同步電機(jī)習(xí)題和答案解析

1、同步電機(jī)習(xí)題與答案同步電機(jī)的氣隙磁場，在空載時(shí)是如何激勵(lì)的在負(fù)載時(shí)是如何激勵(lì)的答案見后為什么大容量同步電機(jī)采用磁極旋轉(zhuǎn)式而不采用電樞旋轉(zhuǎn)式答案見后在凸極同步電機(jī)中，為什么要采用雙反應(yīng)理論來分析電樞反應(yīng)答案見后凸極同步電機(jī)中，為什么直軸電樞反應(yīng)電抗 Xad大于交軸電樞反應(yīng)電抗Xaq答案見后測定同步發(fā)電機(jī)的空載特性和短路特性時(shí)， 如果轉(zhuǎn)速降為原來，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有 什么影響答案見后一般同步發(fā)電機(jī)三相穩(wěn)定短路，當(dāng)lk=lN時(shí)的勵(lì)磁電流Ifk和額定負(fù)載時(shí)的勵(lì)磁 電流IfN都已達(dá)到空載特性的飽和段，為什么前者 Xd取不飽和值而后者取飽和值 為什么Xq 一般總是采用不飽和值答案見后為什么同步發(fā)電機(jī)突然短路，電

2、流比穩(wěn)態(tài)短路電流大得多為什么突然短路電流 大小與合閘瞬間有關(guān)答案見后在直流電機(jī)中，EU還是UE是判斷電機(jī)作為發(fā)電機(jī)還是作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的依 據(jù)之一，在同步電機(jī)中，這個(gè)結(jié)論還正確嗎為什么答案見后當(dāng)同步發(fā)電機(jī)與大容量電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行以及單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，其cos 是分別由什么決定的為什么答案見后試?yán)霉翘匦院碗妱?dòng)勢平衡方程式求出隱極同步發(fā)電機(jī)的V形曲線。答案見后兩臺(tái)容量相近的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，有功功率和無功功率怎樣分配和調(diào)節(jié)答案見后同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比有何優(yōu)缺點(diǎn)答案見后凸極式同步發(fā)電機(jī)在三相對(duì)稱額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，設(shè)其負(fù)載阻抗為R+jX試根據(jù)不考慮飽和的電動(dòng)勢相量圖證明下列關(guān)系式E+ 2R； 3許 +

3、 R： + （X； +X；）血 +答案見后試述直流同步電抗Xd、直軸瞬變電抗Xd、直軸超瞬變電抗Xd的物理意義和表 達(dá)式，阻尼繞組對(duì)這些參數(shù)的影響答案見后有一臺(tái)三相汽輪發(fā)電機(jī)，PN = 25000kW, Un=, 丫接法，cos（N=（滯后），作 單機(jī)運(yùn)行。由試驗(yàn)測得它的同步電抗標(biāo)么值為 X*t =。電樞電阻忽略不計(jì)。每相 勵(lì)磁電動(dòng)勢為7520V，試分析下列幾種情況接上三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞電流值， 并說明其電樞反應(yīng)的性質(zhì)：（1）每相是Q的純電阻；(2) 每相是Q的純感抗；(3) 每相是Q的純?nèi)菘梗?4) 每相是一Q的電阻電容性負(fù)載。答案見后有一臺(tái)PN=25000kW, Un=, 丫接法，cos

4、如=(滯后)的汽輪發(fā)電機(jī)，X*t =,電樞電阻略去不計(jì)。試求額定負(fù)載下勵(lì)磁電動(dòng)勢 Eo及E*o與I*的夾角 収答案見后一臺(tái)隱極同步發(fā)電機(jī)，在額定電壓下運(yùn)行，X*t = 2, RaM0試求：(1) 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使定子電流為額定電流時(shí)，cos薊二1,空載電動(dòng)勢E*o是多 少(2) 保持上述巳不變，當(dāng)cos =(滯后)時(shí)，I*是多少答案見后試驗(yàn)?zāi)撑_(tái)Sj= 30000kVA,線電壓Un= 11000V, In= 1570A，功率因數(shù)cos戶(滯后)，nN= 3000r/min , fN= 50Hz, 丫接法三相汽輪發(fā)電機(jī)，得到下列數(shù)據(jù)：(1)空載特性(線值)E0=kIf, k=100V/A ; (2)

5、短路特性lk=24f;( 3)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)漏磁電動(dòng)勢_,電樞電阻Ra=0,試求：(1) 運(yùn)行在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流為多少(2) 求額定負(fù)載下的電壓變化率。答案見后一臺(tái)三相隱極發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，電網(wǎng)電壓為380V, 丫接法，忽略定子電阻，同步電抗X=Q,定子電流 匸，相電勢Ed=278V, cos =滯后)。試求：(1) 發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和無功功率；(2) 功率角。答案見后一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)為 cos (滯后)，同步電抗X*t二，該機(jī)并聯(lián)于 大電網(wǎng)，如勵(lì)磁不變，輸出有功功率減半，求電樞電流及功率因數(shù)。答案見后 一臺(tái)三相丫接隱極同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，已知電網(wǎng)電壓U=4

6、00V,發(fā)電機(jī)的同步電抗 Xt=Q，當(dāng)cos =時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出有功功率為 80kW。 若保持勵(lì)磁電流不變，減少原動(dòng)機(jī)的輸出，使發(fā)電機(jī)輸出有功功率為20kW，忽略電樞電阻，求功率角、功率因數(shù)、定子電流、輸出的無功功率及其性質(zhì)。答案見后試推導(dǎo)凸極同步電機(jī)無功功率的功角特性。答案見后 一臺(tái)隱極發(fā)電機(jī)，SN= 7500kVA cos =(滯后)，Un= 3150V, 丫接，同步電 抗為Qo不計(jì)定子阻抗，試求：(1) 當(dāng)發(fā)電機(jī)額定負(fù)載時(shí)，發(fā)電機(jī)的電磁功率 Pem、功角從比整步功率Psyn及 靜態(tài)過載能力。(2) 在不調(diào)整勵(lì)磁情況下，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率減到一半時(shí)，發(fā)電機(jī)的電磁功率Pem、功角B、比整步功率P

7、syn及負(fù)載功率因數(shù)COS 答案見后 三相隱極同步發(fā)電機(jī)，丫接法，SN= 60kVA, Un= 380V，同步電抗Xt =，電樞 電阻略去不計(jì)。試求：(1) 當(dāng)S=、cos =(滯后)時(shí)的E和9；(2) 拆除原動(dòng)機(jī)，不計(jì)損耗，求電樞電流。答案見后三相凸極同步電動(dòng)機(jī)Xq=，電樞繞組電阻不計(jì)，接在電壓為額定值的大電網(wǎng)上運(yùn)行。已知該電機(jī)自電網(wǎng)吸取功率因數(shù)為 (超前)的額定電流。在失去勵(lì)磁時(shí)，尚能輸出的最大電磁功率為電機(jī)的輸入容量(視在功率)的37，求該電機(jī)在額定功率因數(shù)為(超前)時(shí)的勵(lì)磁電動(dòng)勢 Eo (標(biāo)么值)和功率角9o答案見后設(shè)有一臺(tái)三相、丫接法凸極同步發(fā)電機(jī)，測得各種參數(shù)如下：Xd=Q , X

8、=Q,X-=Q, Xo= Q。電機(jī)每相空載電勢 &=220V時(shí)，試求：(1) 三相穩(wěn)態(tài)短路電流；(2) 兩相穩(wěn)態(tài)短路電流；(3) 單相對(duì)中點(diǎn)穩(wěn)態(tài)短路電流；答案見后參考答案見后答：空載時(shí)，定子繞組中沒有電流，氣隙磁場是轉(zhuǎn)子繞組中直流電流激勵(lì)的。 負(fù)載以后， 定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢， 其基波以同步速度旋轉(zhuǎn)， 與轉(zhuǎn)子相對(duì) 靜止。氣隙磁場是由轉(zhuǎn)子繞組中直流電流和定子繞組中三相交流電流共同激勵(lì) 的。答：由于勵(lì)磁繞組電流相對(duì)較小，電壓低，放在轉(zhuǎn)子上引出較為方便。電樞繞 組電壓高、電流大、容量大，放在轉(zhuǎn)子上使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、引出不方便。故大容量電 機(jī)將電樞繞組作為定子、磁極作為轉(zhuǎn)子，為磁極旋轉(zhuǎn)式。答：在凸極同

9、步電機(jī)中， 采用雙反應(yīng)理論， 即當(dāng)電樞磁動(dòng)勢的軸線既不和直軸 也不和交軸重合時(shí)，可以將它分解為直軸分量Fad和交軸分量Faq兩部分，然后分 別求出直軸電樞反應(yīng)磁通 ad和交軸電樞反應(yīng)磁通 aq,再由ad和0q分別求出 直軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢Ead和交軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢 Hq,最后再將它們疊加。答：在凸極同步電機(jī)中沿電樞圓周的氣隙不是很均勻的，分析其電樞反應(yīng)時(shí)， 要用雙反應(yīng)理論，即把電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢分解成垂直和平行于電動(dòng)勢Eo的兩個(gè)分ad和交軸電樞反應(yīng)磁通aq，相量Fad和Faq ，它們分別產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)磁通應(yīng)的電流也分解成兩個(gè)分量。因此易b只說0 血氐世，或應(yīng)血=工皿，X止E直/丄,由于直軸磁路的磁

10、導(dǎo)比交軸磁路的磁導(dǎo)要大得多，同樣大小的電流產(chǎn)生的磁通 和相應(yīng)的電動(dòng)勢也都大得多，所以電抗Xad Xaq。答：因空載電勢和轉(zhuǎn)速成正比，如果轉(zhuǎn)速降為n n,則空載電勢也降到額定轉(zhuǎn)速下的。同步電抗與頻率成正比，也降低到倍，所以短路電流Ik=Eo/Xd不變。但當(dāng)轉(zhuǎn)速再降低時(shí)，由于E0和Xd都與轉(zhuǎn)速成正比的減小，而電樞電阻 Ra與轉(zhuǎn)速 無關(guān)，因此IRa在電動(dòng)勢方程式所占分量已較大，不能忽略不計(jì)，隨著轉(zhuǎn)速的降 低，短路電流減小。答：短路時(shí)由于電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通很小，電機(jī)磁路處于不飽和狀態(tài)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Xd是不飽和值。額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，氣隙磁通較大，直軸磁路處 于飽和狀態(tài)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Xd是飽和值。交軸

11、磁路氣隙大，磁路不飽和，故 Xq 一 般取不飽和值。答：同步發(fā)電機(jī)三相突然短路瞬間，各繞組均要保持磁鏈不變。電樞反應(yīng)磁通 的突然變化。將在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出電流來抵制電樞反應(yīng)磁通，迫使電樞反應(yīng)磁通只能從轉(zhuǎn)子繞組外的漏磁通閉合， 磁阻增加使電抗減小，短路電流受超瞬態(tài)電抗 Xd限制。穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，電樞反應(yīng)磁通穿過轉(zhuǎn)子繞組磁路，磁阻小電抗大，短路 電流受同步電抗Xd限制。因?yàn)閄d + IRf + (t7 sin + IX邑U(cos q) + 憐尸 +(寸介卩 + Xem (p 4-學(xué)) J(gs0 十+ gin0+ 尸(00呂* + 斤；尸 + (sm 訶 + X；呂in許+X；呂in+ X：X cos

12、+7? +(sm+1 + 2R： cos 弊+R?十（X；十戈石弱出矽十X；X；J(uo(P+R： +(sin (p+AT；F答：直軸同步電抗是表征同步電機(jī)在對(duì)稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電樞繞組反應(yīng)磁場和電樞 漏磁場作用的綜合性參數(shù)，這時(shí)直軸電樞反應(yīng)磁通ad經(jīng)過主磁通0所經(jīng)過的（直軸）磁路。同步電機(jī)在對(duì)稱突然短路時(shí)，電樞反應(yīng)磁通ad被擠到阻尼繞組和勵(lì)磁繞組漏磁通的路徑上去，與此相應(yīng)的電抗稱為直軸超瞬變電抗，這個(gè)磁路的磁阻比主極磁通0 （或者ad磁通）所經(jīng)過的磁路的磁阻大很多，即磁導(dǎo) 小很多，相應(yīng)的直軸電抗Xd也比Xd小很多。由于阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)較小，故 其電流衰減快。當(dāng)阻尼繞組電流衰減完畢后，與此相應(yīng)的電

13、樞反應(yīng)磁通 ad可以 穿過阻尼繞組，這時(shí)定子周期性電流改為由Xd限制，Xd稱為直軸瞬變電抗。其表達(dá)式分別為Xd=Xad+XXd=X+1心/Xad+1/Xf ）Xd=X +1/（1/Xad+1/Xf +1/XDd o）其中：X o表示電樞漏電抗Xd表示直軸電樞反應(yīng)電抗Xf、XDd o表示勵(lì)磁繞組與直軸阻尼繞組的漏電抗與Xd相對(duì)應(yīng)的等效電路見圖，如無直軸阻尼繞組，即圖中XDd.支路開路，則Xd變成了 Xd。由上式可知：XdXd X2.13-1 ：4_ ：.65.6xl00/= 37S7V E/ = =11000/ = 6351 。當(dāng) F-；=二工 T 丄：=二 同步電抗Th 左爲(wèi) 3787Y 二二

14、。二 2.41Q厶 1570漏電抗157015709137V% 二 J(5ifw+ 空了 + Q g 沖尸運(yùn)行在額定狀態(tài)下所需勵(lì)磁電流9137-63516351100.3A=0.439解：輸出有功功率由 Pem=(mEoU/Xt)sin 得sin 0 =PXt/(mEoU)=功率角 =13.85* 無功功率連遇4空= 2746kVar或者0 = V3t7Zsin= 27.46 kVar解：已知 U*=1, 1* = , P* 二，X*t =，貝u= tT += L61Z23.4勵(lì)磁不變、輸出有功減半時(shí)，P* =，則.力： 尙sin-?=Z = 049g6=11 5(XT)2=Eo*2+U*2-

15、2Ed*U*cos 9(0 8Z*)a =1.612 +l-2xl.61xlxcosn.5 = 0435定子電流*I =有功功率F1* * cos 卩=I* cos $功率因數(shù)COS $ 二 Ij.-lo5解：當(dāng)；丁時(shí)7 二-二皿 44V3U力二犁二笳0.9上令 7=115 40 的玄=卩+ jIXt = 269JZ30,96=30.9(5*P =lp當(dāng)仁一 h時(shí)即mEJJ 打 1 mEJJ . n sin 涉二sin y 覽4圮sintf =-sin= 0 12864功率角& = 了腫電樞電流/ =oz = 41.72/-46.2功率因數(shù)cos=（滯后）無功功率（滯后）Q；=羽uj an=

16、20 8了疔 ar解:Q = mUlsin = mUlsin（卜 0） = mUlsin cosO-mUIcossin 0 =mUIdCOS 0 mUIqsi n0故一.二,打毘 口 3n腫山=mU - CCS6cos ?sin &兀兀r *!了=喘u且代辺-巴一丄（I + 2沁2日）一空一丄Q_ 2込：2&）X*X. 2底 2解：（1額定電流鏟 36.87勵(lì)磁電動(dòng)勢& = C/+ 丿広二 3150/73 + /1375Z36.ST xL6= 3598/29.28功率角0 =電磁功率.I . b. _6000kW比整步功率Psyn=(mUE0)/XtCOS 0=(3XX 3589)/ x3x 10=10702kW/rad過載能力sin=1045cos 29.28rf（2）輸出功率減半時(shí)，電磁功率也減半，則由功角特性得3x3598x1818.7= 0.2445得功率角&= 14 5?比整步功率Psyn=(mUE0)/XtCOS 0=(3XX 3589)/ x3x 10=11897kW/rad由廠7, _:得孑589cos(P=Ceos o?cosl4.1 亍 -sin.psi 1114.15)1S12.7電誓=1.897負(fù)載功率因數(shù)解：（1）在S_、 cos =（滯后）時(shí)，電樞電流為f 二=57 A勵(lì)磁電動(dòng)勢0 -jlx