《電機(jī)學(xué)》各章練習(xí)題與自測(cè)題帶答案 (12)

1、第12章 思考題與習(xí)題參考答案12.1 試比較同步發(fā)電機(jī)帶三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)，它們的大小、位置和轉(zhuǎn)速各由哪些因素決定? 答：電樞磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的比較見(jiàn)下表：磁動(dòng)勢(shì)來(lái)源性質(zhì)轉(zhuǎn)速大小幅值位置電樞磁動(dòng)勢(shì)（定子磁動(dòng)勢(shì)）是定子三相繞組流過(guò)三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的。是交流旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，本身就是旋轉(zhuǎn)的，稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。同步轉(zhuǎn)速：當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，基波幅值就轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上。勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)（轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)）是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入直流電流產(chǎn)生的。是直流恒定磁動(dòng)勢(shì)，本身并不旋轉(zhuǎn)，在原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下隨轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn)，故稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。隨著轉(zhuǎn)子一起以同步速n1旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樵瓌?dòng)機(jī)以同步速拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的

2、。無(wú)論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到什么位置，基波幅值始終處在鐵心磁極軸線處。12.2 同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)性質(zhì)主要取決于什么? 若發(fā)電機(jī)的同步電抗標(biāo)么值，則在下列情況下電樞反應(yīng)各起什么作用?(1)帶電阻負(fù)載；(2)帶電容負(fù)載， (3)帶電感負(fù)載。答：電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于負(fù)載電流與勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系，或者說(shuō)取決于負(fù)載的性質(zhì)。（1）帶電阻負(fù)載時(shí)，由于同步電抗的存在，負(fù)載性質(zhì)呈阻感性，故電樞反應(yīng)起交磁和直軸去磁作用；（2）帶電容負(fù)載時(shí)，由于它小于同步電抗（），總電抗仍為感抗，電樞電阻很小，因此電樞反應(yīng)基本為直軸去磁作用；（3）帶電感負(fù)載時(shí)，總電抗為更大的感抗，電樞反應(yīng)主要為直軸去磁作用。12.3 電樞反應(yīng)電抗對(duì)應(yīng)什么磁

3、通？它的物理意義是什么？ 同步電抗對(duì)應(yīng)什么磁通？它的物理意義是什么？答：電樞反應(yīng)電抗對(duì)應(yīng)電樞反應(yīng)磁通，這個(gè)磁通是由電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的主磁通，它穿過(guò)氣隙經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵心構(gòu)成閉合回路，它反映了電樞反應(yīng)磁通的大小；同步電抗對(duì)應(yīng)電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的總磁通（即電樞反應(yīng)磁通和定子漏磁通之和），它是表征電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和電樞漏磁場(chǎng)對(duì)電樞電路作用的一個(gè)綜合參數(shù)。同步電抗的大小直接影響同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率和運(yùn)行穩(wěn)定性，也影響同步發(fā)電機(jī)短路電流的大小。12.4 什么是雙反應(yīng)理論？為什么分析凸極同步電機(jī)時(shí)要用雙反應(yīng)理論？答：由于凸極同步電機(jī)的氣隙不均勻，直軸處氣隙小，磁阻小，交軸處氣隙大，磁阻大，同樣的電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在不同位置時(shí)

4、，遇到的磁阻不同，產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通不同，對(duì)應(yīng)的電樞反應(yīng)電抗也不同，即電樞磁動(dòng)勢(shì)（電樞電流）與電樞反應(yīng)磁通（電樞電動(dòng)勢(shì)）之間不是單值函數(shù)關(guān)系，因此分析凸極同步電機(jī)時(shí)，要采用雙反應(yīng)理論。分析凸極同步電機(jī)時(shí)，不論電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)作用在什么位置，總是先把它分解為直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)和交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)，這兩個(gè)分量分別固定地作用在直軸和交軸磁路上，分別對(duì)應(yīng)固定的直軸和交軸磁阻，各自產(chǎn)生直軸和交軸電樞反應(yīng)磁通，它們分別在繞組中產(chǎn)生直軸和交軸電動(dòng)勢(shì)，這種分析方法稱為雙反應(yīng)理論。 12.5 對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)凸極同步電機(jī)有多少種電抗? 試比較它們的大小。答：凸極同步發(fā)電機(jī)有五種電抗，分別是直軸電樞反應(yīng)電抗、交軸電樞

5、反應(yīng)電抗，直軸同步電抗，交軸同步電抗，漏抗。其中，因?yàn)樗浴?2.6 當(dāng)凸極同步發(fā)電機(jī)的電流為恒定數(shù)值，而變動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之值是否為恒值?在何值下有最大值和最小值?答：因?yàn)橥箻O同步發(fā)電機(jī)的氣隙不均勻，即使為恒值，當(dāng)變動(dòng)時(shí)，電樞反應(yīng)磁通也不會(huì)為恒值，所以不是恒值。當(dāng)或時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)位于直軸，電樞反應(yīng)磁通最大，故有最大值，當(dāng)時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)位于交軸，電樞反應(yīng)磁通最小，故有最小值。12.7 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定，定子電流為額定值，保持轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流不變，根據(jù)電樞反應(yīng)概念，試比較：空載；帶電阻負(fù)載；帶電感負(fù)載；帶電容負(fù)載等四種情況下，發(fā)電機(jī)端電壓的大小? 為了保持端電壓為額定值，應(yīng)如何調(diào)節(jié)勵(lì)

6、磁電流?答：設(shè)負(fù)載容抗大于同步電抗，有，為了保持端電壓為額定值，帶電容負(fù)載時(shí)，應(yīng)減小勵(lì)磁電流；帶電阻負(fù)載和電感負(fù)載時(shí)，都應(yīng)增加勵(lì)磁電流，帶電阻負(fù)載比帶電感負(fù)載時(shí)增加的勵(lì)磁電流要小些。 12.8 為什么同步電抗的數(shù)值一般都較大(不可能做得較小)，試分析下列情況中同步電抗有何變化? (1)電樞繞組匝數(shù)增加；(2)鐵心飽和程度提高；(3)氣隙加大；(4)勵(lì)磁繞組匝數(shù)增加。答：同步電抗與電樞繞組匝數(shù)的平方和鐵心磁導(dǎo)率成正比，與氣隙長(zhǎng)度成反比。為了獲得較大的電動(dòng)勢(shì)，電樞繞組匝數(shù)不可能太少，為了減小勵(lì)磁安匝數(shù)，氣隙應(yīng)盡可能小，所以同步電抗不可能做得較小。（1）電樞繞組匝數(shù)增加，同步電抗增大；（2）鐵心飽和

7、程度提高，鐵心磁導(dǎo)率降低，同步電抗減??；（3）氣隙加大，同步電抗減?。唬?）勵(lì)磁繞組匝數(shù)增加，同步電抗不變。 12.9 同步發(fā)電機(jī)帶上的對(duì)稱負(fù)載后，端電壓為什么會(huì)下降，試從電路和磁路兩方面來(lái)分析。答：從磁路方面來(lái)說(shuō)，同步發(fā)電機(jī)帶上的對(duì)稱負(fù)載后，電樞反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生直軸去磁作用，使氣隙電動(dòng)勢(shì)降低，同時(shí)電樞繞組漏阻抗流過(guò)電流會(huì)引起電壓降，所以端電壓會(huì)下降；從電路方面來(lái)說(shuō)，同步阻抗流過(guò)電流會(huì)引起電壓降，所以端電壓會(huì)下降。 12.10 同步發(fā)電機(jī)短路特性曲線為什么是直線? 穩(wěn)態(tài)短路電流為什么不大?答：短路時(shí)，端電壓，短路電流僅受發(fā)電機(jī)內(nèi)部阻抗（電樞電阻和同步電抗）限制。因?yàn)殡姌须娮柽h(yuǎn)小于同步電抗，故短路電流

8、可認(rèn)為是純感性，它產(chǎn)生的電樞反應(yīng)只起直軸去磁作用，使氣隙合成磁通很弱，磁路處于不飽狀態(tài)，故；此時(shí)，磁路不飽和時(shí)為常數(shù)，故。因此，即短路特性為一直線。短路時(shí)，電樞繞組中的合成電動(dòng)勢(shì)很?。▋H等于漏電抗壓降），所以短路電流不會(huì)過(guò)大，或者說(shuō)，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的直軸同步電抗較大，起限制短路電流的作用，所以短路電流不大。12.11 列出隱極和凸極同步發(fā)電機(jī)在純電容性負(fù)載下的電勢(shì)方程式，并繪出其相量圖。答： 隱極發(fā)電機(jī)的電勢(shì)方程式和相量圖： （時(shí)） （時(shí)）將隱極發(fā)電機(jī)中的用替換，便得到凸極發(fā)電機(jī)的電勢(shì)方程式和相量圖。12.12 有一臺(tái)400kW，6300V（Y接法），（滯后）的三相凸極同步發(fā)電機(jī)，若發(fā)電機(jī)在額定狀

9、態(tài)下運(yùn)行時(shí)，（每相），不計(jì)磁路飽和與電樞電阻，試?yán)孟嗔繄D求和。解： 12.13 有一臺(tái)三相隱極汽輪發(fā)電機(jī)，定子繞組Y接法，額定功率，額定電壓，額定電流，同步電抗，不計(jì)電阻壓降，用作圖法求：（1），（滯后）時(shí)的；（2），（超前）時(shí)的。解：（1）（2） 12.14 凸極同步發(fā)電機(jī)，（Y接），（滯后），不計(jì)電樞電阻，試求額定運(yùn)行時(shí)的、。解：（相電動(dòng)勢(shì)）第12章 自測(cè)題參考答案一、 填空題1. 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)、電樞反應(yīng)磁場(chǎng)； 2. 內(nèi)功率因數(shù)角、外功率因數(shù)角； 3. 大、超前；4. 大、小； 5. 交軸和直軸去磁、交軸和直軸助磁； 6. 電樞反應(yīng)磁通、電樞反應(yīng)磁通和電樞繞組漏磁通； 7. 最大、最??；

10、 8. 、直軸去磁； 9. 電樞反應(yīng)去磁作用、電樞繞組漏阻抗壓降；10. 純阻性或阻感性、增大二、 選擇題1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.三、簡(jiǎn)答及作圖題1. 答：同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗與異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電抗相對(duì)應(yīng)。這兩個(gè)電抗都是與定子三相合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的主磁通相對(duì)應(yīng)的電路參數(shù)。2. 答：從磁路方面來(lái)說(shuō)，同步發(fā)電機(jī)帶上的對(duì)稱負(fù)載后，電樞反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生直軸去磁作用，使氣隙電動(dòng)勢(shì)降低，同時(shí)電樞繞組漏阻抗流過(guò)電流會(huì)引起電壓降，所以端電壓會(huì)下降；從電路方面來(lái)說(shuō)，在勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)一定的情況下，同步阻抗流過(guò)電流會(huì)引起電壓降，所以端電壓會(huì)下降。3. 答：發(fā)電機(jī)外特性反映端電壓隨負(fù)載電流

11、變化的關(guān)系。負(fù)載性質(zhì)基本決定了電樞反應(yīng)的性質(zhì)（交軸電樞反應(yīng)、直軸去磁或助磁電樞反應(yīng)），而負(fù)載大小決定了電樞反應(yīng)的強(qiáng)弱。帶阻性或感性負(fù)載時(shí)，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，外特性曲線是下降的；帶容性負(fù)載時(shí)，由于電樞反應(yīng)的助磁作用，外特性曲線是上升的。調(diào)整特性反映了為維持發(fā)電機(jī)端電壓不變，勵(lì)磁電流與負(fù)載電流（電樞電流）之間的變化關(guān)系。顯然，要維持端電壓不變，應(yīng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以抵消電樞反應(yīng)的影響，所以該特性與電樞反應(yīng)性質(zhì)和大小有關(guān)，即與負(fù)載性質(zhì)和大小有關(guān)。帶阻性或感性負(fù)載時(shí)，隨負(fù)載電流增加，電樞反應(yīng)去磁作用增強(qiáng)，端電壓將下降，為保持端電壓不變，必須增加勵(lì)磁電流，因此調(diào)整特性曲線是上升的；帶容性負(fù)載時(shí)，隨負(fù)載電流增