當(dāng)負載不對稱時，發(fā)電機的三相端電壓及電流都將不對稱。由于流過電樞各相的電流有效值各不相同，它們所產(chǎn)生的合成電樞磁勢不再是一個幅值不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢，其電樞反應(yīng)情況較對稱運行時復(fù)雜得多，所以不能直接用分析對稱運行的簡單方法來分析不對稱運行的情況。
分析不對稱運行的最簡單方法是對稱分量法(有關(guān)對稱分量法的原理,請參看變壓器篇的有關(guān)內(nèi)容)，即把一組不對稱的三相電流(或電壓)分解成三組對稱的電流(或電壓)分量：即正序分量、負序分量和零序分量。各個對稱分量可視為相互獨立，分別研究它們獨立作用的效果，然后疊加起來得到最后結(jié)果。用這個方法時假設(shè)電路是線性的，忽略了磁路飽和現(xiàn)象。
勵磁電勢EA、EB、EC只與勵磁磁勢的轉(zhuǎn)向有關(guān),不受負載的影響,所以只有正序分量。
在具體計算不對稱運行時，常把實際負載端的不對稱三相電壓和電流分解成三組對稱的分量，每組對稱分量對各相繞組均對稱，故可以按一相的情況來分析。
按疊加原理,每相都可以列出三個相序的電勢平衡方程及畫出它們的等值電路。應(yīng)該注意到，勵磁電勢只在正序的電勢平衡方程中出現(xiàn)。
各相序電流流過電樞繞組時的電樞反應(yīng)情況，反映在等值電路和方程式中是各相序電流遇到不同的阻抗。
設(shè)各相序電流遇到的阻抗分別為：正序阻抗為Z+,負序阻抗為Z-,零序阻抗為Z0。以A相為例，各相序的電勢平衡方程式為：
EA=UA++Z+IA+
0=UA-+Z-IA-
0=UA0+Z0IA0
以上方程適合于任何不對稱負載或短路情況。根據(jù)這三個方程式,對于給定參數(shù)的電機,若知道不對稱的電流情況就能解出不對稱的電壓。反之亦然。
下面對各相序電流遇到的阻抗加以說明
(1)正序電抗X+
同步發(fā)電機定子繞組的相序與E0一致時，定為正序電流I+—流過定子繞組即引起正序電抗X+=Xs。
對于隱極同步電機,正序電抗X+=XS；對于凸極同步電機,正序電抗X+=Xd。
(2)負序電抗X-
負序電流I-流過定子電樞繞組所對應(yīng)的電抗就是負序電抗X-，I-—X-
負序電流流過定子電樞繞組時產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的基波旋轉(zhuǎn)磁場—這一磁場以兩倍同步速度切割轉(zhuǎn)子繞組(包括勵磁繞組和阻尼繞組),并在其中感應(yīng)出兩倍頻率的電勢和電流。對于負序磁場而言,轉(zhuǎn)子繞組的作用與一個短路繞組的作用相當(dāng)。
負序電流和負序電壓之間的關(guān)系可以用類似異步電機的等值電路來分析。如果不計定、轉(zhuǎn)子電阻,負序等效電路如圖19.2所示。其中X1s為定子漏抗,XFs為勵磁繞組漏抗,XZs為阻尼繞組漏抗。由于勵磁繞組僅放置在直軸磁路上,所以交軸電抗中不出現(xiàn)勵磁漏抗。X2d為直軸等效電抗,X2q為交軸等效電抗。
凸極電機直軸磁路與交軸磁路的磁阻是不同的,負序磁場相對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,負序電抗的數(shù)值將介于X2d和X2q之間作連續(xù)周期性變化,利用對稱分量法無法計及負序電抗的變化,計算時取兩個軸上電抗的平均值來作為負序電抗的近似值:
X-=(X2d+X2q)/2
(3)零序電抗X0
零序電流流過定子繞組時所對應(yīng)的電抗就是零序電抗。
三相零序電流大小相等,在時間上各相同相位；所產(chǎn)生零序脈動磁勢在時間上同相。因為三相繞組在空間上間隔120o電角度,所以氣隙中的三相合成磁勢為零。
把三相繞組首尾串聯(lián)起來接到單相電源上,繞組中通過的便是零序電流。測定零序電抗時,可采用如圖19.3所示的電路。在端點上外施適當(dāng)大小的、具有額定頻率的電壓,使得流入的零序電流數(shù)值等于額定電流。電機轉(zhuǎn)子由原動機帶動以同步速旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子勵磁繞組應(yīng)被短接,如果忽略電樞電阻,則
X0=U0/(3I0)
