电机学(下)不对称运行-共92张课件.ppt

1、第一章第一章 对称分量法及其应用对称分量法及其应用二一二年二月二一二年二月电机学（下）讲稿电机学（下）讲稿 胡雪松 编撰huxscqu.edu1.1 对称分量法1.2 椭圆形旋转磁动势1.3 变压器的不对称运行1.4 感应电动机的不对称运行1.5 同步发电机的不对称运行第一章 对称分量法及其应用参考书籍1.1 对称分量法不对称相量的分解（相量表达）1/120AUAUAU0BUBUBU0CUCUCUsAUBUCU1.1 对称分量法对称分量（相量表达）2/12AUBUCUs正序分量AUBUCUs负序分量0AU0BU0CUs零序分量1.1 对称分量法旋转 120算子3/122321e120jaj1.

2、1 对称分量法对称分量的公式表达（正序）4/12AUBUCUs正序分量UUAUaU2B UaUC1.1 对称分量法对称分量的公式表达（负序）5/12UUA UaUBUaU2CAUBUCUs负序分量1.1 对称分量法对称分量的公式表达（零序）6/1200AUU00BUU00CUU0AU0BU0CUs零序分量1.1 对称分量法不对称相量的分解（公式表达）7/120UUU0UUa2Ua0UUaUa2sAUBUCU02C02B0AUUaUaUUUaUaUUUUU0USUABC1.1 对称分量法对称分量法的变换矩阵8/121111122aaaaS1.1 对称分量法分解算法9/12333CBA0CB2AC

3、2BAUUUUUaUaUUUaUaUUABC1USU01.1 对称分量法对称分量法的逆变换矩阵10/121111131221aaaaS1.1 对称分量法对称分量法的理论基础11/12叠加原理只能用于线性系统，对非线性系统应先作线性化处理后才能应用对称分量法。而对同步电机来说，铁心存在饱和现象，且交、直轴不对称，因此对称分量法只能得到一个近似结果。1.1 对称分量法对称分量法分析不对称问题的步骤12/12根据不对称运行的条件，找出各相序电压、电流间的约束关系；按照上述约束关系，将各相序等效电路联结起来构成一个统一的电路；由统一电路解出各相序电压、电流，最后再得到各相电压、电流。1.2 椭圆形旋转

4、磁动势三相对称绕组通入不对称电流1/902C02B0AIIaIaIIIaIaIIIII1.2 椭圆形旋转磁动势正序电流产生的基波磁动势2/9旋转方向“正向”旋转速度同步速度幅值IpNkF1w135.11.2 椭圆形旋转磁动势负序电流产生的基波磁动势3/9旋转方向“反向”旋转速度同步速度幅值IpNkF1w135.11.2 椭圆形旋转磁动势零序电流产生的基波磁动势4/9由于三相绕组在空间互差120电角度，而三相零序电流完全相同，因此，它们产生的三个脉振磁动势在时间上同相位、空间上互差120电角度，其合成磁动势为0。1.2 椭圆形旋转磁动势对称绕组通入不对称电流产生的基波磁动势5/9tFtFtfco

5、scos),(111假设 t=0 时，合成磁动势的幅值正好位于空间坐标原点。1.2 椭圆形旋转磁动势正、反向旋转磁动势的合成轨迹6/9t1Ft1F1FxytFtFytFtFxsinsincoscos1111121122112FFyFFx演示1.2 椭圆形旋转磁动势椭圆形旋转磁动势的幅值7/9tFFFFF2cos21121211随时间变化1.2 椭圆形旋转磁动势椭圆形旋转磁动势的旋转速度8/9tFFFFxytanarctanarctan1111212121ddFFFt1.2 椭圆形旋转磁动势椭圆形旋转磁动势的旋转方向9/9212121FFF取决于正、反转分量幅值的相对大小。1.3.1 各相序等效

6、电路1.3.2 三相变压器单相运行1.3.3 单相运行时的中性点漂移1.3 变压器的不对称运行1.3.1.1 正序等效电路1.3.1.2 负序等效电路1.3.1.3 零序等效电路1.3.1 各相序等效电路1.3.1.1 正序等效电路变压器一相简化等效电路1/11U2UkRkX21II21kRRR21kXXX1.3.1.2 负序等效电路变压器的负序简化等效电路（一相）1/121kRRR21kXXX01U2UkRkX21II1.3.1.3 零序等效电路零序等效电路的基本特点1/6基本结构仍为T形等效电路电阻、漏电抗与正序等效电路的相同激磁阻抗与磁路结构有关具体结构受绕组联结方式的影响1.3.1.3

7、 零序等效电路铁心结构对零序激磁阻抗的影响2/6心式铁心的变压器中，零序磁通的磁路主要由非铁磁材料构成，零序激磁阻抗比较小，其标幺值一般为0.31.0；三相变压器组中，零序磁通经主磁路闭合，零序激磁阻抗与正序激磁阻抗相等。1.3.1.3 零序等效电路联结组对零序等效电路的影响（Y,yn）3/6ABCabco203I20I20I20I1Z2Zm0Z1.3.1.3 零序等效电路联结组对零序等效电路的影响（YN,y）4/6ABCabcO103I10I10I10I1Z2Zm0Z1.3.1.3 零序等效电路联结组对零序等效电路的影响（YN,d）5/6ACBOacb103I10I10I10I20I1Z2Z

8、m0Z1.3.1.3 零序等效电路联结组对零序等效电路的影响（Y,d）6/6ACBacb20I1Z2Zm0Z1.3.2 Y,yn联结三相变压器单相运行电流正方向及端口条件1/9ABCabcoA B CLZAIBICIaIbIcILILaII0cb IILLaZIU1.3.2 Y,yn联结三相变压器单相运行二次侧电流的对称分量（a相）2/9Lcba02Lcb2a2Lc2ba2313131313131IIIIIIIaIaIIIIaIaII1.3.2 Y,yn联结三相变压器单相运行各相序等效电路（归算到二次侧）3/91Z2Zm0ZkZ1U21II2UkZ21II2U02U20I1.3.2 Y,yn联

9、结三相变压器单相运行各相序电压平衡方程4/9m02022020k22k212ZIZIUZIUZIUU1.3.2 Y,yn联结三相变压器单相运行相序电流5/92022aUUUU a 相电压端点条件LLaZIU相序电流L0m2k1L2022323ZZZZUIIII1.3.2 Y,yn联结三相变压器单相运行Y,yn联结三相变压器单相运行的等效电路6/91Z2Zm0ZkZ1U2UkZ2U02UL3Z3LI1.3.2 Y,yn联结三相变压器单相运行负载电流7/9Lm01L0m2k12022L3323ZZUZZZZUIIII1.3.2 Y,yn联结三相变压器单相运行铁心结构对单相负载电流的影响8/9三相变

10、压器组的零序激磁阻抗很大，使得单相负载电流较小（单相短路电流约为空载电流的3倍），因此三相变压器组不能单相运行；心式三相变压器的单相负载电流主要由负载阻抗来决定，可带单相负载，但一般规定负载电流不超过额定值的25%。1.3.2 Y,yn联结三相变压器单相运行单相负载时的一次侧电流9/9L121CL112BL11A313132IIaIaIIIaIaIIIII1.3.3 单相运行时的中性点漂移忽略漏阻抗后各相序电压平衡方程1/30m020202120EZIUUUU1.3.3 单相运行时的中性点漂移二次侧各相电压2/301c012b01aEUaUEUaUEUU1.3.3 单相运行时的中性点漂移中性点

11、漂移现象3/30ELIAUBUCU0EaUcUbU0E0Em0Lm02003ZIZIE1.4.1 各相序等效电路1.4.2 电流和转矩的计算1.4.3 三相感应电动机一相断线1.4 感应电动机的不对称运行1.4.1 三相感应电动机各相序等效电路正序等效电路1/61R1X2XmRmX1U1ImI2IsR2111jXRZmmmjXRZ1.4.1 三相感应电动机各相序等效电路正序阻抗2/622m22m1ZXjsRXjsRZZZ1.4.1 三相感应电动机各相序等效电路转子相对于负序磁场的转差率3/6snnnssnnns正序-nsnnsnnns2ss负序1.4.1 三相感应电动机各相序等效电路负序等效电

12、路4/61R1X2XmRmX1U1ImI2IsR22不大的负序电压也能引起较大的负序电流，使电机过热；负序磁场使损耗增加，效率降低。三相感应电机不允许在较严重的不对称电压下长期运行。1.4.1 三相感应电动机各相序等效电路负序阻抗5/622m22m12Z2XjsRXjsRZZZ1.4.1 三相感应电动机各相序等效电路零序阻抗6/6三相感应电动机一般没有中线，零序分量不可能流过。因此，一般不考虑零序阻抗。1.4.2 电流和转矩的计算定子正、负序电流分量1/4ZUI11ZUI111.4.2 电流和转矩的计算转子正、负序电流分量2/412212IXjsRZZI122122IXjsRZZI1.4.2

13、电流和转矩的计算正、负序转矩3/4sRImT222s1emsRImT2222s1em1.4.2 电流和转矩的计算三相实际电流和转矩4/4121C112B11AIaIaIIaIaIIIIemememTTT1.4.3 感应电动机一相断线运行端部条件1/6ABCA B C0AIBICI0AIBCIICBBCUUU1.4.3 感应电动机一相断线运行对称分量2/6B31IjII 11112121112CBBC3UUjUUaaUaUaUaUaUUUBC1131UjUU1.4.3 感应电动机一相断线运行等效电路（一）3/61Z2XmZ1U1IsR21Z2XmZ1U1IsR22BC31Uj1.4.3 感应电动

14、机一相断线运行电流的计算4/6ZZUjII3BCZZUIjIBCB3BI1.4.3 感应电动机一相断线运行等效电路（二）5/61Z2XmZsR21Z2XmZsR22BCU1.4.3 感应电动机一相断线运行电磁转矩6/6sRIsRImTTT2222222s1ememem1.5.1 各相序等效电路1.5.2 各相序阻抗1.5.2 单相稳态短路1.5.3 两相稳态短路1.5 同步发电机的不对称运行1.5.1 各相序等效电路正序等效电路1/3IZUEZIUE0EE1.5.1 各相序等效电路负序等效电路2/3IZUZIU01.5.1 各相序等效电路零序等效电路3/30I0Z0U0000ZIU1.5.2.

15、1 正序阻抗1.5.2.2 负序阻抗1.5.2.3 零序阻抗1.5.2 各相序阻抗1.5.2.1 正序阻抗正序阻抗1/1jXRZ隐极机aRR sXX 凸极机aRR dqXXX分析短路问题时，可认为dXX 1.5.2.2 负序阻抗基本特点1/8负序阻抗为负序三相对称电流在电枢绕组中流过时所遇到的阻抗；反转的负序磁场与转子的相对转速为2倍同步速度，可视为一台转差率为2的感应电机；负序磁场轴线与转子d、q轴交替重合，负序阻抗是交变的，常取d轴和q轴处的平均值。1.5.2.2 负序阻抗负序阻抗等效电路2/8aRX2fRfXdZ2DRDXadX直轴aRX2QRQXqZaqX交轴1.5.2.2 负序阻抗负

16、序直轴电抗（有阻尼绕组）3/8XdXDXadXfXddDfadd1111XXXXXXX 1.5.2.2 负序阻抗负序直轴电抗（无阻尼绕组）4/8XdXadXfXddfadd111XXXXXX1.5.2.2 负序阻抗负序交轴电抗（有阻尼绕组）5/8XqXaqXQXqqQaqq111XXXXXX 1.5.2.2 负序阻抗负序交轴电抗（无阻尼绕组）6/8XqXaqXqqaqqXXXXX1.5.2.2 负序阻抗等效负序电抗7/82qdXXX1.5.2.2 负序阻抗补充说明8/8负序电抗小于同步电抗，表明单位负序电流产生的气隙磁场较正序的弱，这是因为负序磁场在励磁绕组和阻尼绕组中感应的电流起去磁作用。正

17、、负序电流产生的漏磁通基本类似，不考虑饱和时几乎没有区别，所以计算负序电抗时的定子漏电抗与正序取相同值。1.5.2.3 零序阻抗同步电机的零序阻抗1/1a0RR 其它 32 1E10XyXyXX1.5.3 同步发电机单相稳态短路端部条件（另两相空载）1/60AU0CB IIABCAI1.5.3 同步发电机单相稳态短路对称分量关系2/60AU00UUU0CB II3A0IIII1.5.3 同步发电机单相稳态短路等效电路3/6IZU0EEZU0Z0UI0I1.5.3 同步发电机单相稳态短路各相序电流4/6000ZZZEIII1.5.3 同步发电机单相稳态短路单相稳态短路时的短路电流5/6k100A

18、3IZZZEIk100A3IXXXEI1.5.3 同步发电机单相稳态短路A相短路时的B、C相间开路电压6/6320k1CBBCZZI jUUU1.5.4 同步发电机两相稳态短路端部条件（两相出线端短接，另一相开路）1/70BCUCBIIABC0AI1.5.4 同步发电机两相稳态短路对称分量关系2/7UUII00I1.5.4 同步发电机两相稳态短路等效电路3/7IZU0EEZUI1.5.4 同步发电机两相稳态短路相序电流4/7ZZEII01.5.4 同步发电机两相稳态短路两相稳态短路时的短路电流5/7k20CB3IZZEjIIk20CB3IXXEII1.5.4 同步发电机两相稳态短路B、C相短路时的A相间开路电压6/7ZIjZZZEU2k0A321.5.4 同步发电机两相稳态短路不同稳态短路电流的比较7/700k13ZZZEIZZEjI0k23XEjXEjI0d0k31:3:3:k3k2k1III主要参考书籍本章参考书目汤蕴璆.电机学.机械工业出版社,2019年.辜承林等.电机学.华中科技大学出版社,2019年.陈世元.电机学.中国电力出版社,2019年.许实章.电机学.机械工业出版社,2019年.李发海等.电机学.科学出版社,2019年.龚世缨等.电机学实例解析.华中科技大学出版社，2019年.