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1、 东北电力大学东北电力大学20-1 相序阻抗和相序等效电路相序阻抗和相序等效电路20-2 不对称稳态短路不对称稳态短路20-3 负序和零序参数的实验测定负序和零序参数的实验测定20-4 不对称运行对电机的影响不对称运行对电机的影响第第20章章 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 东北电力大学东北电力大学20-1 相序阻抗和等效电路相序阻抗和等效电路 不不对对称称运运行行的的原原因因：系系统统内内接接有有较较大大的的单单相相负负载载；雷雷击；不对称短路。击；不对称短路。不对称运行的分析方法：不对称运行的分析方法：对称分量法对称分量法二、同步发电机的相序阻抗和等效电路二、同步发电机的相序
2、阻抗和等效电路 同步发电机不对称运行时电压和电流的对称分量分别为同步发电机不对称运行时电压和电流的对称分量分别为 ，由于转子对各相序电流所产生磁，由于转子对各相序电流所产生磁场的反应不同，使各相序阻抗互不相同。考虑到对称绕场的反应不同，使各相序阻抗互不相同。考虑到对称绕组中感应的励磁电动势只有正序分量，可画出各相序的组中感应的励磁电动势只有正序分量，可画出各相序的等效电路。等效电路。，一、不对称概述一、不对称概述 东北电力大学东北电力大学对应的电压方程为对应的电压方程为图20-1 相序等效电路 东北电力大学东北电力大学 1.1.正序阻抗和正序等效电路正序阻抗和正序等效电路 在在转转子子正正向向
3、同同步步旋旋转转、励励磁磁绕绕组组接接通通，电电枢枢三三相相绕绕组组流流过过对对称称的的正正序序电电流流时时，同同步步电电机机所所表表现现的的阻阻抗抗称称为为正正序序阻抗阻抗，用，用Z Z+表示。表示。上述情况实质上就是前面所研究的对称运行情况，所上述情况实质上就是前面所研究的对称运行情况，所以稳态情况下同步电机的正序阻抗。以稳态情况下同步电机的正序阻抗。Z+rjXZ Z+就是隐极电机的同步阻抗就是隐极电机的同步阻抗正序电阻正序电阻r r就是电枢电阻就是电枢电阻r ra a，即即r rr ra a正序电抗正序电抗X X就是同步电抗就是同步电抗X Xs s ，即，即X XX Xs s对于隐极电机
4、对于隐极电机 东北电力大学东北电力大学对于凸极电机对于凸极电机当电枢磁动势与直轴重合时，当电枢磁动势与直轴重合时，X XX Xd d当电枢磁动势与交轴重合时，当电枢磁动势与交轴重合时，X XX Xq q在其他位置时，在其他位置时，X X的值将在的值将在X Xd d和和X Xq q之间之间2.负序阻抗和负序等效电路负序阻抗和负序等效电路 在转子正向同步旋转、励磁绕组在转子正向同步旋转、励磁绕组短接短接，电枢三相绕组，电枢三相绕组流过一组对称的负序电流时，同步电机所表现的阻抗成为流过一组对称的负序电流时，同步电机所表现的阻抗成为负序阻抗，用负序阻抗，用Z-表示。表示。此时该同步电机相当于此时该同步
5、电机相当于s=2的感应电动机运行状态。的感应电动机运行状态。故把故把 s=2 带入感应电动机的等效电路，并考虑到交轴带入感应电动机的等效电路，并考虑到交轴及直轴的差别，就可得到同步电机的负序阻抗，分别讨论及直轴的差别，就可得到同步电机的负序阻抗，分别讨论转子上有、无阻尼绕组转子上有、无阻尼绕组 两种情况。两种情况。东北电力大学东北电力大学（1）转子无阻尼绕组）转子无阻尼绕组Z-q=ra+jXq图20-2 无阻尼绕组的负序等效电路 东北电力大学东北电力大学Z-d将近似地等于将近似地等于负序电抗负序电抗X-为 东北电力大学东北电力大学（2）转子有阻尼绕组）转子有阻尼绕组直轴和交轴的负序电抗将近似等
6、于直轴和交轴的负序电抗将近似等于称为交轴超瞬态电抗称为交轴超瞬态电抗称为直轴超瞬态电抗称为直轴超瞬态电抗图20-3 有阻尼绕组的负序等效电路 东北电力大学东北电力大学如果转子的阻尼作用极强，则负序电抗将接近于电枢绕组如果转子的阻尼作用极强，则负序电抗将接近于电枢绕组的漏抗。的漏抗。而负序电抗而负序电抗X-则近似等于则近似等于 阻尼回路的参数对负序电抗的影响较大。阻尼回路的参数对负序电抗的影响较大。结论：结论：转子的阻尼作用越强（转子的阻尼作用越强（即阻尼绕组的漏阻抗越小即阻尼绕组的漏阻抗越小），），X-越小。越小。电枢电流产生的负序气隙磁场被转子阻尼绕组中感应电流电枢电流产生的负序气隙磁场被转
7、子阻尼绕组中感应电流所产生的去磁磁场抵消得就越多，合成负序磁场就越弱。所产生的去磁磁场抵消得就越多，合成负序磁场就越弱。东北电力大学东北电力大学3.3.零序阻抗和零序等效电路零序阻抗和零序等效电路 在转子正向同步旋转、励磁绕组在转子正向同步旋转、励磁绕组短接短接，电枢三相绕组，电枢三相绕组流过一组零序电流时，同步电机所表现的阻抗称为流过一组零序电流时，同步电机所表现的阻抗称为零序阻零序阻抗抗，用，用Z0表示。表示。当电枢三相对称绕组通入零序电流时，由于各相的零当电枢三相对称绕组通入零序电流时，由于各相的零序电流为同幅值、同相位，故气隙基波合成磁动势和磁场序电流为同幅值、同相位，故气隙基波合成磁
8、动势和磁场将等于零，零序电抗将等于零，零序电抗X0属于漏电抗性质。属于漏电抗性质。分析表明分析表明若绕组为整距，则若绕组为整距，则X0与定子漏抗与定子漏抗X基本相等基本相等若绕组为短距，则若绕组为短距，则X0X零序电阻零序电阻r0就是电枢电阻就是电枢电阻ra零序阻抗零序阻抗Z0等于等于Z0r0jX0 东北电力大学东北电力大学1、同步发电机的单相对中性点短路、同步发电机的单相对中性点短路设同步发电机的设同步发电机的A相对中点短路，相对中点短路，B、C相为空载。相为空载。20-2 同步发电机的不对称短路分析同步发电机的不对称短路分析图20-4 同步发电机的单相对中性点短路同步发电机的单相对中性点短
9、路 东北电力大学东北电力大学发电机端点的约束条件为：发电机端点的约束条件为：图20-5 同步发电机单相短路的复合序网同步发电机单相短路的复合序网 东北电力大学东北电力大学单相稳态短路电流比三相稳态短路电流大。单相稳态短路电流比三相稳态短路电流大。东北电力大学东北电力大学B相和相和C相的开路电压为相的开路电压为:东北电力大学东北电力大学 单相短路时，定子短路电流中除基波分量外，还有单相短路时，定子短路电流中除基波分量外，还有3次，次，5次次等奇次谐波；转子电流中除直流励磁分量外，还将含等奇次谐波；转子电流中除直流励磁分量外，还将含有一系列偶次谐波。有一系列偶次谐波。定子绕组的脉振磁场定子绕组的脉
10、振磁场分解为两个大小相等转向相反的旋转磁场分解为两个大小相等转向相反的旋转磁场反向的负序磁场将以反向的负序磁场将以2ns的相对转速的相对转速“切割切割”转子转子在励磁绕组内产生一个频率为在励磁绕组内产生一个频率为2f1的感应电流的感应电流产生一个频率为产生一个频率为2f1的脉振磁场的脉振磁场 东北电力大学东北电力大学分解为两个大小相等转向相反的旋转磁场，分解为两个大小相等转向相反的旋转磁场，在空间的旋转速度分别为在空间的旋转速度分别为-n1和和3n13n1的这个旋转磁场将在定子绕组内感生的这个旋转磁场将在定子绕组内感生3f1（150Hz）的电动势和短路电流）的电动势和短路电流定子中有一系列奇次
11、谐波，转子中有一系列偶次谐波定子中有一系列奇次谐波，转子中有一系列偶次谐波 东北电力大学东北电力大学2、同步发电机的线间短路、同步发电机的线间短路 设设B、C两相发生线间短路，两相发生线间短路，A相为空载。相为空载。现分析其短路电流和现分析其短路电流和A相开路电压相开路电压图20-6 同步发电机的两相短路同步发电机的两相短路 东北电力大学东北电力大学 B、C相线间短路、相线间短路、A相空载时，发电机端点的约束条件为相空载时，发电机端点的约束条件为由于由于İ00，所以零序系统可以不予考虑。，所以零序系统可以不予考虑。图20-7 同步发电机两相短路的复合序网同步发电机两相短路的复合序网 东北电力大
12、学东北电力大学正序和负序电流为：正序和负序电流为：短路电流则为：短路电流则为：正、负序电压为：正、负序电压为：开路相电压为：开路相电压为：三相稳态短路电流三相稳态短路电流两相稳态短路电流两相稳态短路电流单相稳态短路电流单相稳态短路电流 东北电力大学东北电力大学20-3 负序和零序参数的实验测定负序和零序参数的实验测定 试验线路如图所示。先将电枢绕组两相短路，将被试电机拖动到额定转速，调节励磁电流使电枢电流值为 左右，量取两相短路电流 短路相与开路相之间的电压U和相应的功率P、为避免转子过热，上述试验过程应尽可能迅速，并注意观察电机的振动情况。一、两相稳态短路法测负序阻抗一、两相稳态短路法测负序
13、阻抗图20-8 同步发电机两相稳态短路法测负序阻抗同步发电机两相稳态短路法测负序阻抗 东北电力大学东北电力大学 试验线路如图所示。将同步电机的励磁绕组短路，将被试电机转子拖动到同步转速，定子外加额定频率的三相对称负序电压，使电枢电流值为 左右，量取电流 I ,电压U和相应的功率P二、二、逆同步旋转法测负序阻抗逆同步旋转法测负序阻抗 图20-9 同步发电机逆同步旋转法测负序阻抗同步发电机逆同步旋转法测负序阻抗 东北电力大学东北电力大学20-4 不对称运行对电机的影响不对称运行对电机的影响 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。一、转子的附加损耗和发热一、转子的附加损耗和发热二、附加转矩和振动二、附加转矩和振动 综上，要减少不对称运行的诸多不良影响，限制负序电流所产生的负序磁场是至关重要的。为此，中型以上的同步电机都装有阻尼绕组，其位置是在励磁绕组外侧的极靴面上(漏阻抗又很小)，因而可有效地削弱负序磁场的危害作用，并降低因负载不对称而引起的端电压的不对称度。