同步電機(jī),西南交大

第五篇同步電機(jī)陳小勤2/1/2023第十二章同步電機(jī)基本理論和運(yùn)行特性第十三章同步發(fā)電機(jī)在大電網(wǎng)上運(yùn)行第十四章同步發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行第十五章同步電機(jī)的突然短路與振蕩定子通入三相電流→產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁場→切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體→在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢→形成感應(yīng)電流→與定子磁場作用產(chǎn)生力矩→轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)回顧異步電機(jī)的原理主要作電動(dòng)機(jī)用同步電機(jī)原理同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能

電動(dòng)機(jī)——把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能補(bǔ)償機(jī)——沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出或吸收無功功率

同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于定子合成磁場與轉(zhuǎn)子主磁場之間的夾角δ，δ稱為功率角

第十二章同步電機(jī)的基本理論和運(yùn)行特性§12-1同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)

同步電機(jī)一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

形式旋轉(zhuǎn)電樞式

旋轉(zhuǎn)磁極式

隱極式（如汽輪發(fā)電機(jī)）

凸極式（如水輪發(fā)電機(jī)）

磁極放在定子上

旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的類型NS+隱極式NSNS+凸極式同步電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等部件構(gòu)成§12-1同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)

二、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.定子定子繞組：三相對稱，一般采用三相雙層短距疊繞組，也稱電樞繞組定子鐵芯：一般由厚0.35mm或0.5mm的電工鋼片疊成定子機(jī)座：支撐定子鐵芯3.氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機(jī)內(nèi)部磁場的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。2.轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機(jī)：隱極式，臥式結(jié)構(gòu)，P206，圖12-5注重通風(fēng)和冷卻水輪發(fā)電機(jī)：凸極式，立式結(jié)構(gòu)，P207，圖12-7。分懸式和傘式，包括軸、轉(zhuǎn)子支架、磁軛、磁極及勵(lì)磁繞組、阻尼繞組等。

另：凸極同步發(fā)電機(jī)也有臥式（橫式）結(jié)構(gòu)。如同步電動(dòng)機(jī)、同步補(bǔ)償機(jī)等§12-1同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)三、同步電機(jī)的額定值對勵(lì)磁系統(tǒng)的要求：正常運(yùn)行時(shí)，供給勵(lì)磁電流為維持端電壓或電網(wǎng)電壓值，隨負(fù)載情況變化，勵(lì)磁電流能相應(yīng)調(diào)節(jié)當(dāng)系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降時(shí)（如發(fā)生短路故障等），能強(qiáng)行勵(lì)磁提高電勢，保持電壓穩(wěn)定突然丟負(fù)荷時(shí)，如水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速明顯升高，能強(qiáng)行減磁，限制端電壓過度增高。§12-2同步電機(jī)的直流勵(lì)磁系統(tǒng)對勵(lì)磁系統(tǒng)的要求：當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，能快速滅磁和減磁，以減小故障的損壞程度。對兩臺(tái)以上并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)，能成組調(diào)節(jié)無功功率，使無功合理分配。其他：反映迅速，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，損耗小，成本低，體積小等強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)勵(lì)磁電流增長幅度勵(lì)磁電流增長速度一般值，K=1.5-2，v=0.5-1.0直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁——直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或他勵(lì)接法。整流器勵(lì)磁————靜止式旋轉(zhuǎn)式勵(lì)磁系統(tǒng)供給勵(lì)磁電流→建立磁場，分以下兩類:用整流裝置將交流變成直流后供給勵(lì)磁

換向困難

火花嚴(yán)重

勵(lì)磁容量增加引起集電環(huán)嚴(yán)重過熱直流并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)交流靜止勵(lì)磁系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)§12-3同步電機(jī)的空載運(yùn)行空載磁勢時(shí)空矢量空載電勢電壓波形畸變空載運(yùn)行：原動(dòng)機(jī)把同步電機(jī)拖入額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁電流，而定子繞組開路時(shí)（無電流）的運(yùn)行狀態(tài)。同步電機(jī)空載磁路主極磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ兩部分一、空載磁勢兩極間中心線轉(zhuǎn)子繞組軸線二、空載時(shí)-空矢量圖相繞組軸線（相軸）作為參考軸，令時(shí)間相量參考軸與空間矢量參考軸重合四個(gè)軸：時(shí)軸，相軸，交軸，直軸時(shí)間相量——繞組的感應(yīng)電勢、電壓和電流，匝鏈的磁通空間矢量——磁勢和磁通密度（隨時(shí)間變化）空載時(shí)-空矢量圖（以A相為例）空間矢量圖時(shí)間矢量圖時(shí)-空矢量圖0度時(shí)空載時(shí)-空矢量圖（以A相為例）空間矢量圖時(shí)間矢量圖時(shí)-空矢量圖逆時(shí)針轉(zhuǎn)90度時(shí)三、空載電勢相量措施：使氣隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布和短距繞組，三相Y形接法消除三次及其倍數(shù)次諧波。四、電壓波形正弦畸變率§12-4對稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率因數(shù)角Ψ=00

時(shí)軸d軸q軸A軸AX

ZBCYFfNSΨ+900FδFa

交軸電樞反應(yīng)

內(nèi)功率因數(shù)角Ψ=900時(shí)軸ψ直軸去磁電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AXZBCYFfNSFa內(nèi)功率因數(shù)角Ψ=-900時(shí)軸ψ直軸助磁電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AXZBCYFfNSFa內(nèi)功率因數(shù)角00<Ψ<900

時(shí)軸ψ既有交軸又有直軸去磁電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AXZBCYFfNSΨ+900Fan1nAZBXCYSNn1TemAZBXCYNS綜上：為維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，必須隨有功負(fù)載的變化調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率；為保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，必須隨無功負(fù)載的變化相應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流。當(dāng)ψ角為不同值的電樞反應(yīng)Ψ

位置夾角記作電樞反應(yīng)性質(zhì)對電機(jī)的影響負(fù)載性質(zhì)n(f)UΨ=00q軸Ψ+900交軸波形畸變下降不變RΨ=900d軸Ψ+900直、去削弱不變下降LΨ=-900d軸Ψ+900直、助增強(qiáng)不變上升C00<Ψ<900d、q軸Ψ+900交、直去削弱下降下降R、L-900<Ψ<00d、q軸Ψ+900交、直助增強(qiáng)下降上升R、C同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)物理量的關(guān)系：一、不考慮磁飽和時(shí)隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路§12-5隱極式同步電機(jī)過勵(lì)欠勵(lì)

考慮磁飽和時(shí)，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時(shí)，應(yīng)先求出作用在主磁路上的合成磁動(dòng)勢Fδ，然后利用電機(jī)的磁化曲線(空載曲線)求出負(fù)載時(shí)的氣隙磁通及相應(yīng)的氣隙電動(dòng)勢。二、考慮磁飽和時(shí)

考慮到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論?！?2-6凸極式同步電機(jī)一、雙反應(yīng)理論二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電路方程和相量圖1.電路方程及等效電路不計(jì)磁飽和§12-7電樞繞組的漏抗（略）§12-8同步電機(jī)的空載、短路和負(fù)載運(yùn)行a)隱極b)凸極§12-9同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)測定一、同步電抗的測定二、短路比的測定三、漏電抗和保梯電抗示波器攝取的波形a)轉(zhuǎn)子繞組端點(diǎn)的電壓波；b)定子繞組端點(diǎn)的電壓波；c)定子繞組的電流波§12-10同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性cosΦ=0.8超前cosΦ=1cosΦ=0.8滯后cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前1008060402000.20.40.60.81.01.21.電動(dòng)勢法求△

U%五、電壓變化率及額定勵(lì)磁電流的求法*2.磁動(dòng)勢法求△U%p238（圖12-51）(略)ψθ已知額定負(fù)載時(shí)U=UN，I=IN，cosθ=cosθN

已知電機(jī)參數(shù)ra，xp，Kad，KaqU、IIf2短路特性1空載特性UNINθN

I’f0

aI’f0IfaIfk-IfaIfNIfNE0△UEEσ

Ifa電樞反應(yīng)相當(dāng)?shù)募ご烹娏黝~定激磁電流

E0*00.61.01.161.251.321.37If*00.51.01.52.02.53.0

IK*00.320.631.01.63

If*00.521.031.632.66

U*00.60.81.01.1

If*1.632.142.42.883.35E0*0.551.01.211.271.33If0*0.521.01.561.762.1第十三章同步發(fā)電機(jī)在大電網(wǎng)上運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行功角特性有功功率調(diào)節(jié)無功功率調(diào)節(jié)同步電機(jī)的其他運(yùn)行方式主要內(nèi)容同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行（發(fā)電機(jī)的整步）同步發(fā)電機(jī)的功角特性——隱極機(jī)、凸極機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)、穩(wěn)定概念無功功率的調(diào)節(jié)、V形曲線了解：同步電動(dòng)機(jī)、同步補(bǔ)償機(jī)單機(jī)供電的缺點(diǎn)：不能保證供電質(zhì)量(電壓和頻率的穩(wěn)定性)和可靠性(發(fā)生故障就得停電)，無法實(shí)現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。通過并聯(lián)可將幾臺(tái)發(fā)電機(jī)或幾個(gè)電站并成一個(gè)電網(wǎng)。§13-1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)成大電網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的意義減少發(fā)電廠的儲(chǔ)備容量----發(fā)電廠可以根據(jù)負(fù)荷的發(fā)展，相應(yīng)地逐步增加發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)。提高發(fā)電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性----發(fā)電廠可按照負(fù)荷變化情況，確定投入并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)。提高供用電的質(zhì)量和可靠性----由許多發(fā)電廠組成的電力系統(tǒng)，容量大，負(fù)荷變化時(shí)對系統(tǒng)的電壓和頻率的影響就小。大電網(wǎng)上有多組同步發(fā)電機(jī)向網(wǎng)上送電，以并聯(lián)方式運(yùn)行，有相同的端電壓U和頻率f.因激磁可以自由調(diào)節(jié)、空載電勢可以不相同（同步電抗的數(shù)值并不能決定負(fù)載電流的分配——與變壓器并聯(lián)運(yùn)行對照）。同步電抗有不同數(shù)值的發(fā)電機(jī)可并聯(lián)運(yùn)行，并獲得合理的負(fù)載分配——通過功率的調(diào)節(jié)手段。避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以防止同步發(fā)電機(jī)受到損壞、電網(wǎng)遭受干擾。1、準(zhǔn)確整步法----燈光明暗法（直接接法）和燈光旋轉(zhuǎn)法（交叉接法）①通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小使電壓相等（電壓表測）；②電壓調(diào)整好后，若相序一致，三燈光應(yīng)同時(shí)明暗。否則相序不一致，應(yīng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴(yán)格保證相序一致（任交換兩相）；③通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變頻率，直到燈光明暗交替十分緩慢時(shí)，說明頻率已十分接近，直到?jīng)]有明暗變化（頻率同）。④調(diào)節(jié)瞬時(shí)速度調(diào)相位，等待燈光完全變暗的瞬間（相位相同），即可合閘并車.2、自整步法前提：相序一致將勵(lì)磁繞組通過電阻短接拖動(dòng)到接近同步速(相差2~5％)，在無勵(lì)磁電流的情況下，將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)再接通勵(lì)磁并調(diào)節(jié)勵(lì)磁，依靠定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間的電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速，并車過程結(jié)束。需要注意的是，勵(lì)磁繞組必須通過一限流電阻短接，因?yàn)橹苯娱_路，將在其中感應(yīng)出危險(xiǎn)的高壓；直接短路，將在定、轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生很大的沖擊電流。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，方便快捷；缺點(diǎn)：合閘時(shí)有沖擊電流。約為勵(lì)磁電阻的10倍適用于事故狀態(tài)下的并車

輸入功率P1機(jī)械損耗pmec附加損耗pad鐵損pFe電磁功率PM定子銅損pcu1輸出功率P§13-2隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性

發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路和相量圖隱極同步電機(jī)的功角特性§13-3凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性

0δ900PMPMmax1800發(fā)電機(jī)有功功率功角特性總結(jié)δPM18000900PMmax兩種電機(jī)功角特性的區(qū)別隱極：凸極：功角δ的雙重物理意義：1、是電動(dòng)勢和電壓間的時(shí)間相角差2、是勵(lì)磁磁勢和合成磁勢間的空間相角差功角δ意義的圖示功角δ

是轉(zhuǎn)子磁極軸線和定子合成磁極軸線的空間夾角。NSFδδNSFfT1nTn1NNoNoNoNNSoSoSSSSo主極主極同步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)補(bǔ)償機(jī)電動(dòng)機(jī)§13-4同步發(fā)電機(jī)的有功功率調(diào)節(jié)

擾動(dòng)——發(fā)電機(jī)輸入功率的微動(dòng)靜態(tài)穩(wěn)定——瞬時(shí)擾動(dòng)消除后繼續(xù)保持原來的平衡運(yùn)行狀態(tài)a點(diǎn)穩(wěn)定工作，d點(diǎn)不穩(wěn)定工作1、靜態(tài)穩(wěn)定概念：比整步功率空載時(shí)，δ=0，Pss最大，最穩(wěn)定δ=π/2，Pss=0，將進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)δ>π/2，Pss<0，失去穩(wěn)定s2、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定擾動(dòng)——負(fù)載突然變化（加、卸、短路、失磁、電壓突變）曲線1a點(diǎn)：原正常運(yùn)行點(diǎn)曲線2：電網(wǎng)電壓因事故明顯降低曲線3：電壓降低很大分析：比較下列情況電機(jī)的穩(wěn)定性短路比大?。憾搪繁却螅瑒t同步電抗小，Pmax大，一定P時(shí)，δ角較小，穩(wěn)定性好。過激與欠激：有功一定時(shí)，過激時(shí)E0大，δ角小，穩(wěn)定性好。輕載與滿載：激磁相同時(shí)，Pmax相同，輕載時(shí)δ角小，穩(wěn)定性好。直接接電網(wǎng)或通過電抗接電網(wǎng)：通過外電抗接電網(wǎng)，則最大輸出功率由電抗分配，較直接接電網(wǎng)時(shí)小，一定P時(shí)，δ角較大，穩(wěn)定性差。不計(jì)電樞電阻時(shí)隱極電機(jī)的無功功率§13-5無功功率調(diào)節(jié)和V形曲線設(shè)功率為PT，運(yùn)行于a點(diǎn)，功角δa假設(shè)原動(dòng)機(jī)有功功率不變，減小勵(lì)磁電流，則E0減小功角特性幅值降低，運(yùn)行點(diǎn)變?yōu)閎點(diǎn)，功角為δb，相應(yīng)無功變?yōu)镼b，即減小了無功輸出。（靜態(tài)穩(wěn)定度降低）PTδaQaδb一、隱性機(jī)的無功功率特性二、有功不變時(shí)的無功調(diào)節(jié)結(jié)論：對于每一給定的有功功率都有一允許的最少激磁，進(jìn)一步減小激磁將使發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定。欠激過激cosθ=0.8超前cosθ=0.8滯后結(jié)論：無功功率調(diào)節(jié)特性當(dāng)發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)激磁電流的大小，就可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無功功率，不僅能改變無功功率的大小，而且能改變無功功率的性質(zhì)。當(dāng)過激時(shí)，電樞電流是滯后電流，發(fā)電機(jī)輸出感性無功功率。當(dāng)欠激時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出容性無功功率，電樞電流是超前電流。功率調(diào)節(jié)總結(jié)調(diào)輸入P1→調(diào)節(jié)輸出有功P

輸出的P、Q均有變化，為使輸出Q不變則需調(diào)節(jié)勵(lì)磁。調(diào)勵(lì)磁If→調(diào)節(jié)輸出無功Q

輸出僅Q變化，P不變。無論調(diào)節(jié)有功或無功，應(yīng)注意同步電機(jī)的穩(wěn)定范圍?！?3-6同步電動(dòng)機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī)隱極式凸極式輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、變頻起動(dòng)、異步起動(dòng)不同于異步電機(jī)§13-7同步電發(fā)機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行（略）P271:13-2,4,6,7進(jìn)相運(yùn)行：電力系統(tǒng)無功Q過剩時(shí)，某些同步電發(fā)機(jī)須發(fā)出容性無功，吸收感性無功。同步電發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行應(yīng)注意的四個(gè)問題：（1）靜態(tài)穩(wěn)定性低；（2）端部漏磁引起定子端部溫升；（3）廠用電壓降低；（4）輸出P不變，電壓U下降，則I升高，過負(fù)荷。同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（以內(nèi)功率PM為例）同步發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行第十四章同步發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行不對稱運(yùn)行各序阻抗與等效電路幾種短路情況的分析與短路時(shí)的電樞反應(yīng)簡單分析回顧不對稱運(yùn)行三相負(fù)載不對稱分析方法——對稱分量法：把不對稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)不對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢將不對稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)對稱的系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。每相電流分解為三個(gè)分量，每相磁勢也可分解為三個(gè)分量。當(dāng)正序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢，亦稱正序旋轉(zhuǎn)磁勢當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢當(dāng)電流為一不對稱的三相電流，合成磁勢將有兩個(gè)分量，正序分量和負(fù)序分量，各以同步速向相反方向旋轉(zhuǎn)。在任一瞬間的合成磁勢仍按正弦分布，用旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間矢量和，不同時(shí)刻，有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓§14-1同步電機(jī)的各序阻抗與等效電路發(fā)電機(jī)各序等效圖(a)正序(b)負(fù)序(c)零序注意：勵(lì)磁磁場只在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生有正序電勢產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場——同步速轉(zhuǎn)子同步速，不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢，即同步電機(jī)的對稱運(yùn)行情況，正序電抗即同步電抗n1n12f1i-F-2n1相對于轉(zhuǎn)子xq-xaqxxDb）當(dāng)F-正對q軸（q軸無勵(lì)磁繞組漏抗）xd-xadxxDa）當(dāng)F-正對d軸凸極同步電機(jī)結(jié)構(gòu)不對稱，使交軸和直軸電樞反應(yīng)電抗不等，直軸和交軸的等效電路也不相同。r1

x１xmrm負(fù)序電流的副作用負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗負(fù)序磁場引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附加表面損耗負(fù)序磁場與正序磁場相互作用，產(chǎn)生2f1頻率的交變電磁轉(zhuǎn)矩，引起振動(dòng)規(guī)定：在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)三相電流之差不得超過額定值的10％：水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相電流之差不得超過額定值的20％，同時(shí)任一相的電流不得大于額定值。三相零序基波磁勢合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場。各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周圍產(chǎn)生零序漏磁通§14-2同步發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行穩(wěn)態(tài)分析勵(lì)磁電勢由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對稱性是對稱正序電勢電樞反應(yīng)電勢與電樞電流性質(zhì)有關(guān)，用不同的電抗表示正序阻抗負(fù)序阻抗零序阻抗P283：14-1，14-2不同穩(wěn)態(tài)短路電流的比較

機(jī)端三相短路穩(wěn)態(tài)電流兩相短路的穩(wěn)態(tài)短路電流單相短路的穩(wěn)態(tài)短路電流同步電機(jī)x+一般比x_和x0大得多，所以相同勵(lì)磁電流時(shí)三種穩(wěn)態(tài)短路電流的大小關(guān)系近似為：第十五章同步電機(jī)突然短路的過渡分析突然短路的物理過程（掌握）瞬態(tài)電抗和超瞬態(tài)電抗（了解）三相突然短路分析不對稱突然短路的概念（了解）同步電機(jī)振蕩的物理概念（了解）突然短路的直觀影響各繞組出現(xiàn)很大的沖擊電流，峰值可達(dá)（10~20）倍IN。在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生很大的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。可能損壞繞組端部，或使轉(zhuǎn)軸發(fā)生有害變形，破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。主要原因突然短路是一個(gè)暫態(tài)過程——從正常運(yùn)行到穩(wěn)定短路的過渡階段。短路電流中包含有自由分量——按一定時(shí)間常數(shù)衰減；當(dāng)自由分量衰減完畢，即進(jìn)入穩(wěn)定短路。突然短路時(shí)，電樞（定子）電流和相應(yīng)的電樞磁場幅值發(fā)生突然變化，定、轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生變壓器感應(yīng)關(guān)系，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢和電流，反過來又影響定子繞組的電流?！?5-1突然短路的物理過程分析時(shí)的假設(shè)（1）不考慮機(jī)械過渡過程，即在過渡過程期間，電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步速不變；（2）利用疊加原理，條件：電機(jī)的磁路不飽和；（3）突然短路前為空載運(yùn)行，突然短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)的出線端；（4）不考慮強(qiáng)勵(lì)的情況發(fā)生短路后，勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流If0始終保持不變。在沒有電阻的閉合回路中，磁鏈將保持不變1、定子電流的分量直流分量交流分量2、轉(zhuǎn)子電流的分量由于定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場和直流磁場的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)睾銓⒈黄茐?，轉(zhuǎn)子電路中必將引起感應(yīng)電流以建立恰能抵消上述磁場對轉(zhuǎn)子繞組形成的磁鏈定子繞組交流分量產(chǎn)生的合成磁場Ψ~

，同步旋轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)子相對靜止，轉(zhuǎn)子有需直流分量If-，以抵消磁鏈Ψ~

定子電流直流分量產(chǎn)生磁場（靜止）與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為同步速，在轉(zhuǎn)子中磁鏈Ψ-

感應(yīng)工頻交流電勢，需交流電流分量If~，以抵消Ψ-。3、考慮繞組電阻后的影響實(shí)際情況下，定子、轉(zhuǎn)子回路均有電阻存在，所以各瞬態(tài)電流分量均將按一定時(shí)間常數(shù)衰減，并最后消失。這時(shí)定子電流將是穩(wěn)態(tài)短路電流，轉(zhuǎn)子回路將是正常外施的激磁電流。如三相穩(wěn)定短路時(shí)電流只有0.535IN，比額定電流都小§15-2同步電機(jī)的瞬態(tài)電抗和超瞬態(tài)電抗任一線圈產(chǎn)生一定數(shù)量磁通所需的電流大小將因磁通所走的路徑不同而大不相同。為產(chǎn)生同樣的磁通，如磁阻較小，所需電流較小，即有較大的電抗；如磁阻較大，所需電流較大，即有較小的電抗。穩(wěn)定短路時(shí)，端電壓等于零，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔?。不?jì)電樞電阻和漏磁通的影響，由定子電流所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通與由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁通，大小相等，方向相反。電樞反應(yīng)磁通所經(jīng)的路線如圖所示.1、直軸瞬態(tài)電抗電樞反應(yīng)磁通將穿過轉(zhuǎn)子鐵芯而閉合，磁阻較小定子電抗等于同步電抗xd（數(shù)值較大）突然短路初瞬：轉(zhuǎn)子磁鏈不能突變。轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生一磁化方向與電樞磁場方向相反的感應(yīng)電流，其磁通抵消要穿過轉(zhuǎn)子繞組的電樞磁通。等效：電樞磁通從轉(zhuǎn)子繞組外側(cè)的漏磁路通過。電樞反應(yīng)磁通將從轉(zhuǎn)子繞組外漏磁路而閉合，所遇到的磁阻較大定子電抗為直軸瞬態(tài)電抗x’d（數(shù)值較?。?、直軸超瞬態(tài)電抗突然短路初瞬： 轉(zhuǎn)子磁鏈不能突變。如轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組，其磁鏈也不能突變。等效：電樞磁通從阻尼繞組和轉(zhuǎn)子繞組外側(cè)的漏磁路通過。電樞反應(yīng)磁通將從轉(zhuǎn)子外漏磁路而閉合，所遇到的磁阻更大定子電抗為直軸超瞬態(tài)電抗x’’d（數(shù)值更小）3、x”d和x’d的表達(dá)式設(shè)ad代表空氣隙的磁導(dǎo)，1d代表阻尼繞組旁的漏磁路的磁導(dǎo)，f代表激磁繞組旁的漏磁路的磁導(dǎo)電抗與磁導(dǎo)成正比，則：等效磁路阻尼繞組作用：提高電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，削弱不對稱運(yùn)行時(shí)反向旋轉(zhuǎn)磁場的不良影響x”d<x’d，突然短路時(shí)定子電流周期性分量幅值將比無阻尼時(shí)更大。在隱極發(fā)電機(jī)中，整塊轉(zhuǎn)子鐵心起阻尼作用，不需另外的阻尼繞組。4、交軸瞬態(tài)電抗如短路電流中有交軸分量，產(chǎn)生交軸電樞磁場。由于交軸方向無勵(lì)磁繞組，交軸瞬態(tài)電抗和交軸同步電抗相等。由于阻尼繞組的不對稱性，在交軸方向有阻尼繞組作用（且與直軸方向作用不等）5、交軸超瞬態(tài)電抗阻尼繞組在交軸的漏抗6、與負(fù)序電抗的關(guān)系*對于負(fù)序電流，其電樞磁場與轉(zhuǎn)子繞組有2n1的相對運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢產(chǎn)生電流。由于磁鏈不能突變，即類似短路時(shí)情況外接電抗與負(fù)序電抗相當(dāng)時(shí)直接外施負(fù)序電壓經(jīng)外接電抗（很大）施加負(fù)序電壓如兩相短路時(shí)7、靜止法測定瞬態(tài)電抗*試驗(yàn)：定子繞組的一相開路，另兩相串聯(lián)并外施一單相低壓交流電源——兩相短路。轉(zhuǎn)子激磁繞組由電流表短接。緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，定子電流和轉(zhuǎn)子電流將發(fā)生變化，記錄定子外施電壓和定子電流。當(dāng)轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子直軸時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流最大，定子電流最大；當(dāng)轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)子交軸時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流最小，定子電流最小值。如轉(zhuǎn)子無阻尼繞組，切磁極由疊片構(gòu)成，則測出的是瞬態(tài)電抗短路初瞬，突然短路電流增大，該短路電流中包含有交流分量（周期分量）和直流分量（非周期分量）。各相交流分量是一組三相對稱的電流分量；直流分量與短路時(shí)的磁鏈有關(guān)（保持短路后磁鏈?zhǔn)睾悖?。如短路時(shí)短路繞組與交軸重合，則磁鏈如短路繞組與直軸重合，則磁鏈相應(yīng)的短路電流中直流分量不相同，短路電流也不同?！?5-3同步電機(jī)三相短路的突然短路電流1、當(dāng)0=0

時(shí)的突然短路當(dāng)t=0時(shí)，=0＝0，E0=Emax，Ik滯后E090°，Ik0=0。短路電流中直流分量I-=0，只有交流分量阻尼繞組的影響勵(lì)磁繞組的影響同步電抗的作用2、當(dāng)0=max時(shí)的突然短路當(dāng)t=0時(shí)，＝0＝max，E0=0，周期分量I~=-Imax

初始條件，當(dāng)t＝0時(shí)，繞組電流必須保持為零 短路電流中有非周期性的直流分量I-，且I-=Imax，使總電流的初值為零衰減中的直流分量交流分量如果衰減很緩慢，則在0．01s(半個(gè)周波)以后，最高沖