同步发电机的不对称运行和突然短路

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1、第9章同步发电机的不对称运行和突然短路9.1同步发电机的不对称运行9.2同步发电机的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。退出返回下一页9.1同步发电机的不对称运行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。不对称会使转子发热，甚至烧环。因而对不

2、对称运行方式的研究，有着现实意义。研究方法是对称分量法：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。退出下一页上一页返回如同变压器一样，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。9.1.1各相序电抗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。正序电抗：正序电流流过定子绕组时所对应的电抗。退出下一页上一页上一页下一

3、页返回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电抗，就是电机的同步电抗。对应于短路情况下，电枢反应磁势作用在直轴，所以的正序电抗为不饱和的直轴同步电抗，即=。退出下一页上一页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。负序电流所产生的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（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

4、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为时的制动状态，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。退出下一页上一页图9-1负序电流产生的旋转磁场与转子转向相反退出下一页上一页如果略去定、转子电阻，同步电机负序时的等效电路如图9-2所示。是励磁绕组的漏电抗；是阻尼绕组的漏电抗。可以求出直轴与交轴的负序电抗1）2）退出下一页上一页图9-2直轴及交轴负序等效电路（a)直轴负序电抗（b)交轴负序电抗负序电抗的平均值为3零序电抗：零

5、序电流流过定子绕组时所对应的电抗就是零序电抗。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。退出上一页下一页返回因为三相绕组在空间相隔120电角度因此零序电流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。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。即退出下一页上一页9.1.2同步发电机的稳态单相短路以同步发电机不对称运行的特例，即同步发电机的稳态单相短路为

6、例，来研究不对称运行的分析方法。假定A相发生短路，表示短路电流，根据下图所示的端点情况，可得：退出下一页上一页返回将短路电流分解为对称分量时，得正序、负序、零序电流分量流经电枢绕组时，各自产生相应的正序、负序及零序电抗压降.转子上仅有正序旋转磁场，故每相感应电势中只有正序分量，负序及零序的感应电势为零。退出下一页上一页如果略去电阻压降，便得到正序、负序及零序电势平衡方程式（9-7）A相电压为（9-8）退出下一页上一页将式（9-7）代入式（9-8）中，即可解得短路电流（9-9）由于负序电抗及零序电抗

7、比正序电抗小得多，故单相短路电流远较三相短路电流为大，近似是三相短路电流的三倍。退出下一页上一页单相负载的分析方法与单相短路类似。同步发电机不对称运行的主要危害是在定子中产生了三相负序电流，此负序电流在电机气隙中将建立反向旋转磁场，以两倍同步速切割转子上的一切金属部件，并在其中产生电势及电流，增中转子的损耗及发热，影响发电机的正常运行。退出下一页上一页9.2同步发电机的突然短路同步发电机的突破短路是一个电磁瞬态过程，这个过程的时间虽然不长，多不过1～2s，但会产生巨大的冲击电流，可达10～20IN

8、。这样大的冲击电流对发电机本身及电力系统都是一个严重的破坏因素：1）会产生极大的电磁力，可能使绕组变形甚至拉断；2）还可能破坏电网的稳定运行，影响到接到同一电网上的其他设备的正常工作。退出下一页上一页返回9.2.1超导闭合回路的磁链守恒原理所谓超导回路是指一个电阻为零的闭合线圈。如图9-5a所示，如果将一个永久磁铁移近该线圈，由于改变了该闭合线圈的磁链，在线圈中将感应出电势，为外磁场对超导回路的磁链。下一页上一页返回图9-5超导回路磁链守恒a)当永久磁铁移近线圈时b)当永久磁铁离开