电机简单复习+思考题(2018.12.10

1、此页勿打印，或自用时删去知识点为大致整理，具体请自己整理，录音已发班群。思考题自制参考答案，来源自己编、辅导书、口度各种方式，仅供参考。附有下划线的问题表示不会，后续会进行补充。有错误和错别字等问题请及时反映谢谢。本资料为李璟欣大佬初稿，本人二次编辑。感谢李大佬的码字和张大佬的支持。1、P223汽轮机结构特点：转子为隐极式；转速高；磁极数小；卧式安装；L/D比 较大；转子上有护换中心环，防止转子径向和轴向移动。水轮机结构特点：凸极结构；转速低；级数多；转动惯量大；直径大；长度短； 立式安装2、P225额定容量Sn与额定功率Pn： Sn同步发电机是发电机出线端的额定视在功 率（单位：kVA/MV

2、A） ； Pn同步电动机指转轴上输出的有效机械功率（单位： kW/MW）同步调相机用发电机出线端输出无功功率表示（kvar/Mvar）三相交流发电机输出的有功功率 PN = 5vcos6v = V/vZiVcos6v三相交流电动机输出的有功功率 Pn =込U “I nCosn额定转速njV（r/nin） = 丛比P3、P228空载运行：气隙磁场山转子磁势单独建立电枢反应：同步电机负载以后，电机内部的磁势和磁场及绕组中感应电势将发生 显著变化，此变化主要由电枢磁势的出现所致。类型：直轴去磁电枢反应（感性无功功率，*=90 ,过励状态），直轴助磁电 枢反应（吸收感性无功，巾=-90 ,欠励），交轴

3、电枢反应电势（发电机0 , 电动机180 ）同步发电机运行状态（-90 90 ）同步电动机（90 270 ）同步电机的运行方式可以由内功率因数角2来判定。同步电机作为发电机运行时 转子磁场较定子磁场超前。以及D, q轴的概念以及Xd,Xq大小和什么因数有关4、P237隐极式/凸极式电压方程，向量图与相关il算（最好用儿何方法，使用时 最好把向量图画上去）。5、P245空载特性，短路特性、负载特性、外特性。相关参数的计算（不饱和电 抗、饱和度、短路比、饱和电抗、漏抗）6、P264同步电机并联运行 条件：（1）发电机频率等与电网频率（2）发电机电压幅值等于电网电压的幅值 （3）发电机的电压相序与电

4、网的相序相同（4）在并网时，发电机的电压相角与 电网电压的相角一样不满足的后果：在发电机绕组中产生环流，引起发电机功率振荡，增加运行损耗, 运行不稳定等问题。方法：准确整步法：直接法（灯光熄灭法），交义法（灯光旋转法），自整步法优缺点：灯光旋转法优点：能看出发电机频率比电网高还是低。准确整步法：优点投入瞬间电网和电机没有冲击；缺点整步过程比较复杂。自整步法：优点投入迅速，不需要增添复杂的装置；缺点是投入时定子电流冲击 稍大7、P266隐极/凸极同步电机的功角特性，运行点变化，功角，功率因数变化，计 算，画图及分析。8、P273有功功率调节，无功功率调节，V形曲线的的区域9、P278同步电动机补

5、偿机无功补偿问题同步电动机启动方法：异步启动法，辅助电机法，变频启动法发电机和电动机区别：电动机电流流入为正，导致.10、同步发电机的不对称运行负序造成的影响：电机影响：2n反响切割感生电势，产生涡流，铁芯本体产生1000Hz电热（1）造成转子绕组过热尤其是汽轮发电机的护环和中心环搭接处（2）转子产生震动产生附加交变转矩引起转子震动（水轮机）11、P308短路电流分量及时间常数问题，计算题，最不利12、P304次暂态、暂态、稳态概念电抗13、P273P313振荡与静态稳定和动态稳定冋题12- 1同步电机的空气隙磁场，在空载时如何激励的在负载状态下如何励磁的如 何确定定子旋转磁场与转子旋转磁场的

6、波形、振幅、转速以及他们之间的相对位置空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是转子绕组中直流电流激励的。负 载时，定子三相电流产生旋转磁动势，其基波以同步速度旋转，与转子相对静止。 气隙磁场是山转子绕组中直流电流和定子绕组中三相交流电流共同激励的。12- 3同步电抗对应于什么磁通为什么说同步电抗是三相电流产生的电抗而他的 数值又是每相值每相同步电抗与每项绕组本身的励磁电抗有什么区别同步电抗对应于三相对称电枢电流产生的电枢总磁通包括电枢反应磁通和 漏磁通两部分。同步电抗反映的是一相绕组的电动势与一相电流的比值，仍是一相的值，但 是感应电动势的磁场却是三相绕组通电共同产生的所以说同步电抗是与三相有

7、关的电抗而数值乂是每相的值。每相同步电抗反映了三相绕组流过对称三相电流形成的合成磁动势所产生 的磁通在一相绕组中感应电动势与一相电流的比值，而每相绕组自身的电抗反映 的是该相绕组通电产主的磁场在自身绕组中所产生感应电动势与自身电流的比 值。124设某同步发电机的负载电流较空载电动势在时间轴上滞后30 ,求定子旋 转磁场与转子旋转磁场间的空间相角关系，这两种磁场在定子绕组中所感应的 电动势间相角差又是如何这是合成旋转磁场的空间位置较转子旋转磁场超前还 是滞后合成感应电动势的时间相位关系将较空载电动势超前还是滞后两种磁场在定子绕组中所感应的电动势间相角差 为120 ,即尸八和休的相位差。转子磁场超

8、前于定子磁场，故合成旋转磁场滞后 于转子旋转磁场。空载电动势超前于电枢反应电动势，即瓦超前于Ea,故合成感应电动势滞后与空载电动势。12-6什么是双反应法为什么凸极同步电机要用双反应法来分析电枢反应隐极同 步电机能不能用双反应法双反应理论：将同步电机的电枢磁动势分解为直轴和交轴两个分量，分别考 虑单独对电机影响。凸极同步电动机有明显的磁极，气隙不均匀，当电枢磁动势与主磁极轴线重 合时，磁路气隙最小，磁阻最小，磁导最大，对应的电抗也最大；当电枢磁动势 处于主磁极的儿何轴线时，磁路气隙最大，磁阻最大，磁导最小，对应的电抗也 最小；当电枢磁动势处于上述两位置之间时，相应的磁阻、磁导及电枢反应电抗 也

9、处于两者之间，随位置不同而变化。采用双反应法，按交、直轴分量来处理可 以简化问题。隐极同步电动机无明显磁极，气隙基本上是均匀的，电枢磁动势无论处 于气隙圆周的哪一位置，遇到的磁阻都是基本相等的，相应的电抗都是不变的。 因此，无需采用双反应法。12-7为什么从空载特性和短路特性不能测定同步电机的交轴同步电抗为什么从 空载特性和短路特性不能准确地测定同步电抗的饱和值为什么感应性负载特性 和空载特性有相同的形状凸极同步发电机的电动势方程式为E0=U + iR(l+j/d X, +儿兀o三相短路时 u=o,由于发电机的电枢电阻远小于同步电抗，短路电流可认为是纯感性的， 即肖=90。，Zg=0, I=I

10、df E0 = jidxd=jixdf 其中垃正比于/。由于人=0, 不能从空载和短路特性求出Xq。由于短路情况下电枢磁动势基基本上是一个纯去磁作用的直轴磁动势，使气 隙合成磁动势很小，对应的气隙合成磁通很小，电机磁路处于不饱和状态，这时 求出的是Xd的不饱和值。$.感性负载时？电枢反应为直轴去磁反应，即0=90,人=0, / = /, E产U+jldX产U+jg,其中饥与/成线性关系。故其有相同的形状。1240同步发电机的短路特性为一直线，为什么设卩的标幺值为1，当短路电流有额定值时，/已等于额定电压，但此时短路特性仍不饱和，为什么因为短路时，短路电流仅受电机本身阻抗的限制，山于电阻比电抗小

11、得多， 短路电流可认为纯电感电流，电枢反应为纯去磁作用，此时的气隙合成磁动势很 小，处于不饱和状态，磁路不饱和时：EqX,而人=如，即Ik oc E() oc If.,所Xd以短路特性为一直线。当短路电流Ik = IN，此时人心等于额定电压，此时的短路 特性仍为直线，因为短路时，电枢反应为纯去磁作用，气隙合成磁动势为 F$ =耳- F& ,耳越大，巧d也越大且仍为去磁，你仍很小，处于不饱和状态， Ik oc E() oc If ,所以仍为一直线。12心为什么说短路比是同步发电机的重要参数之一短路比与同步电抗的关系怎 样汽轮发电机的短路比可以比水轮发电机的短路比小，为什么短路比直接影响同步电机的

12、制造成本和运行性能。(最好回答六个方面)人大= xd小小；&大=*心小= 成本高；&大=心小=心大，稳定性高；你大=小= 短路电流大短路比和同步电抗的关系由公式k(. = kti可知，短路比和同步电抗成反比关系。Xd水轮发电机经过升压变压器和很长的输电线与电网并联，发电机的最大电磁 功率匕”maL 迟/(Xs+Xl + XP，输电线电抗Xl较大,显然过载能力降低,对 稳定运行不利，为了提高远距离输电的静态稳定，希望发电机有较小的Xs，即要 较大的短路比。13- 1同步发电机与电网并列运行，要满足哪些条件如果条件不满足并列运行条 件会产生什么后果四个条件：发电机的频率等于电网频率；发电机的电压幅

13、值等于电网电压的 幅值；发电机的电压相序与电网的相序相同；在并网时，发电机的电压相角与电网电压相角一样。如果上述四个条件有一个不满足，将对发电机运行产生严重的后果。它们都 会在发电机绕组中产生环流，引起发电机功率振荡，增加运行损耗，运行不稳定 等问题。13- 2什么是同步电机的功角特性在推导功角特性时应用了哪些假定6角的时间 空间物理意义是什么功角特性：功率Pm或P随着角而变化的关系（发电机并联到无限大电网 即端电压U和频率f不变；磁路不饱和即同步电抗Xs不变；励磁电流If不改变）时间物理意义：励磁电动势和电压之间的夹角。空间物理意义：转子磁场轴线与合成磁场轴线之间的夹角。13-6在求凸极机的

14、电磁功率时，为什么PmHEoIcos在什么情况Eolcos将较电 磁功率为大在什么情况下Eolcos将较电磁功率较小两者之差代表什么13-7在隐极电机中，定子电流和定子磁场不能相互作用而产生转矩，但在凸极式电机中，定子电流和定子磁场却相互作用而产生转矩，为什么磁阻转矩应该作是同步转矩还是异步转矩为什么定子三相电流流过三相绕组产生旋转磁动势，磁动势作用在磁路上产生磁 场。山于凸极电机气隙不均匀，所以气隙磁场与磁动势相位不同。可以将产生旋 转磁动势的电流等效看成一个整距线圈的电流，该电流所在位置的气隙磁场不为 零，将受力产生转矩。而在隐极电机中磁动势与气隙磁场同相位，即等效的电流 所在位置的磁场为

15、零，不会受力产生转矩。13-8在作同步电动机的向量图时，我们是把它看作同步发电机来处理的，试直 接用电动机的电压方程式，重作同步电动机在过励状态下与欠励状态下相量图。 为何可从相量Eo和U的相对相角关系确定同步电机在发电机状态下运行或在电 动机状态下运行（欠励的自己画，电脑作图太麻烦）隐极机：U = Eo+I（jXs+R）凸极机：U =E)+I R + jld xd+jlqxq同步电机运行状态由气隙合成磁场轴线（Bo）与主磁极轴线（Ffl）的相对位 置来决定。当主磁极场轴线（Ffi）超前合成磁场轴线（Bo）时，为发电机状态， 重合时为调相机状态，滞后时为电动机状态。用时间向量表示，Eo超前于时

16、为发电机状态，滞后时为电动机状态。13-10比较在下列情况下同步电动机的稳定性（1）当有较大的短路比或较小的短路比时（2）一在过励状态下或在欠励状态下运行时（4）在轻载状态下或在满载状态下运行时（5）直接接至电网或通过外电抗接至电网时同步电机与无穷大电网并联运行，功角较小的同步电机稳定性越好。（1）短路比大的同步电机，其同步电抗小，最大电磁功率大，和短路比小的同 步电机比，在有功功率相同的惜况下，功角要小些，故短路比大的同步电机稳定 性较好。（心讥,短路比越大，过载能力越大，稳定性好）（2）有功功率相同时，过励状态下功角较小，故过励状态下稳定性好。（过励 状态时励磁电流大，空载电动势Eo大，功

17、率极限值大，过载能力大，故稳定性 好）（3）轻载时功角小，故轻载时稳定性好。（电机轻载时的运行点比重载时运行 点远离功率极限点，故稳定性好）（4）直接接至电网最大电磁功率大，通过外电抗接至电网最大电磁功率为 匕”唤=迟/(Xs+XQ,外电抗Xi.的影响，最大电磁功率减小。在有功功率相 同的情况下，直接接至电网的同步电机功角要小些，故直接接至电网的同步电机 稳定性较好。13试为同步补偿机做一相量图。该机本身的损耗如何供给向量图如13-8所示，本身损耗通过吸收有功功率供给。14- 1同步电机中，转子绕组对正序旋转磁场起什么作用对负序旋转磁场起什么 作用如何体会正序电抗既同步电抗为什么负序电抗要比正

18、序电抗小很多，而零 序电抗比负序电抗还小当三相绕组中流过零序电流时，合成磁动势为零，为什 么零序电抗不等于零由于正序旋转磁场与转子同步旋转，相对静止，不会在转子绕组中感应电动 势，因此转子绕组对正序旋转磁场不产生影响。这一过程与同步电抗表示的过程 相同，所以正序电抗就是同步电抗。负序旋转磁场转向与转子转向相反，相对转 速为同步转速的两倍，将在转子绕组中感应电动势，产生电流，对负序磁场起削 弱作用，所以负序电抗数值小。三相零序电流大小相等相位相同，流过三相对称绕组时，产生的三相零序合 成磁动势为零。电机气隙中没有零序电流产生的互磁通，仅有漏磁通，故零序电 抗对应的是漏磁通，零序电抗不为零但很小。

19、14- 5负序漏磁通与正序漏磁通有何不同零序漏磁通与正序漏磁通有何不同负序漏磁通和正序漏磁通一样，因为有正序和负序只是相序不同，漏磁通是 一相电流所产生，与相序无关。零序漏磁通和正序漏磁通不同，因为零序电流合 成磁动势中有3和3的倍数次谐波，是脉振磁动势，谐波磁场归入谐波漏磁。另 外槽漏磁也与正序电流不同，在双层短距绕组中，有些槽的上下层导体不属同一 相，零序电流产生的槽漏磁通正序电流产生的槽漏磁小。在整距绕组中零序电流 和正序电流产生的槽漏磁通相同。15- 2试说明下列情况中同步电机的转子电流有没有交流分量：（1）同步运转，定子电流三相对称且有稳定值（2）同步运转，定子电流有稳态值但三相不对

20、称（3）稳定异步运转（4）同步运转，定子电流突然变化（1）定子三相电流对称且有稳定值，它产生的电枢磁动势为一圆形旋转磁动势, 与转子同步运行，故电枢反应磁场与转子相对静止，穿过转子励磁绕组的磁通也 为一恒定值，所以不会在励磁绕组中感应出周期分量电流。（2）三相电流不对称时，电枢磁动势除了有与转子相对静止的正序分量外，还 有一个逆转的负序分量磁动势，它以2nl的转速对转子旋转，在转子中感应出倍 频电流，所以转子电流中有周期分量电流。（3）稳定的异步运行时，转子与定子旋转磁场之间有恒定的转差，电枢磁动势 会在转子绕组中感应出由转差决定频率的交变分量电流。（4）负载电流对称但发生突然变化时，除产生和

21、转子同步的圆形旋转的电枢磁 动势外，因其大小的突然改变，还会使定子产主直流分量电流及恒定磁场，恒定 磁场将在转子绕组中感应出交流分量电流。15- 3试说明瞬态电抗和超瞬态电抗的物理意义。它们和定子绕组的漏抗有什么 不同由于隐极式电机有均匀的空气隙，所以同步电抗Xd和Xq相等，为什么超瞬 态电抗心和耳却又不相等为什么沿交轴的瞬态电抗即等于沿交轴的同步电抗Xq,而沿交轴的超瞬态电抗耳又和Xq不相等在短路初瞬，山于磁链不变原则，短路电流所产生的电枢反应磁通不能通过 转子铁芯去键链转子绕组，而是被挤到转子绕组外侧的漏磁路中。定子短路电流 所产生的磁通所经路线的磁阻变大，此时限制电枢电流的电抗变小，这个

22、电抗称 为瞬态电抗。转子上装有阻尼绕组（闭合回路）的磁链不能突然改变。在短路初始瞬间， 电枢磁通将被排挤在阻尼绕组以外。即电枢磁通依次经过空气隙、阻尼绕组旁的 漏磁路和励磁绕组旁的漏磁路，此时磁链的磁阻更大，与之相应的电抗将有更小 的数值，这个电抗被称为超瞬态电抗。（直轴同步电抗是表征同步电机在对称稳态运行时电枢绕组反应磁场和电 枢漏磁场作用的综合性参数，这时直轴电枢反应磁通ad经过主磁通。所经过 的（直轴）磁路。同步电机在对称突然短路时，电枢反应磁通“ad被挤到阻尼 绕组和励磁绕组漏磁通的路径上去，与此相应的电抗称为直轴超瞬变电抗，这个 磁路的磁阻比主极磁通。（或者ad磁通）所经过的磁路的磁阻大很多，即磁 导小很多，相应的直轴电抗X”d也比Xd小很多。由于阻尼绕组的时间常数较小， 故其电流衰减快。当阻尼绕组电流衰减完毕后，与此相应的电枢反应磁通ad 可以穿过阻尼绕组,这时定子周期性电流改为山Xd限制,Xd称为直轴瞬变电抗。）阻尼绕组或者起阻尼作用的铁芯，导致二者不相等。同步发电机在交轴上没有励磁绕组，故沿交轴的瞬态电抗即等于沿交轴的同 步电抗xq。而同步发电机在交轴上有阻尼绕组或起阻尼作用