當(dāng)負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，發(fā)電機(jī)的三相端電壓及電流都將不對(duì)稱。由于流過(guò)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(shì)不再是一個(gè)幅值不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，其電樞反應(yīng)情況較對(duì)稱運(yùn)行時(shí)復(fù)雜得多，所以不能直接用分析對(duì)稱運(yùn)行的簡(jiǎn)單方法來(lái)分析不對(duì)稱運(yùn)行的情況。
分析不對(duì)稱運(yùn)行的最簡(jiǎn)單方法是對(duì)稱分量法(有關(guān)對(duì)稱分量法的原理,請(qǐng)參看變壓器篇的有關(guān)內(nèi)容)，即把一組不對(duì)稱的三相電流(或電壓)分解成三組對(duì)稱的電流(或電壓)分量：即正序分量、負(fù)序分量和零序分量。各個(gè)對(duì)稱分量可視為相互獨(dú)立，分別研究它們獨(dú)立作用的效果，然后疊加起來(lái)得到最后結(jié)果。用這個(gè)方法時(shí)假設(shè)電路是線性的，忽略了磁路飽和現(xiàn)象。
勵(lì)磁電勢(shì)ea、eb、ec只與勵(lì)磁磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向有關(guān),不受負(fù)載的影響,所以只有正序分量。
在具體計(jì)算不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，常把實(shí)際負(fù)載端的不對(duì)稱三相電壓和電流分解成三組對(duì)稱的分量，每組對(duì)稱分量對(duì)各相繞組均對(duì)稱，故可以按一相的情況來(lái)分析。
按疊加原理,每相都可以列出三個(gè)相序的電勢(shì)平衡方程及畫(huà)出它們的等值電路。應(yīng)該注意到，勵(lì)磁電勢(shì)只在正序的電勢(shì)平衡方程中出現(xiàn)。
各相序電流流過(guò)電樞繞組時(shí)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(fù)序阻抗為z-,零序阻抗為z0。以a相為例，各相序的電勢(shì)平衡方程式為：
ea=ua+ + z+ ia+
0=ua- + z- ia-
0=ua0 + z0 ia0
以上方程適合于任何不對(duì)稱負(fù)載或短路情況。根據(jù)這三個(gè)方程式,對(duì)于給定參數(shù)的電機(jī),若知道不對(duì)稱的電流情況就能解出不對(duì)稱的電壓。反之亦然。
下面對(duì)各相序電流遇到的阻抗加以說(shuō)明
(1)正序電抗x+
同步發(fā)電機(jī)定子繞組的相序與e0一致時(shí)，定為正序電流i+—流過(guò)定子繞組即引起正序電抗x+=xs 。
對(duì)于隱極同步電機(jī),正序電抗x+=xs； 對(duì)于凸極同步電機(jī),正序電抗x+=xd。
(2) 負(fù)序電抗x-
負(fù)序電流i-流過(guò)定子電樞繞組所對(duì)應(yīng)的 電抗就是負(fù)序電抗x-， i-—x-
負(fù)序電流流過(guò)定子電樞繞組時(shí)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)—這一磁場(chǎng)以兩倍同步速度切割轉(zhuǎn)子繞組(包括勵(lì)磁繞組和阻尼繞組),并在其中感應(yīng)出兩倍頻率的電勢(shì)和電流。對(duì)于負(fù)序磁場(chǎng)而言,轉(zhuǎn)子繞組的作用與一個(gè)短路繞組的作用相當(dāng)。
負(fù)序電流和負(fù)序電壓之間的關(guān)系可以用類似異步電機(jī)的等值電路來(lái)分析。如果不計(jì)定、轉(zhuǎn)子電阻,負(fù)序等效電路如圖19.2所示。其中x1s為定子漏抗,xfs為勵(lì)磁繞組漏抗,xzs為阻尼繞組漏抗。由于勵(lì)磁繞組僅放置在直軸磁路上,所以交軸電抗中不出現(xiàn)勵(lì)磁漏抗。x2d為直軸等效電抗,x2q為交軸等效電抗。
凸極電機(jī)直軸磁路與交軸磁路的磁阻是不同的,負(fù)序磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),負(fù)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(duì)稱分量法無(wú)法計(jì)及負(fù)序電抗的變化,計(jì)算時(shí)取兩個(gè)軸上電抗的平均值來(lái)作為負(fù)序電抗的近似值:
x-=(x2d+x2q)/2
(3) 零序電抗x0
零序電流流過(guò)定子繞組時(shí)所對(duì)應(yīng)的電抗就是零序電抗。
三相零序電流大小相等,在時(shí)間上各相同相位；所產(chǎn)生零序脈動(dòng)磁勢(shì)在時(shí)間上同相。因?yàn)槿嗬@組在空間上間隔120o電角度,所以氣隙中的三相合成磁勢(shì)為零。
把三相繞組首尾串聯(lián)起來(lái)接到單相電源上,繞組中通過(guò)的便是零序電流。測(cè)定零序電抗時(shí),可采用如圖19.3所示的電路。在端點(diǎn)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(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)以同步速旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組應(yīng)被短接,如果忽略電樞電阻,則
x0=u0 / (3i0)