电机学辜承林(第三版)第6章_同步电机的不对称运行.ppt

第三篇　同步电机 同步发电机的三相突然短路和异常运行 第一节 同步发电机的三相突然短路 第二节 同步发电机的不对称运行 第三节 同步发电机的失磁运行 第四节 同步发电机的振荡 * * 第一节 同步发电机的三相突然短路 一、超导体闭合回路的磁链守恒原理 无论交链回路的外磁场如何变化，由感应电流产生的磁链将恰好抵消这种变化，使得任意瞬间超导闭合回路的总磁链始终不变，即超导闭合回路保持其磁链等于初始值而且不变，这就是超导闭合回路的磁链守恒原理。 二、三相突然短路时的物理过程和同步电抗 1）转子转速一直保持同步转速，只考虑电磁过渡过程，不考虑机械过渡过程； 为了简化分析，假定 2）磁路不饱和，在分析时可利用叠加原理； 3）突然短路前电机处于空载状态,突然短路发生在发电机的出线端； 4）突然短路后由励磁电源提供的励磁电流始终不变，即认为空载电动势不变。 1．定子绕组的磁链 取转子d轴与定子A相绕组轴线垂直为t=0时刻. 定子三相绕组中的磁链的表达式为 三相突然短路时，t=0时刻，三相磁链的初始值 短路发生后，根据磁链守恒原理，由定子电流产生的磁链将抵消转子主磁场对定子的磁链的变化，并且保持磁链的初始值不变，即 即 说明每相的磁链有交流分量（周期分量）和直流分量（非周期分量）两部分组成。 交流分量磁链的作用是抵消转子的励磁磁链，直流分量磁链的是维持短路瞬间磁链不变。 2．定、转子电流的对应关系 定子每相磁链由直流分量和交流分量磁链组成，与之对应的定子电流也有两个分量，一个是三相对称的交流分量短路电流，另一个是直流分量短路电流。 定子三相对称交流分量短路电流产生直轴的同步旋转电枢反应磁场，与转子相对静止，与励磁主磁通方向相反。该磁场的磁链企图穿过励磁和阻尼绕组。为保持磁链守恒，励磁绕组和阻尼绕组将分别感应与原励磁电流同方向的直流分量电流，这两电流分别产生恒定方向的直流磁链抵消定子的直轴电枢反应磁场的影响。 定子三相直流分量短路电流产生合成的静止磁场，相对转子是旋转的，它分别在励磁绕组和阻尼绕组中将感应出交流分量电流，二者分别产生交变的磁链抵消定子的静止磁场的影响，维持磁链守恒。 同步发电机稳态短路时，电枢反应为纯去磁作用，电枢反应磁通和漏磁通路径如图。 电枢反应磁通直接穿过阻尼绕组和励磁绕组，路径的磁阻很小，短路电流遇到的电抗为数值很大的直轴同步电抗xd，稳态短路电流有效值 3．电枢反应磁通的路径和同步电抗 有阻尼绕组的同步发电机三相突然短路时，电枢反应磁通被挤出阻尼绕组和励磁绕组，只能沿着阻尼绕组和励磁绕组漏磁路径闭合. 磁路的磁阻变得很大，由于路径的磁阻变大，定子绕组的电抗比稳态短路时的同步电抗大大减小，致使短路电流很大。同步发电机此时状态称为次暂态状态，定子电抗称为直轴次暂态同步电抗xd”，短路电流称为次暂态短路电流 当阻尼绕组中电流衰减完毕后，电枢反应磁通就能够穿过阻尼绕组(或相当于发电机无阻尼绕组状态)，仍需经过励磁绕组的漏磁路径，如图所示 此时发电机状态称为暂态状态，定子电抗称为暂态同步电抗xd’ ，短路电流称为暂态短路电流 当励磁绕组中的感应电流电流也衰减完毕后，发电机进入稳态短路状态， 稳态短路状态 三相突然短路电流的表达式为 α0------转子d轴与某相绕组所构成的平面之间夹角 时发生三相突然短路,当t=T/2时会现冲击电流 短路的冲击电流对电机本身和电力系统运行都会产生严重的影响。 对电机本身影响有：定子绕组端部受到巨大电磁力的作用，使定子绕组端部弯曲，造成严重的机械损伤；转轴受到很大冲击转矩的作用；造成定、转子绕组发热。 第三篇　同步电机 第二节 同步发电机的不对称运行 一、不对称运行分析 隐极同步发电机对称运行时的电动势方程为 如果发电机中点不接地，则 各序等效电路为 1．正序阻抗 正序电流流过定子绕组时所对应的阻抗就是正序阻抗。 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，在空间和转子相对静止，不会在转子绕组中感应电动势，因此正序电流所对应的阻抗，就是三相同步发电机在对称稳态运行时的同步阻抗，对隐极同步发电机 2．负序阻抗 负序电流流过定子绕组所对应的阻抗就是负序阻抗。 三相负序电流流过定子三相对称绕组时除了产生漏磁通外,还产生以同步速旋转的反向旋转磁场,与转子转向相反,负序磁场以两倍同步速切割转子上的所有绕组,在转子绕组中感应出二倍基频的电动势和电流。由于同步发电机转子结构不对称,励磁绕组又只有直轴向的,负序阻抗将随转子的位置变化而变化。 一般取直轴和交轴负序电抗的平均值作为电机的负序电