电机学 课后答案 第六章

课后答案网课后答案网课后答案网 课后答案网 6-1一台三相同步发电机，PN6600kW，UN6.3kV。Y 接、cnsN0.8 滞后、2p2， Z36，双层短距绕组，yl15，Nc6，a1 试求额定电流时：(1)线圈磁动势基波幅值； (2)一相磁动势基波幅值；(3)三相合成磁动势基波的幅值、转速及转向。 解：(1)IN=P/uncosn=6600/*6.3*0.8=757A 33 每个元件 Ia= IN/a= IN/1=757A =z/2p=36/2=18q=z/2pm=36/2*3=6=60/q=10 Ky1=sin90*y1/=sin90*15/18=0.9659 Kq1=sin(q*/2)/q*sin(/2)=sin(6*10/2)/6*sin(10/2)=0.9561 Kw1= Kq1*Ky1=0.9561*0.9659=0.9235 W=2pq*Wy/=2*6*6/1=72 Fc1=0.9*Ia* Wy* Ky1/p=0.9*757*6*0.9659/1=3948 (2)F1=0.9* IN*W* Kw1/p=0.9*757*72*0.9235=45.3*103 (3)F1=3/2 F1=1.5*45.3*103=68.0*103正向旋转，圆形趋势 n1=60f/p=60*5/1=3000r/min 6-26-2 三相汽轮发电机，三相汽轮发电机， 2500kVA,6.3kV,Y2500kVA,6.3kV,Y 接法，同步电抗接法，同步电抗x xs s=10.4=10.4欧，电枢电阻欧，电枢电阻r ra a=0.0=0.07171 欧。试求额定负载且功率因数为欧。试求额定负载且功率因数为0.810.81 滞后时的感应电动势，功角及电压变化率。滞后时的感应电动势，功角及电压变化率。 解:额定电流 IN=sN/UN=6300/=3627(V) 33 利用电压方程式可求孔在电动势 E0 和功角。 电势 E0=UN+IN(ra+jxs)=3637+229.4-36.8。(0.071+j10.4） =5423.820.4。(V) 功角=20.4 6 6-3-3-3 -3 三相隐极同步发电机，三相隐极同步发电机，Y Y 接法，接法，SN=60kVA,UN=380V,SN=60kVA,UN=380V,同步电抗同步电抗 x xs s=1.55=1.55 欧，电枢电阻欧，电枢电阻略略 去。试求：去。试求： （2 2）当）当 S=37.5kVA,cos=0.8(S=37.5kVA,cos=0.8(滞后滞后) )时的时的 E E0 0和和 （3 3）拆除原动机，不计损耗，求电枢电流。）拆除原动机，不计损耗，求电枢电流。 解： （1）在 S=37.5kVA, cos=0.8(滞后)时, 电枢电流 I=S/UN=37.5103/(380)=57(A) 3 3 U=UN=380/0 。；I=57 -36.87。 3 空载电势E0=U+jIxs=380/+j57-36.87。1.55=282-14.8。(V) 3 （2）拆除原动机，=0，E0 和 U 同相位，则 电枢电流I=(E0- UN)/jxs=(282-220)/j1.55=-j40(A) 6 6-4-4-4 -4 三相隐极发电机，三相隐极发电机，P PN N=7500kVA,cos=7500kVA,cos=0.8=0.8滞后，滞后，U UN N=3150V,Y=3150V,Y 接，同步电抗接，同步电抗 1.61.6欧 ，欧 ， N 不计定子电阻。试求：不计定子电阻。试求： （1 1）当发电机输出额定负载时，发电机的电磁功率）当发电机输出额定负载时，发电机的电磁功率 P PM M, ,功角功角，比整部功率，比整部功率 P Ps s及静态过及静态过 载能力。载能力。 （2 2）再不调整励磁情况下，当发电机输出功率减到一半时，发电机的电磁功率）再不调整励磁情况下，当发电机输出功率减到一半时，发电机的电磁功率 P PM M, , 功功角角 ，比整部功率及负载功率因数，比整部功率及负载功率因数coscos。 解： （1）额定电流 IN=PN/(UNcos)=75000103/(138000.85)=3692(A) 3 N 3 课后答案网课后答案网课后答案网 课后答案网 额定电压UN=13800/=7968（V） 3 直轴同步电抗xd=xd*UN/ IN=1.057968/3692=2.266(欧) 交轴同步电抗xq= xq*UN/ IN=0.657968/3692=1.4(欧) =tg-1(INxq+Usin)/ Ucos = tg-1(36921.4+7968sin31. 78。/79680.85=54。 空载电动式 E0=Ucos(-)+Idxd=7968cos(54。-31. 78。)+ 3692 sin54。2.266=14144(V) 功角=-=54。-31. 78。=22.2。 （2）P=(mUE0/xd)sin+（1/ xq-1/ xd）sin2mU2/2 失去励磁时，E0=0，带入上式得 15000103=（3/2）79682（1/1.4-1/2.266）sin2 功角=17.6。45。,发动机能稳定运行。 6-56-5同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？ 6-66-6什么叫同步电机？怎样由其极数决定它的转速？试问什么叫同步电机？怎样由其极数决定它的转速？试问 7575r/minr/min、50Hz50Hz 的电机是几极的电机是几极 的？的？ 6-76-7为什么现代的大容量同步电机都做成旋转磁极式？为什么现代的大容量同步电机都做成旋转磁极式？ 6-86-8 汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么？为什么有这样的特点？汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么？为什么有这样的特点？ 6-96-9伞式和悬式水轮发电机的特点和优缺点如何？试比较之。伞式和悬式水轮发电机的特点和优缺点如何？试比较之。 6-106-10为什么水轮发电机要用阻尼绕组，而汽轮发电机却可以不用？为什么水轮发电机要用阻尼绕组，而汽轮发电机却可以不用？ 6-116-11一台转枢式三相同步发电机，电枢以转速一台转枢式三相同步发电机，电枢以转速n n 逆时针方向旋转，对称负载运行时，电逆时针方向旋转，对称负载运行时，电 枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的转速又是多少？枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的转速又是多少？ 6-126-12试分析在下列情况下电枢反应的性质。试分析在下列情况下电枢反应的性质。 （1 1）三相对称电阻负载；）三相对称电阻负载； （2 2）纯电容性负载）纯电容性负载，发电机同步电抗，发电机同步电抗；8 . 0 C X0 . 1 t X （3 3）纯电感性负载）纯电感性负载；7 . 0 L X （4 4）纯电容性负载）纯电容性负载，同步电抗，同步电抗。2 . 1 C X0 . 1 t X 6-136-13三相同步发电机对称稳定运行时，在电枢电流滞后和超前于励磁电动势三相同步发电机对称稳定运行时，在电枢电流滞后和超前于励磁电动势的相位的相位差差 0 E 大于大于的两种情况下（即的两种情况下（即和和） ，） ，901809018090 课后答案网课后答案网课后答案网 课后答案网 电枢磁动势两个分量电枢磁动势两个分量和和各起什么作用？各起什么作用？ ad F aq F 6-146-14在凸极同步电机中，如果在凸极同步电机中，如果为一任意锐角，用双反应理论分析电枢反应磁通为一任意锐角，用双反应理论分析电枢反应磁通和和电电 a 枢反应磁动势枢反应磁动势两个矢量是否还同相？两个矢量是否还同相？与它所感应的电动势与它所感应的电动势是否还差是否还差 a F a a E ？90 6-156-15试述交轴和直轴同步电抗的意义。为什么同步电抗的数值一般较大，不可能做得很试述交轴和直轴同步电抗的意义。为什么同步电抗的数值一般较大，不可能做得很 小？请分析下面几种情况对同步电抗有何影响？小？请分析下面几种情况对同步电抗有何影响？ （1 1）电枢绕组匝数增加；）电枢绕组匝数增加； （2 2）铁心饱和程度提高；）铁心饱和程度提高； （3 3）气隙加大；）气隙加大； （4 4）励磁绕组匝数增加。）励磁绕组匝数增加。 6-166-16试根据不饱和时的电动势相量图证明下列关系式。试根据不饱和时的电动势相量图证明下列关系式。 （1 1）隐极同步发电机）隐极同步发电机 cos sin tan UIR UIX a t sincoscos 0ta IXIRUE （2 2）凸极同步发电机）凸极同步发电机 cos sin tan UIR UIX a q sincoscos 0da IXIRUE 其中，其中，为为滞后于滞后于的夹角，即功率因数角；的夹角，即功率因数角；为为滞后于滞后于的夹角；的夹角；为为滞后于滞后于IU I 0 E U 的夹角，且有的夹角，且有。 0 E 6-176-17试证明不考虑饱和时试证明不考虑饱和时和和的公式为的公式为 ad X aq X d N ad k p kN k l mfX 2 1 2 0 4 q N aq k p kN k l mfX 2 1 2 0 4 6-186-18为什么为什么在正常运行时应采用饱和值，而在短路时却采用不饱和值？为什么在正常运行时应采用饱和值，而在短路时却采用不饱和值？为什么 d X q X 课后答案网课后答案网课后答案网 课后答案网 一般总只采用不饱和值？一般总只采用不饱和值？ 6-196-19测定同步发电机空载特性和短路特性时，如果转速降为测定同步发电机空载特性和短路特性时，如果转速降为，对实验结果将有，对实验结果将有什什 N n95 . 0 么影响？如果转速降为么影响？如果转速降为，则实验结果又将如何？，则实验结果又将如何？ N n5 . 0 6-206-20为什么同步发电机三相对称稳态短路特性为一条直线？为什么同步发电机三相对称稳态短路特性为一条直线？ 6-216-21什么叫短路比？它的大小与电机性能及成本的关系怎样？为什么允许汽轮发电机的什么叫短路比？它的大小与电机性能及成本的关系怎样？为什么允许汽轮发电机的 短路比比水轮发电机的小一些？短路比比水轮发电机的小一些？ 6-226-22一台同步发电机的气隙比正常气隙的长度偏大，一台同步发电机的气隙比正常气隙的长度偏大，和和将如何变化？将如何变化？ d XU 6-236-23同步发电机发生三相稳态短路时，它的短路电流为何不大？同步发电机发生三相稳态短路时，它的短路电流为何不大？ 6-246-24同步发电机供给一对称电阻负载，当负载电流上升时，怎样才能保持端电压不变？同步发电机供给一对称电阻负载，当负载电流上升时，怎样才能保持端电压不变？ 6-256-25为什么从开路特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？为什么从开路特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？ 6-266-26低转差法测量低转差法测量和和的原理是什么？如果在实验时转差太大，对测量结果会造的原理是什么？如果在实验时转差太大，对测量结果会造成成 d X q X 什么影响？什么影响？ 6-276-27三相同步发电机投入并联运行的条件是什么？如果不满足条件会产生什么后果？三相同步发电机投入并联运行的条件是什么？如果不满足条件会产生什么后果？ 6-286-28并联于无穷大电网的隐极同步发电机，当调节有功功率输出时欲保持无功功率输出并联于无穷大电网的隐极同步发电机，当调节有功功率输出时欲保持无功功率输出 不变，问此时不变，问此时角及励磁电流角及励磁电流是否改变，此时是否改变，此时和和各按什么轨迹变化？各按什么轨迹变化？ f II 0 E 6-296-29一台同步发电机单独供给一个对称负载（一台同步发电机单独供给一个对称负载（R R 及及 L L 一定）且转速保持不变时，定子电一定）且转速保持不变时，定子电流流 的功率因数的功率因数由什么决定？当此发电机并联于无穷大电网时，定子电流的由什么决定？当此发电机并联于无穷大电网时，定子电流的coscos 又由什么决定？还与负载性质有关吗？为什么？此时电网对发电机而言相当于怎样又由什么决定？还与负载性质有关吗？为什么？此时电网对发电机而言相当于怎样 性质的电源？性质的电源？ 6-306-30画出凸极同步发电机失去励磁（画出凸极同步发电机失去励磁（）时的电动势相量图，并推导其功角特性，）时的电动势相量图，并推导其功角特性，0 0 E 此时此时角代表什么意义？角代表什么意义？ 6-316-31为何在隐极电机中定子电流和定子磁场不能相互作用产生转矩，但是在凸极电机中为何在隐极电机中定子电流和定子磁场不能相互作用产生转矩，但是在凸极电机中 却可以产生？却可以产生？ 6-326-32试证明在计及定子电阻时，隐极发电机的输出功率试证明在计及定子电阻时，隐极发电机的输出功率、电磁功率、电磁功率和功率角和功率角的的 2 P em P 课后答案网课后答案网课后答案网 课后答案网 关系式各为关系式各为 sinsin 2 0 2 tt Z U m Z UmE P sinsin 2 00 tt em Z E m Z UmE P 式中，式中，；为同步阻抗的模，即为同步阻抗的模，即。 t a X R arctan t Z 22 tat XRZ 6 6- -3333同步电动机带额定负载时，如同步电动机带额定负载时，如，若在此励磁电流下空载运行，若在此励磁电流下空载运行，如何如何1coscos 变？变？ 6-346-34从同步发电机过渡到电动机时，功率角从同步发电机过渡到电动机时，功率角、电流、电流、电磁转矩、电磁转矩的大小和方向有的大小和方向有何何I em T 变化？变化？ 6-356-35为什么当为什么当滞后时电枢反应在发电机的运行里为去磁作用而在电动机中却为助滞后时电枢反应在发电机的运行里为去磁作用而在电动机中却为助cos 磁作用？磁作用？ 6-366-36一水电厂供应一远距离用户，为改善功率因数添置一台调相机，此机应装在水电厂一水电厂供应一远距离用户，为改善功率因数添置一台调相机，此机应装在水电厂 内还是在用户附近？为什么？内还是在用户附近？为什么？ 6-376-37有一台同步电动机在额定状态下运行时，功率角有一台同步电动机在额定状态下运行时，功率角为为。设在励磁保持不变的情。设在励磁保持不变的情况况30 下，运行情况发生了下述变化，问功率角有何变化（定子电阻和凸极效应忽略不计下，运行情况发生了下述变化，问功率角有何变化（定子电阻和凸极效应忽略不计）：）： （1 1）电网频率下降）电网频率下降 5%5%，负载转矩不变；，负载转矩不变； （2 2）电网频率下降）电网频率下降 5%5%，负载功率不变；，负载功率不变； （3 3）电网电压和频率各下降）电网电压和频率各下降5%5%，负载转矩不变。，负载转矩不变。 6-386-38同步电动机为什么没有起动转矩？其起动方法有哪些？同步电动机为什么没有起动转矩？其起动方法有哪些？ 6-396-39为什么变压器的正、负序阻抗相同而同步电机的却不同？同步电机的负序阻抗与感为什么变压器的正、负序阻抗相同而同步电机的却不同？同步电机的负序阻抗与感 应电机相比有何特点？应电机相比有何特点？ 6-406-40负序电抗负序电抗的物理意义如何？它和装与不装阻尼绕组有何关系？的物理意义如何？它和装与不装阻尼绕组有何关系？ X 6-416-41有两台同步发电机，定子完全一样，但一个转子的磁极用钢板叠成，另一个为实心有两台同步发电机，定子完全一样，但一个转子的磁极用钢板叠成，另一个为实心 磁极（整块锻钢） ，问哪台电机的负序阻抗要小些？磁极（整块锻钢） ，问哪台电机的负序阻抗要小些？ 6-426-42为何单相同步发电机通常都在转子上装阻尼作用较强的阻尼绕组？为何单相同步发电机通常都在转子上装阻尼作用较强的阻尼绕组？ 6-556-55步进电动机的原理是怎样的？步进电动机的相数与极数有何联系？步进电动机的原理是怎样的？步进电动机的相数与极数有何联系？ 课后答案网课后答案网课后答案网 课后答案网 6-436-43有一有一、Y Y 联接、联接、（滞后）的汽轮发（滞后）的汽轮发电电kWPN25000kVUN 5 . 108 . 0cos N 机，机，电枢电阻略去不计，试求额定负载下发电机的励磁电动势，电枢电阻略去不计，试求额定负载下发电机的励磁电动势及及与与13 . 2 t X 0 E 0 E I 的夹角的夹角。 6-446-44有一有一、，Y Y 联接、联接、（滞后）的水轮发（滞后）的水轮发电电kWPN72500kVU N 5 . 108 . 0cos N 机，机， 试求额定负载下发电机的励磁电动势， 试求额定负载下发电机的励磁电动势及及与与的的0 a R1 d X554 . 0 q X 0 E 0 E U 夹角。夹角。 6-456-45有一台三相有一台三相 15001500kWkW 水轮发电机，额定电压为水轮发电机，额定电压为 6300V6300V，Y Y 联接，额定功率因数联接，额定功率因数 （滞后） ，已知它的参数（滞后） ，已知它的参数，电枢电阻可略去不计，电枢电阻可略去不计， ，8 . 0cos N 2 . 21 d X 7 . 13 q X 试绘相量图并计算发电机在额定运行状态时的励磁电动势试绘相量图并计算发电机在额定运行状态时的励磁电动势。 0 E 6-466-46某三相某三相 7250072500kWkW 水轮发电机，水轮发电机，Y Y 联接，联接，（滞后） ，（滞后） ，kVUN 5 . 108 . 0cos N 。电机的空载、短路和零功率因数特性如下：。电机的空载、短路和零功率因数特性如下：554 . 0 q X 空载特性空载特性 短路特性短路特性 零功率因数特性（零功率因数特性（时）时） N II 设设，试求：，试求： p XX9 . 0 （1 1）（不饱和值） ，（不饱和值） ，（饱和值） ，（饱和值） ，和短路比；和短路比； d X d X aq X 0 U0.550.551.01.01.211.211.271.271.331.33 f I0.520.521.01.01.511.511.761.762.092.09 k I 0 01 1 f I 0 00 0965965 U 1 10 0 f I 2 2115115 课后答案网课后答案网课后答案网 课后答案网 （2 2）和和。 fN IU 6-476-47一台一台 1200012000kWkW 的的 2 2 极汽轮发电机，极汽轮发电机，Y Y 联接，联接，（滞 后） 。（滞 后） 。VU N 63008 . 0cos N 已知定子有已知定子有 4848 槽，每槽两个导体，绕组节距槽，每槽两个导体，绕组节距槽，一条并联支路，转子励磁槽，一条并联支路，转子励磁20 1 y 绕组每极绕组每极 240240 匝。匝。略去不计，略去不计，空载特性如下：，空载特性如下： a R0 . 1 f k 短路特性为一过原点的直线。在短路特性为一过原点的直线。在时，时，, ,试求：试求： Nk IIAI f 127 （1 1）同步电抗）同步电抗（不饱和值） ；（不饱和值） ； t X （2 2）额定负载运行时的励磁电流）额定负载运行时的励磁电流及电压调整率及电压调整率。 fN IU 6-486-48一台汽轮发电机，一台汽轮发电机，（滞后） ，（滞后） ，电枢电阻可以忽略不计。该发，电枢电阻可以忽略不计。该发8.0cos 0 . 1 t X 电机并联在额定电压的无穷大电网上。不考虑磁路饱和程度的影响，试求：电机并联在额定电压的无穷大电网上。不考虑磁路饱和程度的影响，试求： （1 1）保持额定运行时的励磁电流不变，当输出有功功率减半时，定子电流标幺值）保持额定运行时的励磁电流不变，当输出有功功率减半时，定子电流标幺值 I 和功率因数和功率因数各等于多少？各等于多少？cos （2 2）若输出有功功率仍为额定功率的一半，逐渐减小励磁到额定励磁电流的一半，）若输出有功功率仍为额定功率的一半，逐渐减小励磁到额定励磁电流的一半，问问 发电机能否静态稳定运行？为什么？此时发电机能否静态稳定运行？为什么？此时和和又各为多少？又各为多少？ Icos 6-496-49一台汽轮发电机并联于无穷大电网， 额定负载时功率角一台汽轮发电机并联于无穷大电网， 额定负载时功率角， 现因外线发生故， 现因外线发生故障 ，障 ， 20 电网电压降为电网电压降为，问：为使，问：为使角保持在角保持在，应加大励磁使，应加大励磁使上升为原来上升为原来的的 N U%6025 0 E 多少倍？多少倍？ 6-506-50一台一台5000050000kWkW、13800V13800V（Y Y联接） 、联接） 、（滞后）的水轮发电机并联于一无（滞后）的水轮发电机并联于一无8 . 0cos N 穷大电网上，其参数为穷大电网上，其参数为，并假定其空载特性为一，并假定其空载特性为一0 a R15 . 1 d