第6章同步电机《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)

1、第6章第6章同步机问题解答练习题解答6-1同步机有哪些运行状态，如何区别？ a :同步电滚子有发电机的运行状态、电滚子的运行状态、补偿机的运行状态三种运行状态。 发电机运转时，电动机的电力角大于0，电动机处于将机械能转换成电能的电滚子运转状态时，电力角小于0时，电滚子在将电能转换成机械能的补偿机运转状态下，电力角等于0，电动机只发出无效电力什么是6-2同步电机的电枢反应？ 电子反应的性质取决于什么？ a :电枢磁通势的基波对空气隙基波磁场的影响称为电枢反应。 电枢反应的性质取决于内力率角，即电枢电流比励磁电动势慢的角度。 在内部功率因数角等于0的情况下，若仅产生交轴电枢反应的内力率角大于0且小

2、于9.0，则除了交轴电枢反应之外，还会发生减磁的直轴电枢反应. 试验6-3交流轴和直轴电枢反应对同步发电机的能量转化和运转性能的影响。 a :同步发电机并联网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率，交轴电枢反应影响电机输出的有功功率。 在同步发电机单体运行时，直轴电枢反应影响发电机的输出电压，交轴电枢反应影响发电机的有效输出。 试验6-4电子反应电抗a X的意义。 a :电枢反应电抗器a X是与电枢反应主磁通对应的电抗器，与单位电枢电流产生的电枢反应电动势在数值上相等。 试制6.5极同步发电机的纯电阻负荷时的相量图，说明此时的电子反应的性质。 a :阴极同步发电机在纯电阻负荷下运行时的相量

3、图如图6-1所示。 在该状态下，直轴电子反应退磁，交轴电子反应交磁。 图6-1纯电阻负荷时的隐极同步发电机相量图6-6为什么使用2反应理论分析突极同步电滚子？ 凸极同步发电机负载运行时，如果不等于0，不等于9.0，则电枢磁场的基波和电枢磁通势的基波在空间上同相，询问有木有。 a :凸极同步电滚子采用双重反应理论是由于凸极同步电滚子的空气隙不均匀，直轴空气隙小，交轴空气隙大，同一基波电枢反应磁通势作用在不同位置时产生的基波磁场不同，给分析带来了不便。 采用双重反应理论可以解决这个问题。 在凸极同步发电机负载运行时，内力率角0既不等于0也不等于9.0时，由于直轴和交轴的磁敏电阻不同，电枢基本波磁场

4、和电枢基本波磁通势轴将不能一致，即相位不同. 6-7试验直轴和交轴的同步电抗的意义。 dxx和q X的大小与什么因素有关？ * d X和* q X通常在哪个范围内？ a :凸极同步电抗dxx对应于直轴电枢反应磁场，数值与单位直轴电枢电流产生的电枢反应电动势相同的交轴同步电抗q X对应于交轴电枢反应磁场，数值与单位交轴电枢电流产生的电枢反应电动势相同。 透平机发电机5 . 290. 0 * d X，* 90. 0 dq XX； 关于突极同步发电机6 . 165. 0 * d X、0 . 140. 0 * q X关于同步电滚子2 .关于2 . 25 . 1 * d X、40. 195. 0 * q

5、 X。 6-8有1台三相同步发电机，额定容量20kVA N S、额定电压400V N U、额定功率率8 . 0cos N、额定频率50Hz N f、额定转速min/1500r N n。 (1)求出该发电机的极对数p和额定电流ni；(2)额定运行时发电机发电的有功功率和无功功率。解： (1)电机极对数2 1500 506060 N N n f p额定电流a87.284001020nNNUSI(2)额定功率kW168 . 020cos NNN SP的额定运行时输出的无效功率kvar126 . 020sin NNN SQ 6-9为400kW、6300V 有8 . 0cos N (迟滞现象)的三相凸极

6、同步发电机，在额定状态下运行时，在6.0，7400 v0e (各相值)下，求出了该机的dxx和q X (磁饱和和电枢电阻除外)。 解：额定相电压V3 .3637 3 6300 3 N N U U额定电流a82.45.06300310400cos3nnNUI电力角13.2387.36608 . 0arccos 00 N直轴电枢电流A68.3960sin82.45sin 0 Nd II交轴电枢电流A91.2260cos82 45cos 0 Nq II的直轴同步电抗2 .102 cos 0 d d I UE X的直轴同步电抗36.62 sinqqqux6- 1.0有70000kVA、60000kW、

7、13.8kV (星形连接)的三相水轮发电机的交、直轴同步电抗的标度值为它在d X、7.0*QQ下，求出额定负载时的发电机的励磁电动势* 0 E (磁饱和和定子电阻除外)。 解：电机额定运行时电压和电流的标准值0 . 1 0 . 1 * IU功率因数角31700060000 arccosarccosnsp 515.031 sinsn 857.031 coscos内力率角8.5408057.0.0515.0 cossinarctan * 从0 a q RIU XIU图6-2凸极同步电机的相量图相量图6-2， v 732.1.0.1817.0.8.2.3 coscos0ddx iue直流轴电流标准值

8、A817. 08 .54sinsin 0 IId电力角8 .23318 .54 0 6-11上有透平机发电机的数据：额定容量SN=15000kVA，额定电压UN 6.3kV (明星根据无负载短路试验，励磁电流/A 102(f0 I) 158 (fk I )电枢电流A/I (根据短路特性求出)线间电压V/L U (根据无负载特性求出) 887137563007352535253525352535253525352535253525352535253525353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535

9、3535353535353535353 5353535353535353535353535353535353535353 (2)短路比(3)忽略磁饱和和电枢电阻，额定负载时发电机的励磁电动势E0。 解：额定相电压V3 .3637 3 6300 3 N N U U额定电流a 13756300310150003 nnnnnusii阻抗的基值645.21375.3637NUSIZz(1)取自线性化无负载特性和短路特性， 励磁电流为102A时，无负载线电位为8000V，短路电流为887A，因此同步电抗的不饱和值为21. 5 887 3/8000 0 I E Xs不饱和同步电抗标准值为97.1645.2

10、.5bszx由无负载特性和短路特性得到，励磁电流为102A时， 无负载线电位为6300V，短路电流为887A，因此同步电抗器的饱和值为10. 4 887 3/6300 0 (I E Xs饱和)饱和同步电抗器标准值55. 1 645. 2 10. 4 1 (和)饱和sX (2)短路比646.0158645.055.111* fkfscsiikkxk (饱和) (3)饱和或忽略电枢电阻时励磁电动势的尺度值v 4.8.35692.287.360.197.100.1 *0ss Xi jjxi Jue励磁电动势(相) V6 .97913 .3637692. 2 00 N UEE励磁电动势(线) v6.1

11、695963692.200nquee6-12位于1.2问题6-11的透平机发电机，除了数据以外，已知电枢梯形电抗p X=0.42的电动机的无负载特设如下Lu045005500600065007500a/fi 06052525352535253525352535253525353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535352525353525353535353535353535353535 5353解：为了便于作图，将励磁电动势

12、设为标准值* Ulu0. 7140.8730.9521.0321.190.2.7 fi/a 0.5352535253525352535253525352535253535253535253535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353525352535352535353535353535353535 60 . 1 * I的保持器电抗的标度值1588.0645.242.0*bpzpix首先描绘无负载特性曲线，并且如图6-3中所示，根据A158 fK I

13、确定短路点k。在无负载特性fi*0e*u*e*ppxiJFAFF*iffni图6-3电动势-磁通势图中取r点，线段RT的长度为*I X p=0.1588，*I X p对应的励磁磁通势(用励磁电流表示)为15A，额定电流下电枢电流的等效磁通势(用励磁电流表示)为158 然后制作电动势的电动势图，如图6-3所示，得到额定电压调整率&u、额定励磁电流A252 fN I。 在MATLAB计程仪程序中求出了电压规则(% )=24.0478，Rated field current=250.5732A。 有1台6-13水轮发电机，额定容量15000kVA N S，额定电压13.8kV N U，y连接，额定功

14、率率8 . 0cos N (迟滞现象)，梯形电阻p X=3.05，额定负载时电枢反应的等效磁通势以励磁电流表示为135A，发电机的无负荷曲线如下： v/u020003600630078000955010350a/fi 04535253525352535253535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353 无负载特性为正规值形式* u

15、0. 2510.4520.7910.979.1171.1991.2551.299 fi/a 045252525252535253525352535253525353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535252525353525353535353535353535353535 53535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353 bpzpix源

16、柱计程仪% exercise6- 1.3 culatevoltagereginonp ee0=0. 2510.4520.7910.979.117.1991.2551.299； % puvolueiif=045150250350400； %A U=1.0； % pu卷pf=0. 8； Xp=0.24； % pu卷ifk=158； % a输入=1. 0； % pu卷ra=0. 0； 卷故障=原始(0.8)故障=原始(u * sin (故障) in * XP )/(u * cos (故障) in * ra )； 其中，e=sqrt 2，f=中间1，ee 0，IIf，e，e) KadFa=135； f

17、fn=sqrt (f2kadfa2-2* f * kadf a *操作系统(pi/2配置失败) )； e0=中间1 (IIF，EE0，ffn )增量=(e0- u )/u * 100； 电压规则(% )、数字2 str (增量)； 指示符(速率字段当前=，数字2 str (ffn ) )； 运行结果：电压调整(% )=28.6146 ratedfieldcurrent=385.3932 -有1.4为25000kW、10kV (星空卫视连接)、8 . 0cos N (迟滞现象)的透平机发电机，其空载短路试验的数据可由无负荷曲线kv/Ulu0. 210.512.313.4.6、1.4.5a/fi 077.5155232388短接曲线A/I 1718 A/f I 280是发电机的梯形电阻432. 0 p X，励磁线圈电阻461. 0 f75 R