同步电机习题

1、电气教研室高宁宇o 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何励磁的？在负载时是如何励磁的？o 空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是由转子绕组中直流电流励磁的。负载后，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。气隙磁场是由转子绕组中得直流电流和定子绕组中的三相交流电流共同产生。为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？o 由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便。电枢绕组电压高、电流大、容量大，放在转子上使结构复杂，引出不方便。故大容量电机将电枢绕组组为定子、磁极作为转子，为旋转磁极式。o 异步电动机的气隙比同步电动机的气隙大还是小异步电动机的气隙

2、比同步电动机的气隙大还是小?为什么？为什么？o 异步电动机的气隙比同步电动机的气隙小。异步电动机的气隙比同步电动机的气隙小。o 异步电动机的励磁电流由三相交流电源提异步电动机的励磁电流由三相交流电源提供，需要从电网吸收感性无功功率，如果气隙大，供，需要从电网吸收感性无功功率，如果气隙大，则磁阻大，所需的励磁电流就大，使异步电动机则磁阻大，所需的励磁电流就大，使异步电动机功率因数变坏，即降低，因此在机械允许的条件功率因数变坏，即降低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽量小些。下，气隙要尽量小些。o 同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，从同步电机运行

3、稳定性考虑，气隙大，共同激励，从同步电机运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。但气隙同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。但气隙大，转子用铜量增大，制造成本增加。大，转子用铜量增大，制造成本增加。o 气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成本这两方面的要求造成本这两方面的要求答答:电枢反应的性质取决于内功率因数角电枢反应的性质取决于内功率因数角，即取决于激，即取决于激磁电动势磁电动势E E0 0与电枢电流之间的夹角与电枢电流之间的夹角 。交轴电枢反应起交磁作用（有助磁效应）；交轴电枢反应起交磁作用（有助磁效应）；直轴电枢反应起去磁或助磁作

4、用。直轴电枢反应起去磁或助磁作用。当当0 0o o9090o o时，既存在交轴电枢反应，也存在直轴电时，既存在交轴电枢反应，也存在直轴电枢反应（去磁作用）；枢反应（去磁作用）；当当-90-90o o X Xq q 与与 的范围随着各个时期的设计制造水平的的范围随着各个时期的设计制造水平的差异有所不同。这里给出一个参考答案：差异有所不同。这里给出一个参考答案： Xd*=0.72.5, Xq*=0.41.3*dX*qX 在直流电机中，在直流电机中，EU是判断电机作是判断电机作电动机运行还是发电机运行的主要依据之一。在电动机运行还是发电机运行的主要依据之一。在同步电机中，这个结论还正确吗？同步电机中

5、，这个结论还正确吗？答：在同步电机中，励磁电动势和电机端电压都是相答：在同步电机中，励磁电动势和电机端电压都是相量，不能根据它们的大小来判断运行状态，而应根量，不能根据它们的大小来判断运行状态，而应根据它们的相位（或主极磁场与合成磁场的相对位置）据它们的相位（或主极磁场与合成磁场的相对位置）或电磁转矩的性质来判断：或电磁转矩的性质来判断： 当激磁电动势超前于端电压时（主极磁场轴线当激磁电动势超前于端电压时（主极磁场轴线沿旋转方向超前于合成磁场轴线），电磁转矩为阻沿旋转方向超前于合成磁场轴线），电磁转矩为阻转矩（制动性质），此时是发电机状态；当激磁电转矩（制动性质），此时是发电机状态；当激磁电动

6、势滞后于端电压（主极磁场轴线沿旋转方向滞后动势滞后于端电压（主极磁场轴线沿旋转方向滞后于合成磁场轴线），电磁转矩为驱动性质，此时是于合成磁场轴线），电磁转矩为驱动性质，此时是电动机状态；当激磁电动势与端电压同相时（主极电动机状态；当激磁电动势与端电压同相时（主极磁场轴线与合成磁场轴线重合），电磁转矩为磁场轴线与合成磁场轴线重合），电磁转矩为0，此时是补偿机（调相机）状态。此时是补偿机（调相机）状态。 同步电机的功率角有什么物理意义？o 从空间上看，功率角为主磁极轴线与电枢合成磁场轴线之间的夹角。o 从时间上看，功率角是激磁电动势相量与端电压相量之间的夹角。同步发电机与大电网并联运行时，其功率因

7、数由什么决定？单机运行时呢？o 当同步发电机与大容量电网并联行时，电网电当同步发电机与大容量电网并联行时，电网电压及频率可认为是常数。发电机的有功电流由压及频率可认为是常数。发电机的有功电流由其输入转矩的大小决定；而无功电流则由励磁其输入转矩的大小决定；而无功电流则由励磁电流及其产生的激磁电动势决定。电流及其产生的激磁电动势决定。o 在一定的有功电流下改变励磁电流可以调节发在一定的有功电流下改变励磁电流可以调节发电机的功率因数；在一定的励磁电流下改变有电机的功率因数；在一定的励磁电流下改变有功电流时也调节了发电机的功率因数。故调节功电流时也调节了发电机的功率因数。故调节输入转矩或励磁电流都可以

8、改变发电机的功率输入转矩或励磁电流都可以改变发电机的功率因数。因数。o 同步发电机单机运行时，其功率因数由负载性质同步发电机单机运行时，其功率因数由负载性质所决定。所决定。o 若为纯电阻负载，功率因数为若为纯电阻负载，功率因数为1 1；若为纯电感或纯；若为纯电感或纯电容负载则功率因数为电容负载则功率因数为0 0；若为感性阻抗混合负载；若为感性阻抗混合负载则为滞后功率因数；容性阻抗混合负载则为超前则为滞后功率因数；容性阻抗混合负载则为超前功率因数。功率因数。o 改变发电机励磁电流大小时，将影响发电机的电改变发电机励磁电流大小时，将影响发电机的电势、端电压及输出功率的大小，但不影响功率因势、端电压

9、及输出功率的大小，但不影响功率因数；若改变频率（转速），将影响发电机的电势、数；若改变频率（转速），将影响发电机的电势、同步电抗和负载电抗，因而将影响功率因数。同步电抗和负载电抗，因而将影响功率因数。 同步发电机与大电网并联运行时，其功率因数由什么决定？单机运行时呢？6-8 有一台有一台70000kVA、60000kW、13.8kV（星形联结）（星形联结）的三相水轮发电机，交、轴同步电抗的标幺值分别为的三相水轮发电机，交、轴同步电抗的标幺值分别为Xq* =0.7,Xd*=1,试求（试求（1）额定负载时发电机的激磁电动势）额定负载时发电机的激磁电动势E0*(不计磁饱和与定子电阻不计磁饱和与定子电

10、阻)；（；（2）功率角功率角。31 85714. 07000060000cosNNNNSP解：所讲的三种方法求解：可用下面且不考虑定子电阻时，额定运行以端电流为参考相量，798.5431cos17 . 0131sin1arctancossinarctan0aqRIUXIU解法一：732.10 .1798.54sin131798.54cos1sincoscos0000dddXIUXIUE0EI0UqqXIjddXIjdIqI轴d798.54487. 1017 . 0311jXI jUEqQ解法二：798.540可知：三者同相及与由于qddQXXI jEE0732.17 .00 .1798.54s

11、in1487.10qddQXXIEE所以得：I0UaRIdIqIqXIjqddXXIjQE0E798.54487. 1017 . 0311jXI jUEqQ解法三：798.540可得：202.358171.090798.54798.54sin190sin00IId798.5457646. 0798.54798.54cos1cos00IIq798.54732. 17 . 0798.5457646. 00 . 1202.358171. 03110jjXI jXI jUEqqdd732.10E所以得出：0EI0UqqXIjddXIjdIqI轴dI0UaRIdIqIqXIjqddXXIjQE0E6-1

12、5 有一台有一台Xd *=0.8，Xq*=0.5,的凸极同步发电机与电网的凸极同步发电机与电网并联运行，已知发电机的并联运行，已知发电机的U=1, I=1, cos=0.8（滞后）（滞后）电枢电阻略去不计，试求发电机的：电枢电阻略去不计，试求发电机的： E0=?,N=? (2)Pe(max)=?(E0保持为上面的值保持为上面的值)87.368 . 0arccos) 1 (解：6 .08 .01cos1sin22所以：97.538 . 015 . 016 . 01arctancossinarctan0aqRIUXIU1.1787.3697.530603.18.097.53sin11.17cos1sincoscos00dddXIUXIUE0EI0UqqXI jddXI jdIqI轴d2sin375. 0sin00375. 22sin8 . 015 . 0121sin8 . 01603. 12sin112sin20)(dqdeemazeXXmUXUmEPPP的表达式：先写出下面求0