第16同步发电机的不对称运行要点讲解.doc

第16章 同步发电机的不对称运行和突然短路 在前面两章，研究了同步发电机在三相对称负载下的稳态性能，这是同步发电机最基本的运行方式，因而也是同步发电机中最基本的内容。 在本章中，将研究同步发电机的另外两种运行方式，即三相不对称运行和瞬态短路。这是两种非正常的运行方式，如果处理不当会产生严重后果。 同步发电机不对称运行的分析方法 严格地讲，三相同步发电机经常在三相不对称负载下运行，不过，由于不对称的程度往往很小，所以可当作对称状态来处理。对有功率较大的单相负载，例如采用单相电炉或向电气铁道供电等，不对称的程度就比较大。严重的不对称会使转子发热，甚至烧环。因而对不对称运行方式的研究，有着现实意义。 研究电机不对称运行最有效的方法是对称分量法。即把不对称的三相电压、电流分解成正序、负序和零序，分别研究它们的效果，然后迭加起来而得到最后结果。 如同变压器一样，要利用对称分量法来分析同步电机的不对称运行状态，首先必须了解同步电机在正序、负序及零序时的参数。 16.1.1 正序电抗 转子直流励磁的磁通在定子绕组所产生的感应电势的相序，定为正序。当定子绕组中三相电流的相序与一致时，就是正序电流。正序电流流过定子绕组时所对应的电抗，就是正序电抗。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，亦即在空间和转子相对静止，不会在转子绕组中产生感应电势，因此正序电流所对应的抗，就是三相同步的，电枢反应磁势作用在直轴，所以对应于短路情况下的正序电抗，为不饱和的直轴同步电抗，即=。 16.1.2 负序电抗 负序电流流过定子绕组所对应的电抗就是负序电抗。由于负序电流所产生的旋转磁场与转子转向相反（图16-1），负序磁场以两倍同步速切割转子上的所有绕组（包括励磁绕组、阻尼绕组等），在这些绕组中感应出两倍频率的电势。在正常运行时，这些绕组都是自成闭路的，因而产生两倍频率的电流，这就相当于感应电机运行于转差率时的制动状态，所以同步电机负序状态下的等效电路与感应电机 图16-1负序电流产生的旋转磁场与转子转向相反 的等效电路极为类似。 如果略去定、转子电阻，同步电机负序时的等效电路便如图16-2所示。其中图16-2a是直轴负序电抗的等效电路，它的激磁电抗是直轴电枢反应电抗，由于在转子上同时存在有励磁绕组及阻尼绕组，所以二次侧有两条并联支路，其中是励磁绕组的漏电抗，是阻尼绕组的漏电抗，图b)是交轴负序电抗的等效电路，它的激磁电抗是交轴电枢反应电抗，由于在转子交轴上，只有阻尼绕组，没有励磁绕组，所以二次侧只有一条支路。 图16-2 直轴及交轴负序等效电路 a) 直轴负序电抗 b) 交轴负序电抗 根据16-2图，可以求出直轴与交轴的负序电抗 （16-1） （16-2） 负序电抗的平均值为 （16-3） 16.1.3 零序电抗 零序电流流过定子绕组时所对应的电抗就是零序电抗。在图16-3中，三相绕组通过的便是零序电流。由于三相零序电流在时间上也是同相位、振幅相等，因此当零序电流流过三相绕组时，各相所建立的磁势在时间上也是同相位、振幅相等。又因为三相绕组在空间相隔120电角度（图16-3），因此在空气隙中三相合成基波磁势为零，故零序电流不能在气隙中建立基波磁势及磁场。 图16-3 零序电抗的测量图 零序电流通过三相绕组时，只产生漏磁通，因此零序电抗的大小大体上等于定子绕组的漏电抗，即。 16.2 同步发电机的稳态单相短路 下面以同步发电机不对称运行的一个特例，即同步发电机的稳态单相短路为例，来研究不对称运行的分析方法。 如图16-4所示，假定A相发生短路，表示短路电流，根据图16-4所示的端点情况，可得 （16-4） （16-5） 将短路电流分解为对称分量时，得 （16-6） 由于正序、负序、零序电流分量均构成各自独立的对称系统，它们流经电枢绕组时，各自产生相应的正序、负序及零序电抗压降，而转子上仅