第16章 同步发电机的不对称运行和突然短路.pptVIP

第16章 同步发电机的不对称运行和突然短路 在之前的分析中，我们针对的都是稳态系统，其实这是一种理想化的假设，真正的电网运行实际上存在着许多非稳态现象，如系统内接较大的单相负载，或由于雷击、短路等事故，都可以使电机在不对称状态下运行，这将是我们这一章的主要内容。 16.1 同步发电机不对称运行的分析方法 研究电机不对称运行最有效的方法是对称分量法，这在讲变压器的时候我们已经讲过，下面，我们把这种方法应用到电机中来。 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。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。 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。 一、正序电抗X+： 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，在数值上，研究不对称问题时，由于电枢电阻远小于电抗，故短路电流中的正序分量和直轴电抗基本相当，即： = 二、负序电抗X-： 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，负序磁场将以两倍同步转速切割转子上的所有绕组在正常运行时，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等效电路极为类似。 如图所示： 如图所示： 根据16-2图，可以求出直轴与交轴的负序电抗：  负序电抗的平均值为： 其中，Xd，Xq 称为直轴和交轴的超瞬态电抗。 三、零序电抗X0： 零序电流流过定子绕组时所对应的电抗就是零序电抗。如图所示 ： 由于零序电流在时间也是相同相位、振幅 相等，因此，当零序电流流过三相绕组时，各相所建立得到磁势在时间上也是相位相同、振幅相等的。零序电流在气隙中不能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 16.2同步发电机的稳态单相短路 一、同步发电机的稳态单相短路： 在这里，我们通过一个具体的例子来看一 下同步电机的不对称运行。 如图所示：假定A相发生短路， 表示短 路电流，根据图所示的端点情况，可得， 将短路电流分解为对称分量时，得 由电压关系式，有： 为满足上式中的各序电压之和为零这一条件，等效电路在串联之后要短接，又由于正序、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。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 ： 经过化简，可解得短路电流： 以上分析的是短路电流的基波。 由于负序电抗及零序电抗比正序电抗小 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，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。 ? 16.3 同步发电机三相突然短路的物理过程 前面我们对单相短路的情况进行了分析， 在这一节里我们来看一下如果三相短路将 会是怎样的。为了分析问题的简便，我们 在这个地方首先来了解一下有关超导体回 路磁链不变的概念。 一、超导体回路磁链不变的概念： 超导体回路：指电阻为零的一个闭合线圈。 如a)图所示： 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， 外磁场对超导回路的磁链。在此电势作用下， 在线圈中产生电流i，由电流产生磁链，并产生 自感电势 。于是  即   显然， 由此，我们可以看出，不论在什么情况下， 交链超导体回路的磁链不变。 二、发电机三相突然短路