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1、同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_231.1 不对称运行不对称运行31.2 各序阻抗与等效电路各序阻抗与等效电路31.3 几种短路情况的分析与比较几种短路情况的分析与比较31.4 短路时的电枢反应简单分析短路时的电枢反应简单分析同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 同步发电机的不对称运行同步发
2、电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_9不对称中的负序分量不对称中的负序分量l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l转子同步速转子同步速l相对运动速度为相对运动速度为2n2n1 1，在转子绕组中，在转子绕组中感应感应f f2 2=2f=2f1 1的的交变电势交变电势，产生交变电流，起削弱负序磁场的作，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，用，使气隙中的合成负序磁场减弱，相当于异步相当于异步电机的转子短路情况电机的转子短路情况，等效电抗很小。，等效电抗很小。sxx 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机
3、学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_10负序电流的副作用负序电流的副作用负序感应电流，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负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：水轮发电机和同步补偿机的三相电流之差，不
4、得超过额定疽的相电流之差，不得超过额定疽的2020，同时，同时任一相的电流任一相的电流不得大于额定值不得大于额定值。 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_11不对称中的零序分量不对称中的零序分量l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。l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l零序电抗为漏电抗零序电抗为漏电抗同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，w
5、asxty_12同步电机的各序等效电路同步电机的各序等效电路l励磁电势励磁电势由于电机电枢绕组结构的对称性是由于电机电枢绕组结构的对称性是对对称正序电势称正序电势l电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不同的电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不同的电抗表示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同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_13正序阻抗正序阻抗l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l隐极机隐极机l凸极机凸极机短路时，正序电流为纯感性电流
6、短路时，正序电流为纯感性电流，90900,qdIIIsajxrjxrZdxx 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_14负序阻抗负序阻抗l当转子正向同步旋转，励磁绕组短路，电枢加上对称的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负序电压时，负序电枢电流所遇到的阻抗（用作测量原（用作测量原理）理）l负序电流产生的反向旋转磁场对正向旋转的转子的相对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，同步电机如一转速为两倍同步转速，从电磁关系来看，同步电机如一台转
7、差率台转差率s=2s=2的异步电动机的异步电动机 jxrZ同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_15负序阻抗的简单分析负序阻抗的简单分析l假设负序磁场比转子漏磁通大得多，则假设负序磁场比转子漏磁通大得多，则l假设电机阻尼作用强（如整块实心转子汽轮发电机），则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转子感应电流大，其去磁作用使负序磁场大大削弱2xxm21xxx反应负序磁场的作用反应负序磁场的作用1xx 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化
8、系温志明，wasxty_16凸极电机负序阻抗简单分析凸极电机负序阻抗简单分析Dqxxaradx2frfx2DdrDdxdZxaraqx2DqrqZ励磁励磁 阻尼阻尼负序磁场轴线与负序磁场轴线与直轴重合直轴重合负序磁场轴线与负序磁场轴线与交轴重合交轴重合同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_17零序阻抗零序阻抗l当转子正向同步旋转，励磁绕组短接，电枢通过零序电流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时所遇到的阻抗l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三相绕组中零序电流产生的三个脉动磁场基波分量
9、合成为零，即不产生基波旋转磁场。零，即不产生基波旋转磁场。l三及其倍数次空间谐波合成谐波脉动磁势，对零序阻抗产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，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）性质为漏抗性质（谐波漏抗）l每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。034cos32coscossin01,01xxxtFftx同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_18各序等效电路各序等效电路00000ZIU
10、ZIUZIEUAAAAAAA注意注意：励磁磁场只在电枢绕组中励磁磁场只在电枢绕组中感应产生有正序电势感应产生有正序电势同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_19单相稳定短路单相稳定短路假设：非短路相空载假设：非短路相空载边界条件：端点方程式边界条件：端点方程式分解为对称分量分解为对称分量000CBAIIU031310)1(0AAAkAAAAUUUIIIII同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_20单相稳定短路单相稳定短路假设：非短路相空载假设：非短路相空载联立相序方程
11、式联立相序方程式得到：得到：00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA000 xxxjEIxxxI jEAAAA单相短路电流为：单相短路电流为： 013xxxjEIIAkA同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_21单相稳定短路单相稳定短路假设：非短路相空载假设：非短路相空载单相同步发电机的负载运行单相同步发电机的负载运行与三相电机的单相短路相似。与三相电机的单相短路相似。( (定、转子两边均为不对称的定、转子两边均为不对称的单相系统单相系统) )短路电流中的高次谐波：在短路电流中的高次谐波：在定子边有奇次谐波电压和电定子边有奇次
12、谐波电压和电流，在转子边有偶数次谐波流，在转子边有偶数次谐波电压和电流。（根据反向旋电压和电流。（根据反向旋转磁场的电磁感应）转磁场的电磁感应）同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_22两相稳定短路两相稳定短路假设：正常相假设：正常相A A开路开路1. 1. 端点方程式（边界条件）端点方程式（边界条件） 20kcBcBAIIIUUI分解为对称分量分解为对称分量00000AAAAAAUIIIUU同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_23两相稳定短路两相稳定短路3. 3.
13、 联立相序方程式联立相序方程式00000ZIUZIUZIEUAAAAAAA 得到各序电流得到各序电流4. 4. 两相短路电流：两相短路电流：00AAAAIxxjEII xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_24两相稳定短路两相稳定短路根据相序方程式，得到各相序电根据相序方程式，得到各相序电压：压：00AAAAAUxxxEUxxxEUAAAAABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU2120200各相电压各相电压同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案
14、， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_25根据短路实验求负序电抗根据短路实验求负序电抗l两相短路电流两相短路电流 xxEIIIIIIIIAAAABBBBk30202 AAAAABBBCBAAAAAUUUUUUUUUUxxxEUUUU2120200 )2()2(323kBkAIUIUx xIUUUUkAABBA2323同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_26两相对中点稳定短路两相对中点稳定短路000cBAUUIAAAAAAAAUUUUIIII31000 xxxxxxxxEUUUxxxxxxxEjIxxxxxxxEjIxxx
15、xxxxxEjxxxxxjEIAAAAAAAAAAA000000000000000000000033IUxxIxI jUUAAAA同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_27短路情况比较短路情况比较l 例例 汽轮发电机各序阻抗为汽轮发电机各序阻抗为x x+ +=1.62=1.62，x x- -=0.155=0.155，x x0 0=0.056=0.056； 计算出计算出 I Ik1 k1 : I: Ik2 k2 : I: Ik3k3=2.64 : 1.58 : 1=2.64 : 1.58 : 1在同一励磁电势在同一励磁电势E0E0下
16、，单相稳定短路电流最大，两相次之，下，单相稳定短路电流最大，两相次之，三相最小。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。路电流并不总是最大。同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_28单相稳定短路时的电枢反应单相稳定短路时的电枢反应单相电流单相电流定子绕组定子绕组磁磁场场反反应应电电枢枢脉脉动动11nn反向旋转磁场反向旋转磁场正向旋转磁场正向
17、旋转磁场感应电流感应电流两倍频率两倍频率场场磁磁动动脉脉113nn反向旋转磁场反向旋转磁场正向旋转磁场正向旋转磁场谐波电流谐波电流定子三次定子三次场场磁磁动动脉脉1133nn正向旋转磁场正向旋转磁场反向旋转磁场反向旋转磁场 感应电流感应电流四倍频率四倍频率定子电流中包含有基波分量和所有的奇次谐波分量，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转子电流中包含有直流部分和所有的偶次谐波分量 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_29l在隐极式电机中，整块转子的阻尼作用强，负序旋转在隐极式
18、电机中，整块转子的阻尼作用强，负序旋转磁场被削弱得较多，谐波电流的振幅较小，相应不对磁场被削弱得较多，谐波电流的振幅较小，相应不对称运行带来的不良影响有所改善。负序电抗显著减小，称运行带来的不良影响有所改善。负序电抗显著减小，不对称负载引起的端电压不对称将降低。不对称负载引起的端电压不对称将降低。l在没有阻尼绕组的凸极式电机中，由于极面和极芯常在没有阻尼绕组的凸极式电机中，由于极面和极芯常用钢片叠成，故负序旋转磁场的削弱程度不大，谐波用钢片叠成，故负序旋转磁场的削弱程度不大，谐波电流就有较大的振幅。电流就有较大的振幅。l定子电流中的主要谐波为三次谐波，转于电流中的主定子电流中的主要谐波为三次谐
19、波，转于电流中的主要谐波为二次谐波，次数较高的谐波则因振幅小，作要谐波为二次谐波，次数较高的谐波则因振幅小，作用不大用不大 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_30思考题思考题l同步电机中，转子绕组对正序旋转磁场起什么作同步电机中，转子绕组对正序旋转磁场起什么作用用? ?对负序旋转磁场起什么作用对负序旋转磁场起什么作用? ?如何理解正序电如何理解正序电抗即系同步电抗抗即系同步电抗? ?为什么负序电抗要比正序电抗小为什么负序电抗要比正序电抗小得多，而零序电抗较负序电抗更小得多，而零序电抗较负序电抗更小? ?当三相绕组中当三相绕组中流过零序电流时，合成磁势为零，为什么零序电流过零序电流时，合成磁势为零，为什么零序电抗不等于零抗不等于零? ? l如果同步电机的电枢三相绕组只引出三相端点及如果同步电机的电枢三相绕组只引出三相端点及中点，应如何测定零序电抗中点，应如何测定零序电抗 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_31