同步电机讨论题

1、电机学讨论课电机学讨论课同步电机1、保持转子激磁电流不变，定子电流、保持转子激磁电流不变，定子电流I=IN，发电机，发电机转速一定，试根据电枢反应概念，比较以下四种情转速一定，试根据电枢反应概念，比较以下四种情况发电机端电压的大小？况发电机端电压的大小？ 并说明为保持端电压为并说明为保持端电压为额定值，应如何调节？额定值，应如何调节？ （1）空载；）空载；（2）带电阻负载；）带电阻负载；（3）带电感负载；）带电感负载；（4）带电容负载（大于同步电抗）。）带电容负载（大于同步电抗）。解答（1）空载时，即）空载时，即UN=E0；（2）和（）和（3）情况下，有直轴去磁作用，端电压将）情况下，有直轴去

2、磁作用，端电压将下降，即下降，即UN 阻阻，故纯感性负载时的直轴去磁，故纯感性负载时的直轴去磁作用更强，端电压下降得更多；作用更强，端电压下降得更多；解答（4）种情况由于负载的容抗大于发电机的同步电抗，）种情况由于负载的容抗大于发电机的同步电抗，=-90，电枢反应为直轴助磁，使端电压上升，电枢反应为直轴助磁，使端电压上升，即即UE0； 综上所述，综上所述，U4U1U2U3。 欲保持端电压为额定值，当欲保持端电压为额定值，当U UN时，应减小励时，应减小励磁电流；当磁电流；当UUU升升 。见外特性曲线，。见外特性曲线，情形一，在额定状态下甩负荷，情形一，在额定状态下甩负荷，电枢电枢反应的去磁作用

3、消失反应的去磁作用消失，工作点由，工作点由a a（U=UU=UN N）变为）变为b b点（点（U=EU=E0 0），），UU升升= E= E0 0- U- UN N ；情形二，电机是由空载状态（情形二，电机是由空载状态（U=UU=UN N）带上额定电流负载，带上额定电流负载，电枢反应去磁电枢反应去磁作用出现作用出现， 电机工作点由电机工作点由c c（U=UU=UN N）变为变为d d 点（点（U U），）， U U降降= U= UN N -U -U解答 两种情况都是额定负载（两种情况都是额定负载（IN），）， 电枢反应磁动电枢反应磁动势是相等的，用来与之相平衡的励磁磁动势是相等势是相等的，用来

4、与之相平衡的励磁磁动势是相等的的，即折算到转子绕组后用来平衡，即折算到转子绕组后用来平衡 的励磁电流的励磁电流If是是相等的再看空载特性曲线图（相等的再看空载特性曲线图（b）:解答 情形一，额定负载时情形一，额定负载时U=UN N，平衡去磁作用，励，平衡去磁作用，励磁电流磁电流If0f0， 甩负载去磁作用消失，对应的空载电动甩负载去磁作用消失，对应的空载电动势就是势就是E0 0，折算到转子绕组，励磁电流增加的部分，折算到转子绕组，励磁电流增加的部分If1f1-If0f0； 情形二，初始情形二，初始U= UN N , 励磁电流为励磁电流为If0f0，负载时去，负载时去磁作用出现，电压降为磁作用出

5、现，电压降为U，U降降= UN N -U；折算到转子；折算到转子绕组励磁电流减少绕组励磁电流减少If0f0- If2f2.解答 根据上述，根据上述，If1f1-If0f0= If0f0- If2f2， 由于第一种情况对由于第一种情况对应的磁路饱和程度更大应的磁路饱和程度更大; 由图可见，在同样大的励磁由图可见，在同样大的励磁电流差电流差If1f1-If0f0下，对应的电压下，对应的电压差差U升升= E0 0- UN N就比第二种就比第二种情况情况U降降= UN N -U小，小， 即即U升升 （=E0 0-UN N ）ffc c或或g g c c，图（，图（a a）在电压差的作用下产生冲击电流）

6、在电压差的作用下产生冲击电流，其有功分量，其有功分量 与与发电机的电压发电机的电压 同相位同相位，此时，此时 , ,发发电机向电网发出有功功率，并且有功电流分量对转电机向电网发出有功功率，并且有功电流分量对转轴轴产生制动性质的转矩，使转子减速产生制动性质的转矩，使转子减速，发电机电压，发电机电压 与电网电压与电网电压 之间的夹角减小，直至为零，电压差为之间的夹角减小，直至为零，电压差为最终为零。最终为零。 因此，使因此，使发电机的频率略高于电网发电机的频率略高于电网的频率是为了的频率是为了并网瞬间即能向电网送出功并网瞬间即能向电网送出功率，而不是向电网吸引有功率，而不是向电网吸引有功 。 (注

7、：频率差不超过额定的注：频率差不超过额定的0.2%-0.5%)5.从磁路和电路两个方面来分析同步发电机从磁路和电路两个方面来分析同步发电机三相突然短路电流大的原因？三相突然短路电流大的原因？ 磁路磁路（1）突然短路时）突然短路时电枢反应磁通电枢反应磁通 （ 或或 ）的路径为漏磁路径，磁阻增大，为建立此磁通）的路径为漏磁路径，磁阻增大，为建立此磁通所需的定子电流就很大。所需的定子电流就很大。 （2）交流分量的电枢反应磁通发生了突变，）交流分量的电枢反应磁通发生了突变，为保证磁链守恒，出现直流分量磁通，对应定子为保证磁链守恒，出现直流分量磁通，对应定子绕组中必须有直流分量电流，叠加在交流分量电绕组

8、中必须有直流分量电流，叠加在交流分量电流上，也使得短路电流迅速增大。流上，也使得短路电流迅速增大。adad电路电路：通过上述对磁阻的分析，得到突然短路时：通过上述对磁阻的分析，得到突然短路时对应的直轴次暂态电抗表达式为：对应的直轴次暂态电抗表达式为：根据等效电路，其值比直轴同步电抗小得多，因根据等效电路，其值比直轴同步电抗小得多，因此此时的短路电流很大。此此时的短路电流很大。6.对两台电机，定子的材料、尺寸和零件完对两台电机，定子的材料、尺寸和零件完全一样，一个转子的磁极用钢片迭成，另一全一样，一个转子的磁极用钢片迭成，另一个为实心磁极，问哪台电机的负序电抗要小个为实心磁极，问哪台电机的负序电

9、抗要小？为什么？为什么？ 先导知识先导知识：由于同步发电机的：由于同步发电机的负序旋转磁场负序旋转磁场以以2n1的速度切割转子，能在转子的铁心中感应出电动的速度切割转子，能在转子的铁心中感应出电动势和涡流，势和涡流，涡流建立的磁动势对负序磁场起削弱涡流建立的磁动势对负序磁场起削弱作用。作用。 钢片叠成钢片叠成：发电机转子感应的涡流小，涡流产生的磁动势：发电机转子感应的涡流小，涡流产生的磁动势对负序磁场削弱作用弱。对负序磁场削弱作用弱。负序磁场大，负序电抗大。负序磁场大，负序电抗大。 整块钢片整块钢片：发电机转子感应的涡流大，涡流产生的磁动势：发电机转子感应的涡流大，涡流产生的磁动势对负序磁场削

10、弱作用强。对负序磁场削弱作用强。负序磁场小，负序电抗小。负序磁场小，负序电抗小。7 7、试按数值大小排列同步电机的各种电抗：、试按数值大小排列同步电机的各种电抗： ,dqddqqxxxxxxx.fDaddxxxxx1111 faddxxxx111111qaqDxxxx qaqqxxxx xxxaddqaqxxxxd d=xq q=xq q xd d xq q” xd d” x8 8、一台与无穷大电网并联运行的隐极同步发、一台与无穷大电网并联运行的隐极同步发电机，稳定运行在电机，稳定运行在=30=30o o，若因故励磁电流变，若因故励磁电流变为零，这台发电机是否还能稳定运行？为零，这台发电机是否

11、还能稳定运行？ 答：答：不能稳定运行不能稳定运行 因为隐极机的电磁转矩因为隐极机的电磁转矩 在稳定运行时电磁转矩在稳定运行时电磁转矩T T与原动机的拖动转矩与原动机的拖动转矩T T1 1是是相互平衡的。若因故励磁电流变为零，则相互平衡的。若因故励磁电流变为零，则无载电势无载电势E E0 0为零为零，制动性的电磁转矩，制动性的电磁转矩T=0T=0。这时与。这时与T T1 1不再平衡不再平衡，发电机转子将加速，进而失去同步。，发电机转子将加速，进而失去同步。0sinE UmTx9 9、测定同步发电机短路特性时，如果把电机、测定同步发电机短路特性时，如果把电机的转速由额定转速的转速由额定转速 降低到

12、降低到 ，对测量结，对测量结果有无影响？果有无影响？12NnNn答：没有影响。答：没有影响。 因为短路电流等于因为短路电流等于E E0 0与与x xd d之比，而之比，而E E0 0与与x xd d分分别于电机的转速成正比，所以转速变化对所测别于电机的转速成正比，所以转速变化对所测的短路电流值没有影响。的短路电流值没有影响。10.10.一台并网运行的三相隐极同步发电机，忽略定子一台并网运行的三相隐极同步发电机，忽略定子电阻。试做出下列两种情况的向量图，画出电阻。试做出下列两种情况的向量图，画出 的的轨迹：轨迹： 1 1）保持励磁不变，增加有功的情况下）保持励磁不变，增加有功的情况下 2 2）保

13、持有功不变，增加励磁的情况下）保持有功不变，增加励磁的情况下 并说明这两种情况下：功角及无功有无变化？若并说明这两种情况下：功角及无功有无变化？若有，是怎么变化的？有，是怎么变化的？0E0s ine msm EUPxQ1B1 IsxIj1 CAD01EUA2sjI x2(1)励磁(E0)不变，增加有功QPem1P1emP1Qaa01EU2emP有功不变，增加励磁1 IsxIj1 sxIj2 2 I02EsxIj3 QPem1P1emP1Q2QaabbQ11.有一台同步电机，电动势，电流的正方向如图所示。当转子转到图示的这一瞬间。 1）画出励磁磁势在电枢三相绕组中感应电势 ， ， 的相量； 2)

14、已知电枢电流 ， ， 分别滞后电动势 ， ， 电角度。画出电枢反应基波磁势 ； 3） 相对转子的速度是多少？0AE0BE0CEAIBICI0AE0BE0CE060aFaF0 AE0600CE0 BEA相相轴时间轴d轴q轴AIBICIaF 相对速度为012. 设有一隐极电机转子磁势的振幅与定子磁势的振幅相等。发电机端的相电压为3000伏。略去定子电阻及漏抗，内功率因数角分别等于 和 时的空载电势为多少？03006000aafaaEUj I xUEFFEExaUI 0E0EUaEI03003000EU0EaEUI0600300600U1E5795.552 sin15。13.已知一台同步电机的电压电流向量图见下图。 1）若此向量图是按发电机惯例画出，判断该电机是运行在发电机状态还是电动机状态，是过励还是欠励？ 2）若此向量图是按电动机惯例画出，判断该电机是运行在发电机状态还是电动机状态，是过励还是欠励？0sEUj I x0sUEj I x 发电机惯例 电动机惯例0EUIsj I xIU0Esj I x0Ecos0sin0PmUIQmUIcos0sin0PmUIQmUI发出负的有功，为电动机发出正的无功（滞后），过励吸收负的有功，为发电机吸收正的无功（滞后），欠励14.已知一台隐极同步发电机的端