同步发电机的不对称运行

第三节 同步电机的起动
同步电动机自起动转 距为零。
同步电机定子通入三 相对称电流，在气隙内产 生转速为n1的旋转磁场， 转子通入直流励磁产生N、 S 极，定子前后半周对转 子磁极的作用力相反，产 生的平均转距为零，无法 自起动。
第三节 同步电机的起动
解决方法：
1、异步起动——采用感应电动机工作原理 在转子极靴上加装起动绕组（发电机称为阻尼
一、两种运行方式
1.过励：I f为过励时，I 领先于U ，吸收容性无功功率，即发
出感性无功功率。
2.欠励：I 落后于U ，吸收感性无功功率。
按照发电机惯例画出空载、过励、欠励时-空矢量图如下：
二、用途 1．受控补偿
（1）当负荷较大时，为了改善功率因素，同步 补偿机应过励运行，
（2）当电网负荷很轻时，高压长输电线路将呈 现较大的电容作用，使受端电网电压升高，此 时，同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网 中多余的无功功率。
2、中间补偿
（1）P E0U sin
X
( P, u)
（2）当 X
时对稳定有利，因为
E0U X
， 角减小，稳定
提高
（3）当保持原过载能力时，输送的功率将增大。
（4）中间加补偿机相当于线路的 X 减小，提高了稳定 性或增加输出。
三、特点 1、因不带机械负载，补偿机转轴可以比较
细，PM 0 ，T 0
绕组），起动时，励磁绕组不能开路（以免产生过
大的感应电势，击穿绝缘），亦不能直接短路（对
起动不利），需串入阻值约为10倍 rf 的电阻。
当异步起动使转子转速上升，转速 n 接近同步
速，加入直流励磁，进入同步电机运行状态。
2．变频起动：n1
60 f p
起动时定子电流频率 f1较低，
同步转速 n1 也较低，使平均电磁
2、由于没有稳定问题， X C可较大，使得气隙较小， 励磁也较小，转子用铜量少
3、额定容量对应过励而言 4、也存在起动问题，一般利用异步起动，加起动
绕组。
四、说明
1、水电站在枯水期间，水轮发电机可作调相运行 2、在同时有水轮机和汽轮发电机的电网，丰水期
间，水轮发电机发有功功率，汽轮发电机作调 相机运行。
2.负序电抗
负序电枢反应磁通顺时针旋转，与转子转向相反，
在转子绕组中感应出 f 100Hz 的感应电动势。转子 上的阻尼绕组自身短路，励磁绕组通过直溜电源短路， 感应电动势在两绕组中均产生电流，也就存在电抗。
（1）转子只有励磁绕组，没有阻尼绕组
d轴电抗：
X2d Xs
1
1 1
X ad X f
q轴电抗：
压方程式为：
I
0 A
R
jI
0 A
X
0
U
0 A
三、各相序的阻抗
相序阻抗包括正序、负序和零序，它们 都是发电机的内阻抗，是电枢电流产生的电 阻压降和电抗压降与电枢电流的比值。
电抗压降包括漏电抗以及电枢反应电抗 压降两部分。
1.正序阻抗 对称运行时，同步电机的同步电抗 Xc
就是正序电抗 X1 ，X1 X c X a X s
三相稳态短路时，电枢反应磁场是一个
以同步转速旋转，幅值恒定的旋转磁场，不 会在转子绕组中感应出电动势和电流，稳态 短路电流不很大。
突然短路过程中，由于电枢电流及其产 生的电枢磁场的幅值发生变化，因此电枢绕 组和转子绕组之间出现变压器作用，使转子 个绕组中产生感应电动势和电流，这些电流 反过来有影响电枢电流，使其出现附加的自 由分量，电枢电流增大很多。
在实际中，瞬态运行是绝对的，稳态运行是 相对的 。
突然短路是同步发电机的一种重要的瞬 态现象，突然短路过程是从正常稳态负载运 行变化到稳态短路运行所经历的瞬态过程， 虽然很短暂，但瞬态电流的幅值却可能达到 发电机额定电流的10倍以上。从而使发电机 内产生很大的电磁力，可能损坏绕组端部活 使转轴、机座产生有害的变形。
a2IB
aIC )
I
0 A
1 3
(
I
A
IB
IC )
说明：对称分量法应用的是叠加原理，只能
用在线性参数系统中
二、各相序的基本方程式和等效电路
1.正序分量 正序电动势就是正常的空载电动势，即：
E
A
E 0A
，所以正序电压方程式如下：
EA
I
A
R
jI
A
X
1
U
A
2.负序发分电量机没有反转的励磁磁通，定子绕组
中不会感应负序电势，E
A
0。
负序电流作用下产生漏磁通及气隙磁通，
与相对应的漏电抗及负序电枢反应磁通对应
的电抗之和为负序电抗 X 2，A相定子回路负
序电压方程式为：
I
A
R
jI
A
X
2
U
A
3.零序分量
定子绕组中也不存在零序的空载电动势，
E
0 A
0
，零序电流作用下产生漏磁通，与此
X0
对应的电抗为零序电抗 ，A相定子回路电
转距不为零。
第四节 反应式同步电动机
转子上无励磁绕组的凸极同步电动机，
If 0 E 0 0
T
1
m
E0U
sin
mU2(
1
1
)sin 2
X d
2
Xq Xd
Xq X d
PM 0
T 0
此原理适用于小型同步电动机。
第五节 同步补偿机（调相机）
同步补偿机，也称同步调相机，是一台不带机 械负载的同步电动机，专门用于发出（吸收）无功 功率。
X 2q X s X aq
负序电抗取d、q轴电抗算术平均值：
X2
X 2d
2
X 2q
第二节 不对称运行的相序方程和等效电路 一、对称分量法
IA
I
A
I
A
I
0 A
IB
I
B
I
B
I
0 B
a
2
I
A
aI
A
I
0 A
IC
IC
IC
IC0
aI
A
a
2
I
A
I
0 A
a
是一个算子,
a
j 2
e3
1 j 2
3 2
相量乘以 a ，将使此相量逆时针旋转1200
第二节 不对称运行的相序方程和等效电路 一、对称分量法
第二十章 同步发电机的非正常运行
第一节 概述
一、单相负载： 1.民用电：照明与家用电器 2.工业: 电气铁轨采用单相电源为牵引电机供电
二、不对称运行问题 主要是故障状态,采用对称分量法分析 在不对称负载运行下，同步发电机的电枢电
压和电枢电流都会出现三相不对称，使接到电网 的变压器和电动机运行情况变坏，效率降低。
IA
I
A
I
A
I
0 A
IB
I
B
I
B
I
0 B
a
2
I
A
aI
A
I
0 A
IC
IC
IC
IC0
aI
A

a
2
I
A
I
0 A
a
是一个算子,
a
j 2
e3
1 j 2
3 2
相量乘以 a ，将使此相量逆时针旋转1200
若已知不对称量，可求出三组对称量：
I
A
1 3 (IA
aI B
a2IC )
I
A
1 3 (IA