同步发电机讲义的不对称运行

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

发 电机在对称运行 时的电磁现象完全相同。 所以稳态运行时正序 电流 ２１ 单相短路 单相短路是指单线对 中点短路 ，这种情况 只有在发 ． 所 遇 到 的 阻抗 就 是 同步 电抗 ， ｚ ＋ ＋其 中 ｒ 定 子 绕 组 电 阻 ， 电机 的 中 点 接 地 时 才 有 可 能 发 生 ， 电路 如 图 ２ 图 中 假 定 Ａ相 发 生 即 ｒ ， ＋ ＋ 为 ＋ 其 ， 为定 子 绕 组 的 同 步 电抗 。 短 路 而 Ｂ Ｃ两相 空 载 。 、
１ ． 负 序 阻 抗 Ｚ ： 谓 负 序 阻 抗是 指 负序 电流 流 过 定 子 三 相 绕 组 时 ．２ ２ ＿所
电势 ， 即
图 １ 同步 发 电机 不 对 称 运 行 时各 相 序 的 等 效 电 路 （ 相 Ｊ Ａ
Ｆｇ １ Ａ ｙ ｉ． ｓ ｍｍｅ ｒ ｎ ｉ ｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｈ ｓ ｔｉ ｒ ｎｎ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｅ ｅ ａｏ ａ ｅ ｃｕ ｇｈ ｐ
（ ） 得 １
Ｅ ： Ｕ Ｉ ｏ ：ＵＡ Ｉ ２ — Ａ
苞 Ｕ ｌ ｑ ｚ ＋
式中磊 为发 电机的励磁电势， Ｚ为同步 电抗 。
当发 电 机不 对 称 运 行 时 ， 电枢 电 流 、 其 电枢 电 压 、 电枢 磁 通 都 将 出 现 不 对 称 现 象 。按 照对 称 分 量 法 的 原 理 ， 以 将 不 对 称 的 三 相 系 统 分 可 解 为 正 序 、 序 、 序 三 个 对 称 的 分 量 。 就 每一 相 序 的对 称分 量 而 言 ， 负 零 可 认 为 各 自构成 一 个 独 立 的 对 称 系 统 ． 因此 公 式 １ 写 为 可
昂＾ ０
Ｅ￣ ＝０ ｏ
（） ３

短路是同步电机不对称运行的极限工况，而 所有短路故障中，又以单相对中点短路和两相短 路较常见。下面就讨论这两种短路情况。 短路全过程的分析一般需要求解由微分方程 构成的状态方程组，比较复杂，类似问题将在后 面专门讨论。本节为使问题简化，突出基本概念 ，也为了能够比较不同短路情况下短路电流的数 量关系，只讨论稳态短路过程，即认为短路已进 入稳定状态，并且假设短路发生在电机出线端， 而非短路相均为空载。
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
不对称运行时，负序磁场与励磁磁场相对 运动的转速为2n1不对称运行时，负序磁场 与励磁磁场相对运动的转速为 ，其相互作 用的结果是产生二倍额定频率（简称倍频） 的交变电磁转矩，同时作用于转轴并反作 用于定子，引起倍频机械振动，严重时甚 至损坏电机。 ，其相互作用的结果是产生 二倍额定频率（简称倍频）的交变电磁转 矩，同时作用于转轴并反作用于定子，引 正序阻抗，也就是转子通入励磁 电流正向同步旋转时，电枢绕组中所产生 的正序三相对称电流所遇到的阻抗。显然， 此时所对应的运行状况也就是电机的正常 运行工况，只是附加了磁路不饱和的约束 条件而已。因此，正序阻抗也就是电机同 步电抗的不饱和值，
5.1.2 负序阻抗
负序阻抗是转子正向同步旋转，但励磁绕组短路（因 不存在负序励磁电动势）时，电枢绕组中流过的负序三相 对称电流所遇到的阻抗。这里，负序电流可设想为是由外 施负序电压产生的。
第5章 同步发电机的不对称运行

(正向：转子旋转方向)
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。
正序分量的电抗
• 产生正序旋转磁场——同步速 • 转子同步速
• 每相绕组周围产生漏磁通。 • 故零序阻抗为漏抗性质。
14
零序阻抗的测量方法
(1) 如图接线； (2)外接一适当电压的 单相交流电，使流入的 电流数值等于额定值；
(3)电机转速为同步速； (4)激磁绕组短接。
A
W
A V
X
G
Y Z
C
B
根据读数，可计算出X0
一般情况，X+>X->X0
15
四、各序等效电路
13
三、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。
f 0 1 x ,t F 0 1 s in t c o s x c o s x 2 3 c o s x 4 3 0
由于x-、x0远小于x+，故单相短路电流接近三相短流的3倍19。
B、C相的电压为：
U B2U A U A U A 0xE xA x0x(2)x0(21) U CU A 2U A U A 0xE xA x0x(2)x0(1)
20
14-3 同步发电机的两相稳定短路
端点方程式：
I
A
• 假设负序磁场比转子漏磁通大得多，则 xm x2'
x x1 x2' 体现负序磁场的作用