第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行對(duì)稱負(fù)載大容量的單相負(fù)載，不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)。輸電線中出現(xiàn)一相斷線等不對(duì)稱故障穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸入功率總與輸出功率相平衡，電機(jī)端電壓U和勵(lì)磁電勢(shì)E0之間有著固定的相角差δ。從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)突變至另一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)所經(jīng)歷的過程成為瞬變過程。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行對(duì)稱負(fù)載20.1

不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，合成電樞磁勢(shì)不再是一個(gè)幅值不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，其電樞反應(yīng)情況較對(duì)稱運(yùn)行時(shí)復(fù)雜得多對(duì)稱分量法，即把一組不對(duì)稱的三相電流(或電壓)分解成三組對(duì)稱的電流(或電壓)分量：即正序分量、負(fù)序分量和零序分量。用這個(gè)方法時(shí)假設(shè)電路是線性的，忽略了磁路飽和現(xiàn)象。勵(lì)磁電勢(shì)EA、EB、EC只與勵(lì)磁磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向有關(guān),所以只有正序分量。20.1

不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，合成電樞磁勢(shì)不每相都可以列出三個(gè)相序的電勢(shì)平衡方程及畫出它們的等值電路。勵(lì)磁電勢(shì)只在正序的電勢(shì)平衡方程中出現(xiàn)。各相序電流流過電樞繞組時(shí)的電樞反應(yīng)情況，反映在等值電路和方程式中是各相序電流遇到不同的阻抗。以A相為例，各相序的電勢(shì)平衡方程式為：EA=UA++Z+IA+

0=UA-+Z-IA-

0=UA0+Z0IA0

適合于任何不對(duì)稱負(fù)載或短路情況。知道不對(duì)稱的電流情況就能解出不對(duì)稱的電壓。每相都可以列出三個(gè)相序的電勢(shì)平衡方程及畫出它們的等值電路。勵(lì)第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行課件不對(duì)稱運(yùn)行三相負(fù)載不對(duì)稱分析方法——對(duì)稱分量法不對(duì)稱運(yùn)行三相負(fù)載不對(duì)稱對(duì)稱分量法把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)對(duì)稱分量合成對(duì)稱分量法把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，即正序不對(duì)稱運(yùn)行三相負(fù)載不對(duì)稱分析方法——對(duì)稱分量法電樞反應(yīng)磁勢(shì)為橢圓形磁勢(shì)，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不對(duì)稱運(yùn)行三相負(fù)載不對(duì)稱不對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)將不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)對(duì)稱的系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。每相電流分解為三個(gè)分量，每相磁勢(shì)也可分解為三個(gè)分量。當(dāng)正序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，亦稱正序旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)不對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)將不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)當(dāng)電流為一不對(duì)稱的三相電流，合成磁勢(shì)將有兩個(gè)分量，正序分量和負(fù)序分量，各以同步速向相反方向旋轉(zhuǎn)。在任一瞬間的合成磁勢(shì)仍按正弦分布，用旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間矢量和，不同時(shí)刻，有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)當(dāng)電流為一不對(duì)稱的三相電流，合成磁勢(shì)將有兩個(gè)分第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行課件1正序分量產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，即同步電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行情況，正序電抗即同步電抗正序電抗采用不飽和值1正序分量產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步轉(zhuǎn)速2負(fù)序分量產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步速，反向轉(zhuǎn)子同步速相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為2n1，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)f2=2f1的交變電勢(shì)，起削弱負(fù)序磁場(chǎng)的作用，使氣隙中的合成負(fù)序磁場(chǎng)減弱，相當(dāng)于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子短路情況，等效電抗很小。2負(fù)序分量產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步速，反向負(fù)序電流的副作用負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗負(fù)序磁場(chǎng)引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附加表面損耗負(fù)序磁場(chǎng)與正序磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生2f1頻率的交變電磁轉(zhuǎn)矩，引起振動(dòng)規(guī)定：在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)三相電流之差，不得超過額定值的10％：水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相電流之差，不得超過額定值的20％，同時(shí)任一相的電流不得大于額定值。

負(fù)序電流的副作用負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗規(guī)定：在額零序分量三相零序基波磁勢(shì)合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場(chǎng)。各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周圍產(chǎn)生零序漏磁通零序電抗為漏電抗零序分量三相零序基波磁勢(shì)合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場(chǎng)。同步電機(jī)的各序等效電路勵(lì)磁電勢(shì)由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是對(duì)稱正序電勢(shì)電樞反應(yīng)電勢(shì)與電樞電流性質(zhì)有關(guān)，用不同的電抗表示正序阻抗負(fù)序阻抗零序阻抗同步電機(jī)的各序等效電路勵(lì)磁電勢(shì)由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是

正序阻抗穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，正序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正序阻抗即同步電抗隱極機(jī)凸極機(jī)短路時(shí)，正序電流為純感性電流，ψ≈90°正序阻抗穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，正序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正序阻

負(fù)序阻抗當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁繞組短路，電樞加上對(duì)稱的負(fù)序電壓時(shí)，負(fù)序電樞電流所遇到的阻抗從電磁關(guān)系來看，同步電機(jī)如一臺(tái)轉(zhuǎn)差率s=2的異步電動(dòng)機(jī)負(fù)序阻抗當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁繞組短路，電樞加上對(duì)稱的不計(jì)定、轉(zhuǎn)子電阻。X1σ為定子漏抗,XFσ為勵(lì)磁繞組漏抗,XZσ為阻尼繞組漏抗。勵(lì)磁繞組放置在直軸磁路上,所以交軸電抗中不出現(xiàn)勵(lì)磁漏抗。Xd-為直軸等效電抗,Xq-為交軸等效電抗不計(jì)定、轉(zhuǎn)子電阻。X1σ為定子漏抗,XFσ為勵(lì)磁繞組漏抗,X凸極直軸磁路與交軸磁路的磁阻是不同的,負(fù)序電抗的數(shù)值將介于Xd-和Xq-之間作連續(xù)周期性變化,利用對(duì)稱分量法無法計(jì)及負(fù)序電抗的變化,計(jì)算時(shí)取兩個(gè)軸上電抗的平均值來作為負(fù)序電抗的近似值:X-=(Xd-+Xq-)/2凸極直軸磁路與交軸磁路的磁阻是不同的,負(fù)序電抗的數(shù)值將介于零序電抗

X0

零序電流流過定子繞組時(shí)所對(duì)應(yīng)的電抗就是零序電抗。氣隙中的三相合成磁勢(shì)為零。忽略電樞電阻X0=U0/(3I0)零序電抗

X0零序電流流過定子繞組時(shí)所對(duì)應(yīng)的電抗就是零序電零序阻抗合成諧波脈動(dòng)磁勢(shì)，對(duì)零序阻抗產(chǎn)生影響，且隨轉(zhuǎn)子位置（直軸、交軸）的變化而產(chǎn)生脈動(dòng)，性質(zhì)為漏抗性質(zhì)（諧波漏抗）每相繞組周圍產(chǎn)生漏磁通，影響零序阻抗。零序阻抗20.2穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路分析1.單相穩(wěn)定短路短路電流中的高次諧波：在定子邊有奇次諧波電壓和電流，在轉(zhuǎn)子邊有偶數(shù)次諧波電壓和電流。（根據(jù)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)）假設(shè)：非短路相空載20.2穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路分析1.單相穩(wěn)定短路假設(shè)：非短路相空載單相對(duì)中點(diǎn)短路單相對(duì)中點(diǎn)短路根據(jù)各相的電流,求出各相序的電壓為負(fù)序電抗和零序電抗比正序電抗小得多,故單相短路電流比三相穩(wěn)態(tài)短路電流大,其比值接近3。根據(jù)各相的電流,求出各相序的電壓為負(fù)序電抗和零序電抗比正序2.兩相線對(duì)線短路

兩相線對(duì)線短路2.兩相線對(duì)線短路兩相線對(duì)線短路由于UA+=UA-兩相線對(duì)線短路電流大約為三相短路電流的1.732倍。由于UA+=UA-兩相線對(duì)線短路電流大約為三相短路電流的1.短路情況比較[例]汽輪發(fā)電機(jī)各序阻抗為x+=1.62，x-=0.155，x0=0.056；計(jì)算出Ik1:Ik2:Ik3=2.64:1.58:1在同一勵(lì)磁電勢(shì)E0下，單相穩(wěn)定短路電流最大，兩相次之，三相最小。大型同步發(fā)電機(jī)中點(diǎn)往往是通過接地電阻或電抗線圈接地，因此，實(shí)際上單相穩(wěn)定短路電流并不總是最大。短路情況比較[例]汽輪發(fā)電機(jī)各序阻抗為x+=1.62，x-=在隱極式電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強(qiáng)，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)被削弱得較多，諧波電流的振幅較小，相應(yīng)不對(duì)稱運(yùn)行帶來的不良影響有所改善。負(fù)序電抗顯著減小，不對(duì)稱負(fù)載引起的端電壓不對(duì)稱將降低。在沒有阻尼繞組的凸極式電機(jī)中，由于極面和極芯常用鋼片疊成，故負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的削弱程度不大，諧波電流就有較大的振幅。定子電流中的主要諧波為三次諧波，轉(zhuǎn)于電流中的主要諧波為二次諧波，次數(shù)較高的諧波則因振幅小，作用不大在隱極式電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強(qiáng)，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)被削弱得較寫出不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的邊界條件根據(jù)邊界條件利用對(duì)稱分量法求電壓電流的各相序分量合成各序電壓和電流求出各相（線）實(shí)際電壓和電流分析同步發(fā)電機(jī)負(fù)載不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)基本思路：利用各序電流和電壓的關(guān)系作出統(tǒng)一等效電路利用等效電路求解各序電壓和電流寫出不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的邊界條件根據(jù)邊界條件利用對(duì)稱分量法求電壓電不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響1、對(duì)同步發(fā)電機(jī)本身的影響引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過熱；產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)；2、對(duì)電力系統(tǒng)的影響3、阻尼繞組在發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的作用對(duì)用戶的損害，特別是異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載；對(duì)與輸電線路平行的通訊線路的干擾；可以有效削弱負(fù)序磁場(chǎng)；負(fù)序電抗的變小，使得不對(duì)稱運(yùn)行引起的電網(wǎng)端電壓不對(duì)稱程度也減小。不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響1、對(duì)同步發(fā)電機(jī)本身的影響引起發(fā)20.3

三相突然短路的分析從突然短路到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路的過程所持續(xù)的時(shí)間很短,沖擊電流可高達(dá)額定電流的10～20倍,在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生極大的電磁力，這種電磁力可能會(huì)扯斷電機(jī)繞組的端部或?qū)⑥D(zhuǎn)軸扭彎。20.3

三相突然短路的分析從突然短路到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路的過程突然短路的物理概念條件：同步速，有勵(lì)磁電流，定子繞組有感應(yīng)電勢(shì)類別:空載三相、單相、兩相突然短路定子繞組內(nèi)部短路（相間、匝間短路）空載三相突然短路與穩(wěn)態(tài)短路的主要區(qū)別突然短路電流十倍以上，具有極大破壞性穩(wěn)態(tài)短路電流1倍左右，屬于正常試驗(yàn)項(xiàng)目突然短路的物理概念1.超導(dǎo)體閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t

合上開關(guān)，使定子繞組1短路，有 不計(jì)電阻r1，則 即ψ=const 設(shè)t=0時(shí)磁鏈為ψt=0，則 ψ=ψt=0

在沒有電阻的閉合回路中，磁鏈將保持不變磁鏈不能突變，在突然短路瞬間，認(rèn)為磁鏈保持不變（類似超導(dǎo)體情況）。1.超導(dǎo)體閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t合上開關(guān)，使定子繞組1短路，Ψ為閉合線圈的磁鏈,包括自鏈和互鏈。如果外界磁通進(jìn)入線圈,則線圈中必然立即產(chǎn)生一個(gè)電流,這一電流產(chǎn)生的磁通與外加磁通的大小相同,方向相反,以此保持線圈匝鏈的總磁通仍然不變。這就是超導(dǎo)閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t。Ψ為閉合線圈的磁鏈,包括自鏈和互鏈。如果外界磁通進(jìn)入線圈,則2.三相突然短路的物理過程

突然短路之前,電機(jī)處于空載狀態(tài)設(shè)a=a0的瞬間定子繞組突然短路,A相繞組的磁鏈為：ΨA0=Ψmcosa0

Ψm為Ff與A相軸線重合時(shí)A相繞組磁鏈轉(zhuǎn)子磁通與A相繞組匝鏈,其磁鏈值為：ΨA=Ψmcos(a0+ωt)2.三相突然短路的物理過程突然短路之前,電機(jī)處于空載狀態(tài)突然短路后：

①電樞繞組各相都產(chǎn)生一個(gè)非周期性的直流電流,共同產(chǎn)生不轉(zhuǎn)的穩(wěn)定磁勢(shì),使各相繞組分別產(chǎn)生一不變的磁鏈以維持其在短路瞬間的磁鏈(包括漏磁鏈)。

②電樞繞組產(chǎn)生一組對(duì)稱三相周期性交變電流,并在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)Fa～,它始終和Ff大小相等，方向相反(作用在直軸上),以抵消Ff對(duì)電樞繞組各相的磁鏈。突然短路后：

①電樞繞組各相都產(chǎn)生一個(gè)非周期性的直流電流,轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組F和阻尼繞組Z也是閉合繞組

①對(duì)Fa～的反應(yīng)：Fa～產(chǎn)生的Φa作用在直軸上,Φa要通過轉(zhuǎn)子磁路,去匝鏈F和Z,F和Z的反應(yīng)是：分別產(chǎn)生非周期性直流電流IF=和IZ=,產(chǎn)生恒定磁通以抵消Φa，Φa只能繞道而行。磁阻很大,要產(chǎn)生一定Φa,就需要很大的電樞電流,突然短路電流要比穩(wěn)態(tài)短路電流大得多。

②對(duì)Fa=的反應(yīng)：Fa=在空間靜止,與轉(zhuǎn)子繞組之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它將在勵(lì)磁繞組F和阻尼繞組Z中感應(yīng)出交變電流IF～和IZ～以抵消Fa=在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的磁鏈。

轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組F和阻尼繞組Z也是閉合繞組

①對(duì)Fa～的反電阻存在,短路電流會(huì)逐漸衰減。阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)比勵(lì)磁繞組小得多短路以后,IZ=首先衰減完畢,IF=還未來得及衰減，把短路瞬間到IZ=衰減完畢這一階段稱為超瞬變過程;IF=開始衰減,并逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài),這一過程稱為瞬變過程。電阻存在,短路電流會(huì)逐漸衰減。3.瞬態(tài)短路時(shí)的電抗

感性回路:X=ωL=ωN2/R=ωN2ΛN為繞組串聯(lián)匝數(shù),R為磁路的磁阻,Λ為磁路的磁導(dǎo)。穩(wěn)態(tài)情況下,電樞電流產(chǎn)生Φa和Φas,略去鐵心部分的磁阻,Φa對(duì)應(yīng)的就是氣隙磁導(dǎo)Λad,Φas對(duì)應(yīng)的是漏磁導(dǎo)Λs,總磁通對(duì)應(yīng)的總磁導(dǎo)為：Λd=Λad+Λs對(duì)應(yīng)的電抗為：Xd=Xad+Xs直軸同步電抗超瞬變瞬間,Φa遇到了氣隙磁阻、阻尼繞組漏磁阻和勵(lì)磁繞組漏磁阻,再考慮到電樞繞組的Φas后,電樞磁通的總磁導(dǎo)為3.瞬態(tài)短路時(shí)的電抗感性回路:X=ωL=ωN2/R=ωN對(duì)應(yīng)的電抗為

瞬變過程時(shí),阻尼繞組中的電流已衰減完畢,此時(shí)Φa它遇到了氣隙磁阻和勵(lì)磁繞組漏磁阻,再考慮到電樞繞組的漏磁通后,電樞磁通的總磁導(dǎo)為

直軸瞬態(tài)電抗

直軸超瞬態(tài)電抗對(duì)應(yīng)的電抗為瞬變過程時(shí),阻尼繞組中的電流已衰減完畢,此時(shí)Φ20.4突然短路電流

A相為例，電樞電流的交變分量iA～為其中,I"=E0/Xd",E0為短路前勵(lì)磁電勢(shì)有效值I“稱為電樞繞組的超瞬態(tài)電流。若無阻尼繞組,則I'=E0/Xd',I'稱瞬態(tài)電流。20.4突然短路電流A相為例，電樞電流的交變分量iA～為電樞電流非周期性分量為電樞電流周期性分量的衰減分為兩個(gè)階段：

①?gòu)腎“衰減到I‘,這一階段的衰減量(I”-I’)由阻尼繞組中對(duì)應(yīng)電流的衰減而引起,Td“=LZ”/RZ。

②從I‘到I,這一階段的衰減量(I’-I)由勵(lì)磁繞組中對(duì)應(yīng)電流的衰減而引起,Td‘=LF’/RF

IA=的衰減由定子繞組本身的電阻引起,Ta“=La”/Ra。發(fā)電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路,I=E0/Xd

電樞電流非周期性分量為電樞電流周期性分量的衰減分為兩個(gè)階段當(dāng)a0=0電樞短路電流的情況。經(jīng)過半個(gè)周期電流達(dá)到最大值,它是超瞬態(tài)電流幅值的1.8倍左右。當(dāng)a0=0電樞短路電流的情況。經(jīng)過半個(gè)周期電流達(dá)到最大值20.5同步電機(jī)的振蕩多種原因可能導(dǎo)致振蕩。嚴(yán)重時(shí)可能造成電機(jī)與電力系統(tǒng)失去同步、中斷供電或使與電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的電器設(shè)備受到損壞。在振蕩過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再是恒速,同步電機(jī)的方程式呈非線性。小值振蕩是指同步電機(jī)的功角圍繞一個(gè)恒定值δb作小幅度周期性變化(變化幅度一般為10度以下),電機(jī)轉(zhuǎn)速也圍繞著同步速作周期性變化。20.5同步電機(jī)的振蕩多種原因可能導(dǎo)致振蕩。在振蕩過程中,阻尼繞組中將出現(xiàn)感應(yīng)電勢(shì)和電流,并形成感應(yīng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步速時(shí),感應(yīng)轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用;而當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí),感應(yīng)轉(zhuǎn)矩又具有驅(qū)動(dòng)作用。在振蕩過程中,阻尼繞組中將出現(xiàn)感應(yīng)電勢(shì)和電流,并形成感應(yīng)轉(zhuǎn)矩如振幅過大，則位移角變化角大，超過彈性極限，將與電網(wǎng)失步。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)由不均勻的原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)，將發(fā)生強(qiáng)制振蕩。相近容量的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行，一臺(tái)發(fā)電機(jī)的振蕩將引起另一臺(tái)發(fā)電機(jī)的振蕩，即電網(wǎng)電壓的振蕩。如振幅過大，則位移角變化角大，超過彈性極限，將與電網(wǎng)失步。20.6不對(duì)稱運(yùn)行和突然短路的影響

1.不對(duì)稱運(yùn)行影響負(fù)序電流產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出兩倍頻率的電流以及在轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)出渦流負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間有兩倍速的相對(duì)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生以兩倍頻率(100Hz)脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩.對(duì)于同步發(fā)電機(jī),常從轉(zhuǎn)子發(fā)熱的角度出發(fā)限制負(fù)序電流與額定電流之比。對(duì)電網(wǎng)其他設(shè)備及附近的通訊設(shè)施也產(chǎn)生不良影響。20.6不對(duì)稱運(yùn)行和突然短路的影響1.不對(duì)稱運(yùn)行影響2.突然短路的影響

破壞了電機(jī)電磁方面的平衡,而且破壞了電機(jī)機(jī)械方面和熱方面的平衡。突然短路后,由于電壓的降低引起發(fā)電機(jī)輸出功率的突然下降,轉(zhuǎn)矩平衡被破壞,失步。不對(duì)稱短路時(shí)還會(huì)在沒有短路的繞組內(nèi)產(chǎn)生過電壓,以致造成電力系統(tǒng)過電壓。2.突然短路的影響阻尼繞組作用：提高電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，削弱不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的不良影響x”d<x’d，突然短路時(shí)定子電流的周期性分量幅值將比無阻尼時(shí)更大。在隱極發(fā)電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子鐵心起阻尼作用，不需另外的阻尼繞組阻尼繞組作用：提高電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，削弱不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)反向旋轉(zhuǎn)第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行對(duì)稱負(fù)載大容量的單相負(fù)載，不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)。輸電線中出現(xiàn)一相斷線等不對(duì)稱故障穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸入功率總與輸出功率相平衡，電機(jī)端電壓U和勵(lì)磁電勢(shì)E0之間有著固定的相角差δ。從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)突變至另一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)所經(jīng)歷的過程成為瞬變過程。第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行對(duì)稱負(fù)載20.1

不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，合成電樞磁勢(shì)不再是一個(gè)幅值不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，其電樞反應(yīng)情況較對(duì)稱運(yùn)行時(shí)復(fù)雜得多對(duì)稱分量法，即把一組不對(duì)稱的三相電流(或電壓)分解成三組對(duì)稱的電流(或電壓)分量：即正序分量、負(fù)序分量和零序分量。用這個(gè)方法時(shí)假設(shè)電路是線性的，忽略了磁路飽和現(xiàn)象。勵(lì)磁電勢(shì)EA、EB、EC只與勵(lì)磁磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向有關(guān),所以只有正序分量。20.1

不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，合成電樞磁勢(shì)不每相都可以列出三個(gè)相序的電勢(shì)平衡方程及畫出它們的等值電路。勵(lì)磁電勢(shì)只在正序的電勢(shì)平衡方程中出現(xiàn)。各相序電流流過電樞繞組時(shí)的電樞反應(yīng)情況，反映在等值電路和方程式中是各相序電流遇到不同的阻抗。以A相為例，各相序的電勢(shì)平衡方程式為：EA=UA++Z+IA+

0=UA-+Z-IA-

0=UA0+Z0IA0

適合于任何不對(duì)稱負(fù)載或短路情況。知道不對(duì)稱的電流情況就能解出不對(duì)稱的電壓。每相都可以列出三個(gè)相序的電勢(shì)平衡方程及畫出它們的等值電路。勵(lì)第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行課件不對(duì)稱運(yùn)行三相負(fù)載不對(duì)稱分析方法——對(duì)稱分量法不對(duì)稱運(yùn)行三相負(fù)載不對(duì)稱對(duì)稱分量法把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)對(duì)稱分量合成對(duì)稱分量法把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，即正序不對(duì)稱運(yùn)行三相負(fù)載不對(duì)稱分析方法——對(duì)稱分量法電樞反應(yīng)磁勢(shì)為橢圓形磁勢(shì)，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不對(duì)稱運(yùn)行三相負(fù)載不對(duì)稱不對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)將不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)對(duì)稱的系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。每相電流分解為三個(gè)分量，每相磁勢(shì)也可分解為三個(gè)分量。當(dāng)正序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，亦稱正序旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)不對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)將不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)當(dāng)電流為一不對(duì)稱的三相電流，合成磁勢(shì)將有兩個(gè)分量，正序分量和負(fù)序分量，各以同步速向相反方向旋轉(zhuǎn)。在任一瞬間的合成磁勢(shì)仍按正弦分布，用旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間矢量和，不同時(shí)刻，有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)當(dāng)電流為一不對(duì)稱的三相電流，合成磁勢(shì)將有兩個(gè)分第20章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行課件1正序分量產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，即同步電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行情況，正序電抗即同步電抗正序電抗采用不飽和值1正序分量產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步轉(zhuǎn)速2負(fù)序分量產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步速，反向轉(zhuǎn)子同步速相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為2n1，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)f2=2f1的交變電勢(shì)，起削弱負(fù)序磁場(chǎng)的作用，使氣隙中的合成負(fù)序磁場(chǎng)減弱，相當(dāng)于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子短路情況，等效電抗很小。2負(fù)序分量產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步速，反向負(fù)序電流的副作用負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗負(fù)序磁場(chǎng)引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附加表面損耗負(fù)序磁場(chǎng)與正序磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生2f1頻率的交變電磁轉(zhuǎn)矩，引起振動(dòng)規(guī)定：在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)三相電流之差，不得超過額定值的10％：水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相電流之差，不得超過額定值的20％，同時(shí)任一相的電流不得大于額定值。

負(fù)序電流的副作用負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗規(guī)定：在額零序分量三相零序基波磁勢(shì)合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場(chǎng)。各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周圍產(chǎn)生零序漏磁通零序電抗為漏電抗零序分量三相零序基波磁勢(shì)合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場(chǎng)。同步電機(jī)的各序等效電路勵(lì)磁電勢(shì)由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是對(duì)稱正序電勢(shì)電樞反應(yīng)電勢(shì)與電樞電流性質(zhì)有關(guān)，用不同的電抗表示正序阻抗負(fù)序阻抗零序阻抗同步電機(jī)的各序等效電路勵(lì)磁電勢(shì)由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是

正序阻抗穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，正序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正序阻抗即同步電抗隱極機(jī)凸極機(jī)短路時(shí)，正序電流為純感性電流，ψ≈90°正序阻抗穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，正序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正序阻

負(fù)序阻抗當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁繞組短路，電樞加上對(duì)稱的負(fù)序電壓時(shí)，負(fù)序電樞電流所遇到的阻抗從電磁關(guān)系來看，同步電機(jī)如一臺(tái)轉(zhuǎn)差率s=2的異步電動(dòng)機(jī)負(fù)序阻抗當(dāng)轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁繞組短路，電樞加上對(duì)稱的不計(jì)定、轉(zhuǎn)子電阻。X1σ為定子漏抗,XFσ為勵(lì)磁繞組漏抗,XZσ為阻尼繞組漏抗。勵(lì)磁繞組放置在直軸磁路上,所以交軸電抗中不出現(xiàn)勵(lì)磁漏抗。Xd-為直軸等效電抗,Xq-為交軸等效電抗不計(jì)定、轉(zhuǎn)子電阻。X1σ為定子漏抗,XFσ為勵(lì)磁繞組漏抗,X凸極直軸磁路與交軸磁路的磁阻是不同的,負(fù)序電抗的數(shù)值將介于Xd-和Xq-之間作連續(xù)周期性變化,利用對(duì)稱分量法無法計(jì)及負(fù)序電抗的變化,計(jì)算時(shí)取兩個(gè)軸上電抗的平均值來作為負(fù)序電抗的近似值:X-=(Xd-+Xq-)/2凸極直軸磁路與交軸磁路的磁阻是不同的,負(fù)序電抗的數(shù)值將介于零序電抗

X0

零序電流流過定子繞組時(shí)所對(duì)應(yīng)的電抗就是零序電抗。氣隙中的三相合成磁勢(shì)為零。忽略電樞電阻X0=U0/(3I0)零序電抗

X0零序電流流過定子繞組時(shí)所對(duì)應(yīng)的電抗就是零序電零序阻抗合成諧波脈動(dòng)磁勢(shì)，對(duì)零序阻抗產(chǎn)生影響，且隨轉(zhuǎn)子位置（直軸、交軸）的變化而產(chǎn)生脈動(dòng)，性質(zhì)為漏抗性質(zhì)（諧波漏抗）每相繞組周圍產(chǎn)生漏磁通，影響零序阻抗。零序阻抗20.2穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路分析1.單相穩(wěn)定短路短路電流中的高次諧波：在定子邊有奇次諧波電壓和電流，在轉(zhuǎn)子邊有偶數(shù)次諧波電壓和電流。（根據(jù)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)）假設(shè)：非短路相空載20.2穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱短路分析1.單相穩(wěn)定短路假設(shè)：非短路相空載單相對(duì)中點(diǎn)短路單相對(duì)中點(diǎn)短路根據(jù)各相的電流,求出各相序的電壓為負(fù)序電抗和零序電抗比正序電抗小得多,故單相短路電流比三相穩(wěn)態(tài)短路電流大,其比值接近3。根據(jù)各相的電流,求出各相序的電壓為負(fù)序電抗和零序電抗比正序2.兩相線對(duì)線短路

兩相線對(duì)線短路2.兩相線對(duì)線短路兩相線對(duì)線短路由于UA+=UA-兩相線對(duì)線短路電流大約為三相短路電流的1.732倍。由于UA+=UA-兩相線對(duì)線短路電流大約為三相短路電流的1.短路情況比較[例]汽輪發(fā)電機(jī)各序阻抗為x+=1.62，x-=0.155，x0=0.056；計(jì)算出Ik1:Ik2:Ik3=2.64:1.58:1在同一勵(lì)磁電勢(shì)E0下，單相穩(wěn)定短路電流最大，兩相次之，三相最小。大型同步發(fā)電機(jī)中點(diǎn)往往是通過接地電阻或電抗線圈接地，因此，實(shí)際上單相穩(wěn)定短路電流并不總是最大。短路情況比較[例]汽輪發(fā)電機(jī)各序阻抗為x+=1.62，x-=在隱極式電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強(qiáng)，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)被削弱得較多，諧波電流的振幅較小，相應(yīng)不對(duì)稱運(yùn)行帶來的不良影響有所改善。負(fù)序電抗顯著減小，不對(duì)稱負(fù)載引起的端電壓不對(duì)稱將降低。在沒有阻尼繞組的凸極式電機(jī)中，由于極面和極芯常用鋼片疊成，故負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的削弱程度不大，諧波電流就有較大的振幅。定子電流中的主要諧波為三次諧波，轉(zhuǎn)于電流中的主要諧波為二次諧波，次數(shù)較高的諧波則因振幅小，作用不大在隱極式電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子的阻尼作用強(qiáng)，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)被削弱得較寫出不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的邊界條件根據(jù)邊界條件利用對(duì)稱分量法求電壓電流的各相序分量合成各序電壓和電流求出各相（線）實(shí)際電壓和電流分析同步發(fā)電機(jī)負(fù)載不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)基本思路：利用各序電流和電壓的關(guān)系作出統(tǒng)一等效電路利用等效電路求解各序電壓和電流寫出不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的邊界條件根據(jù)邊界條件利用對(duì)稱分量法求電壓電不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響1、對(duì)同步發(fā)電機(jī)本身的影響引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過熱；產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)；2、對(duì)電力系統(tǒng)的影響3、阻尼繞組在發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的作用對(duì)用戶的損害，特別是異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載；對(duì)與輸電線路平行的通訊線路的干擾；可以有效削弱負(fù)序磁場(chǎng)；負(fù)序電抗的變小，使得不對(duì)稱運(yùn)行引起的電網(wǎng)端電壓不對(duì)稱程度也減小。不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響1、對(duì)同步發(fā)電機(jī)本身的影響引起發(fā)20.3

三相突然短路的分析從突然短路到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路的過程所持續(xù)的時(shí)間很短,沖擊電流可高達(dá)額定電流的10～20倍,在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生極大的電磁力，這種電磁力可能會(huì)扯斷電機(jī)繞組的端部或?qū)⑥D(zhuǎn)軸扭彎。20.3

三相突然短路的分析從突然短路到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路的過程突然短路的物理概念條件：同步速，有勵(lì)磁電流，定子繞組有感應(yīng)電勢(shì)類別:空載三相、單相、兩相突然短路定子繞組內(nèi)部短路（相間、匝間短路）空載三相突然短路與穩(wěn)態(tài)短路的主要區(qū)別突然短路電流十倍以上，具有極大破壞性穩(wěn)態(tài)短路電流1倍左右，屬于正常試驗(yàn)項(xiàng)目突然短路的物理概念1.超導(dǎo)體閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t

合上開關(guān)，使定子繞組1短路，有 不計(jì)電阻r1，則 即ψ=const 設(shè)t=0時(shí)磁鏈為ψt=0，則 ψ=ψt=0

在沒有電阻的閉合回路中，磁鏈將保持不變磁鏈不能突變，在突然短路瞬間，認(rèn)為磁鏈保持不變（類似超導(dǎo)體情況）。1.超導(dǎo)體閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t合上開關(guān)，使定子繞組1短路，Ψ為閉合線圈的磁鏈,包括自鏈和互鏈。如果外界磁通進(jìn)入線圈,則線圈中必然立即產(chǎn)生一個(gè)電流,這一電流產(chǎn)生的磁通與外加磁通的大小相同,方向相反,以此保持線圈匝鏈的總磁通仍然不變。這就是超導(dǎo)閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t。Ψ為閉合線圈的磁鏈,包括自鏈和互鏈。如果外界磁通進(jìn)入線圈,則2.三相突然短路的物理過程

突然短路之前,電機(jī)處于空載狀態(tài)設(shè)a=a0的瞬間定子繞組突然短路,A相繞組的磁鏈為：ΨA0=Ψmcosa0

Ψm為Ff與A相軸線重合時(shí)A相繞組磁鏈轉(zhuǎn)子磁通與A相繞組匝鏈,其磁鏈值為：ΨA=Ψmcos(a0+ωt)2.三相突然短路的物理過程突然短路之前,電機(jī)處于空載狀態(tài)突然短路后：

①電樞繞組各相都產(chǎn)生一個(gè)非周期性的直流電流,共同產(chǎn)生不轉(zhuǎn)的穩(wěn)定磁勢(shì),使各相繞組分別產(chǎn)生一不變的磁鏈以維持其在短路瞬間的磁鏈(包括漏磁鏈)。

②電樞繞組產(chǎn)生一組對(duì)稱三相周期性交變電流,并在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)Fa～,它始終和Ff大小相等，方向相反(作用在直軸上),以抵消Ff對(duì)電樞繞組各相的磁鏈。突然短路后：

①電樞繞組各相都產(chǎn)生一個(gè)非周期性的直流電流,轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組F和阻尼繞組Z也是閉合繞組

①對(duì)Fa～的反應(yīng)：Fa～產(chǎn)生的Φa作用在直軸上,Φa要通過轉(zhuǎn)子磁路,去匝鏈F和Z,F和Z的反應(yīng)是：分別產(chǎn)生非周期性直流電流IF=和IZ=,產(chǎn)生恒定磁通以抵消Φa，Φa只能繞道而行。磁阻很大,要產(chǎn)生一定Φa,就需要很大的電樞電流,突然短路電流要比穩(wěn)態(tài)短路電流大得多。

②對(duì)Fa=的反應(yīng)：Fa=在空間靜止,與轉(zhuǎn)子繞組之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它將在勵(lì)磁繞組F和阻尼繞組Z中感應(yīng)出交變電流IF～和IZ～以抵消Fa=在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的磁鏈。

轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組F和阻尼繞組Z也是閉合繞組

①對(duì)Fa～的反電阻存在,短路電流會(huì)逐漸衰減。阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)比勵(lì)磁繞組小得多短路以后,IZ=首先衰減完畢,IF=還未來得及衰減，把短路瞬間到IZ=衰減完畢這一階段稱為超瞬變過程;IF=開始衰減,并逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài),這一過程稱為瞬變過程。電阻存在,短路電流會(huì)逐漸衰減。3.瞬態(tài)短路時(shí)的電抗

感性回路:X=ωL=ωN2/R=ωN2ΛN為繞組串聯(lián)匝數(shù),R為磁路的磁阻,Λ為磁路的磁導(dǎo)。穩(wěn)態(tài)情況下,電樞電流產(chǎn)生Φa和Φas,略去鐵心部分的磁阻,Φa對(duì)應(yīng)的就是氣隙磁導(dǎo)Λad,Φas對(duì)應(yīng)的是漏磁導(dǎo)Λs,總磁通對(duì)應(yīng)的總磁導(dǎo)為：Λd=Λad+Λs對(duì)應(yīng)的電抗為：Xd=Xad+Xs直軸同步電抗超瞬變瞬間,Φa遇到了氣隙磁阻、阻尼繞組漏磁阻和勵(lì)磁繞組漏磁阻,再考慮到電樞繞組的Φas后,電樞磁通的總磁導(dǎo)為3.瞬態(tài)短路時(shí)的電抗感性回路:X=ωL=ωN2/R=ωN對(duì)應(yīng)的電抗為

瞬變過程時(shí),阻尼繞組中的電流已衰減完畢,此時(shí)Φa它遇到了氣隙磁阻和勵(lì)磁繞組漏磁阻,再考慮到電樞繞組的漏磁通后,電樞磁通的總磁導(dǎo)為

直軸瞬態(tài)電抗

直軸超瞬態(tài)電抗對(duì)應(yīng)的電抗為瞬變過程時(shí),阻尼繞組中的電流已衰減完畢,此時(shí)Φ20.4突然短路電流

A相為例，電樞電流的交變分量iA～為其中,I"=E0/Xd",E0為短路前勵(lì)