第六章_同步電機練習題3

1、第六章同步電機3.填空1.答在同步電機中，只有存在_交軸同步發(fā)電機并網(wǎng)的條件是：(1)電樞反應(yīng)才能實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。2.(3) O答 發(fā)電機相序和電網(wǎng)相序要一致， 大小要相等、相位要一致3. 同步發(fā)電機在過勵時從電網(wǎng)吸收 動機在過勵時向電網(wǎng)輸出發(fā)電機頻率和電網(wǎng)頻率要相同，發(fā)電機電壓和電網(wǎng)電壓，產(chǎn)生 ，產(chǎn)生 電樞反應(yīng)。答 超前無功功率，直軸去磁，滯后無功功率，直軸助磁4. 同步電機的功角5有雙重含義，一是 和電樞反應(yīng)；同步電之間的夾角；二是空間夾角。主極軸線，氣隙合成磁場軸線，勵磁電動勢，電壓5.凸極同步電機轉(zhuǎn)子勵磁匝數(shù)增加使Xq和Xd將增加6.凸極同步電機氣隙增加使Xq和Xd將減小7.為凸極同

2、步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)，如將發(fā)電機勵磁電流減為零，此時發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩mU2（丄丄）S in2 Xq Xd二、選擇1.同步發(fā)電機的額定功率指(A轉(zhuǎn)軸上輸入的機械功率;C電樞端口輸入的電功率;答 DB 轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率; D 電樞端口輸出的電功率。2.同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時，若所帶負載為感性COS 0.8，則其電樞反應(yīng)的性質(zhì)為(AC答)O交軸電樞反應(yīng)； 直軸去磁與交軸電樞反應(yīng);C直軸去磁電樞反應(yīng)； 直軸增磁與交軸電樞反應(yīng)。同步發(fā)電機穩(wěn)定短路電流不很大的原因是A漏阻抗較大；C電樞反應(yīng)產(chǎn)生增磁作用；答B(yǎng))OB短路電流產(chǎn)生去磁作用較強;D同步電抗較大。4.對稱負載運行時，凸極同步發(fā)電機阻抗大小順序排列為（

3、A X Xad XdXaqXq ；Xad XdXaq Xq X ；C Xq Xaq XqXadXd XadXq Xaq答D改善電網(wǎng)功率因數(shù)； 作為同步發(fā)電機的勵磁電源。5. 同步補償機的作用是（ A補償電網(wǎng)電力不足；C作為用戶的備用電源; 答四、簡答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 ni,對試驗結(jié)果有什么影響？答 因空載電勢E。和轉(zhuǎn)速成正比，如果轉(zhuǎn)速降為0.95ni，貝y E。也降低到額定轉(zhuǎn)速下的0.95倍。同步電抗與頻率成正比，也降低到0.95倍，所以短路電流IkE0/Xd不變。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、 放在轉(zhuǎn)子上

4、使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、引出不方便。故大容量電機將電樞繞組作為定子，磁極作 為旋轉(zhuǎn)磁極式。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？答容量大，為轉(zhuǎn)子，3. 為什么同步電機的氣隙要比容量相同的感應(yīng)電機的大？答 感應(yīng)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，貝y勵磁電流大，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

5、應(yīng)性質(zhì)由什么決定?而這一位置與勵磁電動勢 E0和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(guān) 系，但電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于這兩個磁動勢幅值的相對位置,電樞電流I之間的相位差，即角度有關(guān)，角由決定于負載的性質(zhì)。當 E0與I同相時,0，電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)，交軸電樞反應(yīng)使氣隙合成磁場幅值增加，而其軸線從主極軸線逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角。當I滯后E0 90時，電樞反應(yīng)為直軸電樞反應(yīng)，其性質(zhì)完全是去磁的。當I超前E0 90時，也為直軸電樞反應(yīng)，其性質(zhì)完全是助磁的。一般情況下，090，此時的電樞反應(yīng)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

6、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 Fa分解為Fad和Faq，分別除以直軸磁阻和交軸磁阻，可得到ad和aq，它們分別在定子繞組感應(yīng)電動勢Ead和Eaq，寫成電抗壓降形式，即E adjIdXadEaqjlqXaq和分別稱為直軸電樞反應(yīng)電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗, 應(yīng)磁通的強弱。它們分別反映出上述直軸和記者電樞反直軸同步電抗為 Xd Xad X交軸同步電抗為Xd Xad XXd和Xq表征了當對稱三相直軸或交軸電流每相為1A時，三相總磁場在電樞繞組中每相感應(yīng)的電動勢。利用空載和短路特性可測定的X d不飽和值；利用空載和零功率因數(shù)負載特性可測定Xd的飽和值；利用轉(zhuǎn)差法可

7、測定 Xd和Xq的不飽和值。6.凸極同步電機中，為什么直軸電樞反應(yīng)電抗X ad大于交軸電樞反應(yīng)電抗 X aq ？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(yīng)時，要用雙反應(yīng)理論,即把電樞反應(yīng)磁動勢分解成垂直和平行于電動勢E0的兩個分量Fad和Faq，它們分別產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)磁通ad和交軸電樞反應(yīng)磁通aq，相應(yīng)的電流也分解成兩個分量。因此1 dFadadEad 或 Ead I d X ad ， Xd E ad /1 d1 d Fadad E ad 或 E aq 1 qX aq ， X qEa 1 q由于直軸磁路的磁導(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)的電動勢也

8、大德多，所以電抗X”Xaq 八 aq °7.為什么同步發(fā)電機的短路特性是一條直線？答 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FFfFad，合成電動勢為E jlX，即合成電動勢只等于漏抗壓降。所以其對應(yīng)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F E I，而Fad kad Fad丨，所以勵磁磁動勢Ff F Fad必然正比于丨，故短路特性Ik f（lf）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E0U IRaj

9、IdXd jIqXq三相短路時 U 0，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，d，即 90，Iq 0，I Id，Eo jIdXd jlXd，所以由空載特性測出Eo和短路特性測出 I 可求出直軸同步電抗 Xd 。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?直軸磁動勢， 使氣隙合成磁動勢很小， 對應(yīng)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Xd的不飽和值。由于Iq 0，不能從空載和短路特性求出X9. 在直流電機中， E U 還是 E U 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

10、E0 和電機端電壓 U 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(yīng)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)。角有什么意義？10. 什么是同步電機的功角特性?勵磁電動勢 E0 不變時，同步答 當電網(wǎng)電壓U和頻率f恒定，參數(shù)Xd和Xq為常數(shù)、電機的電磁功率只決定于 E0與U的夾角稱為功率角，Pemf ( ) 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 E0 與電壓

11、 U 之間的夾角。11. 一般同步發(fā)電機三相穩(wěn)定短路，當 I kI N時的勵磁電流I fk和額定負載時的勵磁電流I fN都已達到空載特性的飽和段，為什么前者X d 取未飽和值而后者取飽和值？為什么Xd 一般總是采用不飽和值?答 短路時由于電樞反應(yīng)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(yīng)的是 Xd 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X q 一般取不飽和值。對應(yīng)的是 Xd 的飽和值。交軸磁路的氣隙大磁阻大，磁路不飽和，故 12. 同步電機的氣隙磁場，在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

12、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.)，但由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子表面某一點的氣隙磁通密度大小不隨時間變化V電樞電流為零時 是旋轉(zhuǎn)的，因此定子表面某一點

13、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，Pn 25000kW , Un 10.5kV , 丫接法，cos n 0.8(滯后)，作單機運行。由試驗測得它的同步電抗標幺值為Xs 2.13。電樞電阻忽略不計。每相勵磁電動勢為 752CV，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(yīng)的性質(zhì)：解阻抗基值ZnUnII 2U N COS Npn10.52 0.8 10625000 1033.53同步電抗 XxSZn2.133.537.52(1)每相是7.52純電阻;每相是7.52純電感;(3)每相是(7.52j7.52)電阻電容性負載。(1)純電阻負載時電樞

14、電流Eo1 R jXs7520 07.52 j 7.52A 70745 A電流滯后于Eo的角度為45，故電樞反應(yīng)是直軸去磁兼交磁作用。電樞電流I jxhxij (蔦。：52)A 500 90 A此時為90，故電樞反應(yīng)是直軸去磁作用。Eo阻容性負載且XXs時，電樞電流I 7520 0 A 1000 0 AR j(Xs X) 7.52此時為0，故電樞反應(yīng)是交磁作用。X的汽輪發(fā)2. 有一臺 Pn 25000kW，U N 10.5kV，Y聯(lián)接，cos 0.8 (滯后)電機，Xs2.13，電樞電阻略去不計。試求額定負載下勵磁電動勢E。及E。與I的夾角 。*Eo2.845I *9*9I99J(U COS

15、)2 (U Sin I XS)2J0.82(0.6 1 2.13)2Eo* 10.52.845 105 kV 17.25kV73tanIXU sin NU COS N1 O.554 1 Sin36.871.4425COS36.87U COSCOS *-E0-0邑 0.2812.84573.673.電機,有一臺Pn，R；725000kW ,Un 10.5kV，Y接法，COS N 0.8 (滯后)的水輪發(fā)角。cosXdXq0.554，試求在額定負載下勵磁電動勢E0及E0與I的夾0.836.8755.27IdI sinSin 55.270.8221 36.87Id0.82255.27900.8223

16、4.73IqI COS1 COS55.270.57Iq*E00.57 55.27U jIdXdjIqXq1 36.87 j10.82234.73j0.57 55.270.5444.COS1.77155.27E。E0Un1.77155.27有一臺三相1500kWN 0.8 (滯后)10.5/73 kV 10.74kV36.8718.4水輪發(fā)電機，額定電壓是6300V，Y接法，額定功率因數(shù)，已知額定運行時的參數(shù)：Xd21.2 ，Xq13.7 ，電樞電阻解:Z1N N可略去不計。試計算發(fā)電機在額定運行時的勵磁電勢。2U N U N COS N 21 17Pn.XddZ1 NXqXqZ1N0.646*

17、EqU jl Xq0.646(90 36.87)1.481 20.43則 20.43N 57.3將參考向量改為Eq，則有120.430.937j0.349Idj sin0.84290Iqcos0.54E0UjIdXdjlqXq0.937j0.3490.842j0.54 0.6461.78E0E0 于 1.78 6300VJ3v36474.4V5.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Xd1.0,Xq 0.6，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,c°s 0.8 （滯后）時發(fā)電機勵磁電動勢E。解：（方法一）令 U*1.0 0°Q&計

18、算電動勢cos1 0.8 36.87°1.036.87°EQ E* j&X； 1.0 0° j1.036.87° 0.6j0.48 1.442 19.44°19.44° 36.87° 56.31°直軸電樞電流IdI sin 1 sin 56.31°0.832勵磁電動勢e0eQ ld(Xd X；) 1.4420.832(1 0.6) 1.775（方法二）I*Xq U*sin arctan*U cosarctan0.6 0.6 arctan1.5 56.31°0.8直軸電樞電流Id I si

19、n 1 sin56.31o勵磁電動勢E。 U cos( ) IdXd 1.0cos(56.31o 36.87°) 0.832 11.7756. 有一臺 PN 25000kW，Un 10.5kV,Y接法，Cos 20.8 （滯后）的汽論發(fā)電機，其同步電抗標么值為Xt 2.13 , ra0。試求額定負載下發(fā)電機的勵磁電勢E，E與L&的夾角以及Eo與&的夾角。解：以 U&作參考向量，Un 1 , arcCos0.8 36.87°& 136.870由 E1&ji&t得E0 U* ji&xt* 10 0j2.1336.872.8

20、45 36.8所以E 2.845Ui 17.25kVE與U的夾角36.80Eo與I的夾角36.80 36.87073.6707. 有一臺Pn = 72500kw , Un = 10.5kV , Y接，Cos N 0.8滯后的水輪發(fā)電機，參數(shù)為：Xd 1，Xq0.554，忽略電樞電阻。試求額定負載下發(fā)電機勵磁電勢E0和E與&的夾角。解：先以U為參考，U*1，則&136.870所以 EQU*jl&Xq1jO.55436.870 1.404 18.40E&與L&的夾角18.40再以Eo為參考向量，則55.270解：（1）INiU*. 0118.40.949j0

21、.316i&jSi nj 0.822& Cos 0.57所以?E0? ?U j I d Xd?j I q Xq0.949j0.316 0.822j0.57 0.5541.771故EU n0 E0 LV31.77110510.74 kVVs31250KVA , Un = 10.5kV （ Y 接法）,8.有一臺汽輪發(fā)電機數(shù)據(jù)如下:SnCos N 0.8 （滯后），定子每相同步電抗xt 7.0 ，而定子電阻忽略不計，此發(fā)電機并聯(lián)運行于無窮大電網(wǎng)。試求:當發(fā)電機在額定狀態(tài)下運行時，功率角N，電磁功率Rm。若維持上述勵磁電流不變，但輸入有功功率減半時,N，電磁功率Fem ,Cos N將

22、變?yōu)槎嗌?發(fā)電機原來在額定運行時，現(xiàn)僅將其勵磁電流加大10%,N ， Fem , Cos N ,I將變?yōu)槎嗌?由于不計Rm因為E0 31250000N10500ra，所以Rm31250 0.8U n j I n xt1.718KASnCOS N25000kW所以每相(2)若因為所以因為所以(3)僅將&舞16.40故 N35.90 ； kj7.0 1.718 N 6.062 12.026 53.13°35.90kVm= 1.704 倍Sin NIf不變，輸入有功減半時，Pem 0.5PemN 12500 kWPemP emN1SinP emtg ctgIf加大10%時,SinS

23、in NPemSinP emNmUICosUEoSinCosPem P emNSin1 節(jié)mE0lCos(ctg17.050017.0510.573 16.4 Sin17.0502.00.447 (滯后)25000 kV不考慮飽和影響時，E0 (1 10%) Eon 18.04 ( kV)因為P emP emNEoSin '= 1E onSin N所以1 E oNSinSin -E0N Sin 裁1.1032.21因為p'em mUICosmE0lCos(因為tg ctg' ctg32.210E0Sin73 18.04 Sin32.210。痂Cos 0.72210.5所

24、以IPemmUCosP'em mUICosL 25000 10331903A貞 10.5 0.722 1039.一臺丫接法水輪發(fā)電機進行轉(zhuǎn)差率試驗，數(shù)據(jù)如下：Umax 3300V , Imin 182A，U min3100V，I max 250A，阻抗基值為13.9 。試求:直軸同步電抗和交軸同步電抗的標幺值; 額定負載且功率因數(shù)為（1）（2）解：（1）直軸同步電抗為0.8 （滯后）時的勵磁電動勢和功角:XdU maxI max330073 18.210.5* XdXd rZN10.513.90.756交軸同步電抗為XqU minI max310073 2507.16（2 ）先求功角*XqXq r厶N7.1613.90.516EQ U* jlX q1.37 170j136.80 0.516170，36.80 17053.80直軸電流Idsin0sin 53.80.807交軸電流IqcosCOS53.800