出线 端时，用串联法测定，接线如图5.9(a)所示。先 将励磁绕组短路，将定子绕组首尾串接成开口三 角形，再将被试电机拖动到同步速，并在定子端 加额定频率的单相电压，幅值以电枢电流在 0.05IN~0.25IN左右为限，测定电压 U、电流 I和 功率 P。
5.4 同步发电机不对称运行的影响
同步发电机的不对称运行会对电机带来一 系列不良影响，主要表现在两个方面。
5.4.1 转子的附加损耗和发热
由于不对称运行时出现的负序电流产生的反转 磁场会以转速 2n1切割转子，在转子铁心和励磁 绕组、阻尼绕组中感应电流，引起附加铁耗和附 加铜耗，结果就有可能使转子过热。汽轮发电机 转子本体的散热条件本来就比较差，负序磁场在 整块转子本体表面的感应电流经两端护环形成回 路，而护环与本体的接触电阻又比较大，因而发 热就更严重，由此亦可能引起转子绕组接地事故， 或危及护环与转子本体联接及配合的机械可靠性。
5.1.3 零序阻抗
零序阻抗是转子正向同步旋转、励磁 绕组短路时，电枢绕组中通入零序电流所 遇到的阻抗。由于三相零序电流同大小、 同相位，所以它们所建立的合成磁动势基 波和 次谐波的幅值均为零，只可能存在 次 脉振谐波磁动势，所产生的只是谐波磁场， 归属于谐波漏磁通。
5.2 同步发电机不对称稳态短路
5.5 同步电机的突然短路
以电机出线端突然短路为例，实际短 路电流的峰值就可能达到额定电流的近 20倍，所产生的巨大电磁力和电磁转矩 也就可能损坏定子绕组的端部绝缘，并 使转轴和机座发生有害变形。试想，如 果在电机设计和制造中没有考虑到这些 问题，所产生的后果将是不堪设想的。
5.4.2 附加转矩和振动

同步发电机不对称运行.ppt

同步发电机不对称运行.ppt

最热处
3.不对称运行现象及处理
• 现象：三相定子电流表指示各不相等,负序信号装置可能动 作报警。
• 监控：稳态负序电流的最大允许值（I2/IN）为10%， 暂 态负序电流的最大允许值（I2/IN）2t为10s。机械振动不 超过允许值。
• 处理：(1) 继电保护动作跳闸；(2)负序信号报警时，立即 减负荷；(3)并列操作后定子电流不平衡时，若一相断路器 未合上，重新发一次合闸信号；若两相断路器未合上，立 即将合上的断路器拉开。
10.4 同步发电机不对称运行
一、引起不对称运行的主要原因
• 电力系统发生不对称短路故障。 • 输电线路或其他电气设备一次回路断线。 • 并、解列操作后，断路器个别相未拉开或
未合上。
二、各相序等效电路Leabharlann 三、不对称运行对发电机的影响
1.负序磁场引起转子表面涡流，使转子局部高温。
2.负序磁场引起振动增大 。

第606_同步发电机的不对称运行

第606_同步发电机的不对称运行

ɺ ɺ ɺ ɺ − U ) = (α 2 − α )( E0 − 1 I k1Z + + 1 I k 1Z − ) =(α − α )(U + ɺ − 3 3 1ɺ 2 ɺ 2Z − + Z 0 = (α − α ) I k 1 (2 Z − + Z 0 ) = − jI k 1 3 3
2
2.短路电流的谐波 2.短路电流的谐波
ɺ ɺ ɺ ɺ I A0 = I B 0 = I C 0 = I 0
a=e
2 j π 3
1 3 =− + j 2 2
a 是一个算子, a = e 是一个算子,
相量乘以
2 j π 3
1 3 =− + j 2 2
a
，将使此相量逆时针旋转 1200
α 3 = 1 1+ α + α 2 = 0
不对称分量的分解：
ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ I A = I A+ + I A− + I A 0 = I + + I − + I 0 ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ I B = I B + + I B − + I B 0 = a 2 I + + aI − + I 0 ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ I C = I C + + I C − + I C 0 = aI + + a 2 I − + I 0
′ R2
Ra
Zq−
Xσ
RDd 2 X Ddσ
q轴负序阻抗 的等效电路
X aq
q轴没有 轴没有 励磁绕组
交轴的负序电抗： 交轴的负序电抗：

《电机学》第6章 同步电机的不对称运行


3．有功功率表指示减小并摆动
电机失磁后,转速升高，自动调速系统将汽门自动关小， 即来自原动机的输入功率减小。有功功率表摆动原因同2。 4．发电机母线电压下降并摆动
由于定子电流增大，线路压降随之增大，所以母线电 压随定子电流的摆动而摆动。
5．无功功率表指示负值，功率因数表指示进相 电机失磁后，由向系统输送感性无功变为吸取感性无功， 故无功功率表反指(指示负值)，功率因数表由迟相变为进相
Zt
I A
U A
0 U A0 I A0 Z t 0
U A
如果发电机中点不接地，则 I 0
A0
Zt0
U A0 0
I A0
各序等效电路为
U A0
1．正序阻抗 正序电流流过定子绕组时所对应的阻抗就是正序阻抗。 由于正序电流通过三相绕组后，产生了和转子同方向旋转的 磁场，在空间和转子相对静止，不会在转子绕组中感应电动势， 因此正序电流所对应的阻抗，就是三相同步发电机在对称稳态运 行时的同步阻抗，对隐极同步发电机
0 x0 xσ
r0 ra
零序电流只产生漏磁通，不与转子交链，所以零序电阻
三、不对称运行对电机的影响
1．引起转子表面发热
由于负序电流所产生的反向旋转磁场以二倍同步速截切转子， 在励磁绕组、阻尼绕组、转子铁心表面及转子的其他金属结构部 件中均会感应倍频电流，在励磁绕组、阻尼绕组中产生额外铜损， 在转子铁心中感应涡流，引起附加损耗。 更为严重的是，汽轮发电机的励磁绕组嵌放在整块锻钢的转 子槽中，倍频电流只能在转子表面流通，使转子表面温度过高， 影响励磁绕组散热。环流大部分通过转子本体，在端部短套箍和 中心环形成回路，槽楔端头和套箍可能被产生的高温烧毁。

同步发电机的异常运行

前言：属于异常运行状态，即介于正常 和具有破坏性的事故运行之间。 不对称发生情况: 不对称的危害: 不对称的分析方法:
2
第一节 同步发电机的不对称运行
不对称的分析方法:
同步发电机不对称运行时，电机中包括正序分 量、负序和零序分量。 不计饱和，三相不对称运行时可采用对称分量 法将不对称电压和不对称电流分解为分解成正 序、负序和零序三个对称系统，在不同相序中 取其中一相的等效电路分析。
4
2.负序阻抗
负序电流经定子绕组，产生 一负序圆形旋转磁场，速度
为n1，方向与转子转向相反， 以2n1切割转子，
在转子中产生感应电势及电
流i2，且频率 ：
f2P 60n2f1

i-
F-
n1
n1
2f
1
2n1
相
对
于
转
子
5
将转子励磁绕组，阻尼绕组及 转子本身成一对称的多相短路 绕组，多相电流流入多相绕组
量已折到定子边，则交轴负序电抗为：
xqx
1
1
1
xq
xaq xD
若交轴无阻尼：
x xD
xq-
xaq
xqx xaq xq
11
可见，由于存在励磁绕组或阻尼绕组的作用，负序 电抗总是小于同步电抗。 从物理意义来说，负序磁场以两倍同步速相对转子 旋转，转子上的励磁绕组和阻尼绕组都会感应两倍 频率的电势和电流，按楞次定律，这些感应电流都 产生削弱定子负序磁场的作用，使气隙中的负序磁 场减小很多。 由此可见，负序电抗标么值小于正序电抗标么值， 但比定子漏抗标么值大。
18
稳定短路时电枢磁链的路径
稳定短路时
端电压等于零，电枢反 应为纯去磁作用。

同步电机不对称运行PPT


六、单相稳定短路时的电枢反应
定子三次 谐波电流
脉
动 磁 场
反向旋转磁场 3n1 正向旋转磁场 3n1
四倍频率 感应电流
定子绕组 单相电流
脉动 电枢 正向旋转磁场 n1 反应 反向旋转磁场 n1
磁场
脉 两倍频率 动 正向旋转磁场 3n1 感应电流 磁 反向旋转磁场 n1
场
定子电流中包含有基波分量和所有的奇次谐波分量， 转子电流中包含有直流部分和所有的偶次谐波分量
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
x0 x
短路情况比较
[例]汽轮发电机各序阻抗为x+=1.62，x-=0.155， x0=0.056；
计算出 Ik1 : Ik2 : Ik3=2.64 : 1.58 : 1
在同一励磁电势E0下，单相稳定短路电流最大，两相次 之，三相最小。
实际上，由于运行方面的需要，大型同步发电机中点往 往是通过接地电阻或电抗线圈接地，因此，实际上单 相稳定短路电流并不总是最大。
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
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

第606_同步发电机的不对称运行


U0 A 0
U 0C
U 0B W I
U U
U0 0
E0 I (Z Z ) 0
U
I Z U
E0 I Z Z
3E0 3I Ik 2 j 2 aa Z Z Ik 2 3E0 X X
I0
Z0
IC
UA 0
I A I k1 I B 0 IC 0
.
U 0C
U 0B
IB
将短路电流分解为对称分量
I 1 a 1 I 1 a 2 3 I0 1 1 a2 I A a IB 1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ IC
I I 1I I 0 k1 3
电压的关系：
U A U U U0
I
Z
E0
I
Z
U
U A U U U0
E0 I Z U
I I 1I I 0 k1 3
1I Z U k1 3
1I Z U0 k1 0 3
1 I (Z Z Z ) E0 k1 0 3 U U ( 2U U U ) (U 2U U ) UBC B C 0 0 U ) ( 2 )( E0 1 I k1Z 1 I k1Z ) =( )(U 3 3 1 2 2Z Z 0 ( ) I k1 (2 Z Z 0 ) jI k1 3 3
即将一组不对称的三相相量分解成三组（正序、负序和零 序）对称分量，分别研究各个对称分量，然后将其各对称分量的 结果迭加起来而得到最后结果。
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6.6 同步发电机的不对称运行
➢ 各相序阻抗和等效电路 ➢ 不对称稳定短路 ➢ 负序和零序参数的测量方法
一、相序阻抗和等效电路
不对称运行：同步发电机相负荷不平衡(如单相负载)或发生不对
称故障(如单相或两相短路)时的状态。不对称运行时，电机中包
括正序分量、负序和零序分量。
不计饱和，三相不对称运行时可采用对称分量法将不对称电
短路电流电流大小：
Ik2
3E0 X X
由于X+ >> X-, X0, 故 Ik1:Ik2:Ik33: 3:1
➢ 对于同样的E0，单相稳定电流最大，两相次之，单相最小。 当实际上，大型同步发电机中性点一般通过接地电阻接地， 因此其实际短路电流可能不是最大的。
三、负序和零序参数测定
1. 两相稳定短路法测负序阻抗
Dq
等效负序阻抗：X－=(Xd－+Xq－)／2
2. 两相稳态短路
端口约束条件
IA 0 IB IC U B UC
I 0 0 I I _
U U _
短路电流电流大小：
Ik2
3E0 X X
3. 三相稳态短路
短路电流电流大小： 对比： 短路电流电流大小：
Ik3
E0 X
Ik1
X
3E0 X X0
先将电枢绕组两相短路，被试电机 拖动到额定转速，调节励磁电流使电 枢电流值为0.15IN左右，测量短路两相 短路电流Ik2、短路相与开路相之间电 压U和相应的功率。
Z
U AB
90o
j 3 I k2
＝ 9 0 o co s1 P U I A B k 2
X Z cos
R
Z
2
X
2
2. 逆同步旋转法测负序阻抗
压和不对称电流分解为分解成正序、负序和零序三个对成系统，
在不同相序中取其中一相的等效电路分析。以电流为例：
I A I AI AI A0 III0
设旋转算子 a ej120o
IB IBIBIB0 a2 IaII0
IC ICICI A0 aIa2 II0
1) 正序阻抗：转子通入励磁电流正向同步旋转时，电枢绕组
Z0
U 3I
P R0 3I2
X 0 Z 0 2 R 02
将同步电机的励磁绕组短路，转子 拖动到同步转速，定子绕组施加额定 频率的三相对成负序电压，量取相电 压U、线电流I和功率P。
U Z 3I
R零序阻抗
将同步电机的励磁绕组短路，定子 绕组首尾串接成开口三角形，将被试 电机拖到同步转速，并在定子端施加 额定频率的单相电压，量取电压U、 线电流I和功率P。
中所产生的正序三相对称电流所遇到的阻抗。 例如隐极电机：Z+=R++jX+=Ra+jXt
2) 负序阻抗：转子正向同步旋转，励磁绕组短路时，电枢绕
组流过的负序三相对称电流遇到的阻抗。 对于凸极同步电机，对应的等效电路为：
1
Xd X 1 1 1
Xad
Xf
X Df
1 Xq X 1 1
X X aq