同步電機簡答題計算題

1、第六章 同步電機1. 測定同步發(fā)電機的空載特性和短路特性時，如果轉(zhuǎn)速降至0.95，對試驗結(jié)果有什么影響？答 因空載電勢和轉(zhuǎn)速成正比，如果轉(zhuǎn)速降為，則也降低到額定轉(zhuǎn)速下的倍。同步電抗與頻率成正比，也降低到倍，所以短路電流不變。2. 為什么大容量同步電機采用磁極旋轉(zhuǎn)式而不用電樞旋轉(zhuǎn)式？答 由于勵磁繞組電流相對較小，電壓低，放在轉(zhuǎn)子上引出較方便。電樞繞組電壓高、容量大，放在轉(zhuǎn)子上使結(jié)構(gòu)復雜、引出不方便。故大容量電機將電樞繞組作為定子，磁極作為轉(zhuǎn)子，為旋轉(zhuǎn)磁極式。3. 為什么同步電機的氣隙要比容量相同的感應電機的大？答 感應電機的勵磁電流由電源供給，需要從電網(wǎng)吸取感性無功功率，如果氣隙大，則勵磁電流大

2、，電機的功率因數(shù)低，因此在機械允許的條件下，氣隙要盡量小一些。同步電機的氣隙磁場由轉(zhuǎn)子電流和定子電流共同激勵，從同步電機運行穩(wěn)定性考慮，氣隙大，同步電抗小，短路比大，運行穩(wěn)定性高。但氣隙大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，制造成本增加。氣隙大小的選擇要綜合考慮運行性能和制造成本這兩方面的要求。4. 同步發(fā)電機電樞反應性質(zhì)由什么決定? 答 電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，在空間上始終保持相對靜止的關系，但電樞反應的性質(zhì)取決于這兩個磁動勢幅值的相對位置，而這一位置與勵磁電動勢和電樞電流之間的相位差，即角度有關，角由決定于負載的性質(zhì)。當與同相時，電樞反應為交軸電樞反應，交軸電樞反應使氣隙合成磁場幅值增加

3、，而其軸線從主極軸線逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角。當滯后時，電樞反應為直軸電樞反應，其性質(zhì)完全是去磁的。當超前時，也為直軸電樞反應，其性質(zhì)完全是助磁的。一般情況下，此時的電樞反應兼有直軸去磁作用和交磁作用。5. 試述直軸和交軸同步電抗的意義？如何用試驗方法來測定？答 在凸極同步電機中，由于氣隙不均勻為了計算方便，將電樞磁動勢分解為和，分別除以直軸磁阻和交軸磁阻，可得到和，它們分別在定子繞組感應電動勢和，寫成電抗壓降形式，即 ， 和分別稱為直軸電樞反應電抗和交軸電樞反應電抗，它們分別反映出上述直軸和記者電樞反應磁通的強弱。直軸同步電抗為 交軸同步電抗為 和表征了當對稱三相直軸或交軸電流每相為時，三相總

4、磁場在電樞繞組中每相感應的電動勢。利用空載和短路特性可測定的不飽和值；利用空載和零功率因數(shù)負載特性可測定的飽和值；利用轉(zhuǎn)差法可測定和的不飽和值。 6. 凸極同步電機中，為什么直軸電樞反應電抗大于交軸電樞反應電抗？答 在凸極電機中沿電樞圓周的氣隙是很不均勻的，分析其電樞反應時，要用雙反應理論，即 把 電樞反應磁動勢分解成垂直和平行于電動勢的兩個分量和，它們分別產(chǎn)生直軸電樞反應磁通和交軸電樞反應磁通，相應的電流也分解成兩個分量。因此 或 ， 或 ，由于直軸磁路的磁導比交軸磁路的磁導要大得多，同樣大小的電流產(chǎn)生的磁通和相應的電動勢也大德多，所以電抗 。 7. 為什么同步發(fā)電機的短路特性是一條直線？答

5、 同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)短路時，電樞磁動勢基本上是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢，氣隙合成磁動勢為，合成電動勢為，即合成電動勢只等于漏抗壓降。所以其對應的氣隙合成磁通很小，電機的磁路處于不飽和狀態(tài)，由于氣隙合成磁動勢，而，所以勵磁磁動勢必然正比于，故短路特性是一條直線。8. 為什么從空載特性和短路特性不能測定交軸同步電抗？為什么從空載特性和短路特性不能準確測定直軸同步電抗？答 凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式為三相短路時，由于發(fā)電機的電樞電阻遠小于同步電抗，短路電流可認為是純感性的，即，所以由空載特性測出和短路特性測出可求出直軸同步電抗。由于短路情況下電樞磁動勢基基本上是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢，使氣隙合成

6、磁動勢很小，對應的氣隙合成磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態(tài)，這時求出的是的不飽和值。由于，不能從空載和短路特性求出。9. 在直流電機中，還是是判斷電機作為發(fā)電機運行還是電動機運行的依據(jù)之一，在同步電機中，這個結(jié)論還正確嗎？答 在同步電機中，勵磁電動勢和電機端電壓都是電壓相量，不能根據(jù)它們的大小來判斷電機的運行狀態(tài)，而應該根據(jù)氣隙合成磁場軸線與主磁極軸線的相對位置來決定。當主磁極場軸線超前合成磁場軸線時，為發(fā)電機狀態(tài)；重合時為調(diào)相機狀態(tài)；滯后時為電動機狀態(tài)。10. 什么是同步電機的功角特性？角有什么意義？答 當電網(wǎng)電壓和頻率恒定，參數(shù)和為常數(shù)、勵磁電動勢不變時，同步電機的電磁功率只決定于與的夾角

7、，稱為功率角，為同步電機的功角特性。由于電機的漏阻抗遠小于同步電抗，從空間上看，功率角可近似認為時主磁極軸線與氣隙合成磁場軸線之間的夾角；從時間上，功率角勵磁電動勢與電壓之間的夾角。11. 一般同步發(fā)電機三相穩(wěn)定短路，當時的勵磁電流和額定負載時的勵磁電流都已達到空載特性的飽和段，為什么前者取未飽和值而后者取飽和值？為什么一般總是采用不飽和值？ 答 短路時由于電樞反應的去磁作用使氣隙磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態(tài)，此時對應的是的不飽和值。額定負載運行時，氣隙磁通較大，直軸磁路處于飽和狀態(tài)，此時對應的是的飽和值。交軸磁路的氣隙大磁阻大，磁路不飽和，故一般取不飽和值。12. 同步電機的氣隙磁場，在

8、空載時是如何激勵的？在負載時是如何激勵的？答 空載時，定子繞組中沒有電流，氣隙磁場是由轉(zhuǎn)子繞組中的直流電流激勵的。負載后，定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，其基波以同步速度旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子相對靜止。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產(chǎn)生的。13. 同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形是怎樣的?轉(zhuǎn)子表面某一點的氣隙磁通密度大小隨時間變化嗎?定子表面某一點的氣隙磁通密度隨時間變化嗎? 答：凸極同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形接近于正弦波，其中含有一系列奇數(shù)次諧波；隱極同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形是接近正弦的階梯狀波，其中也含有一系列奇數(shù)次諧波 轉(zhuǎn)子表面某一點的氣

9、隙磁通密度大小不隨時間變化電樞電流為零時)，但由于轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，因此定子表面某一點的氣隙磁通密度是隨時間變化的五、計算1. 有一臺三相汽輪發(fā)電機，接法，（滯后），作單機運行。由試驗測得它的同步電抗標么值為。電樞電阻忽略不計。每相勵磁電動勢為，試求分下列幾種情況接上三相對稱負載時的電樞電流值，并說明其電樞反應的性質(zhì)：(1) 每相是純電阻；(2) 每相是純電感；(3) 每相是電阻電容性負載。解 阻抗基值 同步電抗 （1） 純電阻負載時電樞電流 電流滯后于的角度為 ,故電樞反應是直軸去磁兼交磁作用。（2） 純電感負載時電樞電流 此時為 ,故電樞反應是直軸去磁作用。（3） 阻容性負載且時，電樞電流 此

10、時為 ,故電樞反應是交磁作用。2. 有一臺，聯(lián)接，（滯后）的汽輪發(fā)電機，電樞電阻略去不計。試求額定負載下勵磁電動勢及與的夾角。解 故 因 得 3. 有一臺，接法，（滯后）的水輪發(fā)電機，試求在額定負載下勵磁電動勢及與的夾角。解 故 有 令 則 又 則 故 4. 有一臺三相1500kW水輪發(fā)電機，額定電壓是6300V，Y接法，額定功率因數(shù)（滯后），已知額定運行時的參數(shù)：，電樞電阻可略去不計。試計算發(fā)電機在額定運行時的勵磁電勢。解： 則將參考向量改為，則有則 故 5. 有一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗標幺值分別等于，電樞電阻可以忽略不計。試計算發(fā)電機的額定電壓，額定容量，（滯后）時發(fā)電機勵

11、磁電動勢。 解：（方法一） 令 計算電動勢直軸電樞電流 勵磁電動勢 （方法二） 直軸電樞電流 勵磁電動勢 6.一汽輪發(fā)電機，額定功率因數(shù)為0.8（滯后），同步電抗為xt*=1.0，并聯(lián)在無窮大電網(wǎng)上運行（1）供90%額定電流時的輸出有功和無功（額定功率因數(shù)），空載電動勢E0和功角 ；（2）調(diào)節(jié)機械輸入，使輸出有功功率達到額定的110%，如勵磁保持不變，則 角和無功如何變化；（3）如有功功率達到額定的110%，需無功保持不變，如何調(diào)節(jié)勵磁電流，求此時的空載電動勢E0和功角。解：分析：并聯(lián)在無窮大電網(wǎng)上，不論輸入機械功率、勵磁電流和負載如何變化，則輸出電壓保持為額定電壓； 計算空載電動勢 需先知道輸出電流的相量(1)90%額定電流，且有額定功率因數(shù)，則輸出有功功率為0.72，無功功率為0.54空載電動勢(2)有功為額定的