同步電機練習題及答案.doc

《同步電機練習題及答案.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《同步電機練習題及答案.doc（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第六章 同步電機 一、填空 1. ★在同步電機中，只有存在 電樞反應才能實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。 答 交軸 2. 同步發(fā)電機并網(wǎng)的條件是：（1） ；（2） ；（3） 。 答 發(fā)電機相序和電網(wǎng)相序要一致，發(fā)電機頻率和電網(wǎng)頻率要相同，發(fā)電機電壓和電網(wǎng)電壓大小要相等、相位要一致 3. ★同步發(fā)電機在過勵時從電網(wǎng)吸收 ，產(chǎn)生 電樞反應；同步電動機在過勵時向電網(wǎng)輸出 ，產(chǎn)生 電樞反應。 答 超前無功功率，直軸去磁，滯后無功功率，直軸增磁 4. ★同步電機的功角δ有雙重含義，一是 和 之間的夾角；二是 和 空間夾角。 答 主極軸線，氣隙合成磁場軸線，勵磁電動勢，電壓 5. 凸極同步電機轉(zhuǎn)子勵磁匝數(shù)增加使和將 。 答 增加 6. 凸極同步電機氣隙增加使和將 。 答 減小 7. ★凸極同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)，如將發(fā)電機勵磁電流減為零，此時發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩為 。 答 二、選擇 1. 同步發(fā)電機的額定功率指（ ）。 A 轉(zhuǎn)軸上輸入的機械功率； B 轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率； C 電樞端口輸入的電功率； D 電樞端口輸出的電功率。 答 D 2. ★同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時，若所帶負載為感性，則其電樞反應的性質(zhì)為（ ）。 A 交軸電樞反應； B 直軸去磁電樞反應； C 直軸去磁與交軸電樞反應； D 直軸增磁與交軸電樞反應。 答 C 3. 同步發(fā)電機穩(wěn)定短路電流不很大的原因是（ ）。 A 漏阻抗較大； B 短路電流產(chǎn)生去磁作用較強； C 電樞反應產(chǎn)生增磁作用； D 同步電抗較大。 答 B 4. ★對稱負載運行時，凸極同步發(fā)電機阻抗大小順序排列為（ ）。 A ； B ； C ； D 。 答 D 5. 同步補償機的作用是（ ）。 A 補償電網(wǎng)電力不足； B 改善電網(wǎng)功率因數(shù)； C 作為用戶的備用電源； D 作為同步發(fā)電機的勵磁電源。 答 B 三、判斷 1. ★負載運行的凸極同步發(fā)電機，勵磁繞組突然斷線，則電磁功率為零 。 （ ） 答 錯 2. 同步發(fā)電機的功率因數(shù)總是滯后的 。 （ ） 答 錯 3. 一并聯(lián)在無窮大電網(wǎng)上的同步電機，要想增加發(fā)電機的輸出功率，必須增加原動機的輸入功率，因此原動機輸入功率越大越好 。 （ ） 答 錯 4. 改變同步發(fā)電機的勵磁電流，只能調(diào)節(jié)無功功率。 （ ） 答 錯 5. ★同步發(fā)電機靜態(tài)過載能力與短路比成正比，因此短路比越大，靜態(tài)穩(wěn)定性越好。（ ） 答 錯 6. ★同步發(fā)電機電樞反應的性質(zhì)取決于負載的性質(zhì)。 （ ） 答 錯 7. ★同步發(fā)電機的短路特性曲線與其空載特性曲線相似。 （ ） 答 錯 8. 同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)短路電流很大。 （ ） 答 錯 9. 利用空載特性和短路特性可以測定同步發(fā)電機的直軸同步電抗和交軸同步電抗。（ ） 答 錯 10. ★凸極同步電機中直軸電樞反應電抗大于交軸電樞反應電抗。 （ ） 答 對 11. 與直流電機相同，在同步電機中，還是是判斷電機作為發(fā)電機還是電動機運行的依據(jù)之一。 （ ） 答 錯 12. ★在同步發(fā)電機中，當勵磁電動勢與電樞電流同相時，其電樞反應的性質(zhì)為直軸電樞反應 。 （ ） 答 錯 四、簡答 1. ★測定同步發(fā)電機的空載特性和短路特性時，如果轉(zhuǎn)速降至0.95，對試驗結(jié)果有什么影響？ 答 因空載電勢和轉(zhuǎn)速成正比，如果轉(zhuǎn)速降為，則也降低到額定轉(zhuǎn)速下的倍。同步電抗與頻率成正比，也降低到倍，所以短路電流不變。 2. ★為什么大容量同步電機采用磁極旋轉(zhuǎn)式而不用電樞旋轉(zhuǎn)式？ 答 由于勵磁繞組電流相對較小，電壓低，放在轉(zhuǎn)子上引出較方便。電樞繞組電壓高、容量大，放在轉(zhuǎn)子上使結(jié)構復雜、引出不方便。故大容量電機將電樞繞組作為定子，磁極作為轉(zhuǎn)子，為旋轉(zhuǎn)磁極式。 3. ★為什么同步電機的氣隙要比容量相同的感應電機的大？ 答 感應電機的勵磁電流由電源供給，需要從電網(wǎng)吸取感性無功功率，如果氣隙大，則勵磁電流大，電機的功率因數(shù)低，因此在機械允許的條件下，氣隙要盡量小一些。同步電機的氣隙磁場由轉(zhuǎn)子電流和定子電流共同激勵，從同步電機運行穩(wěn)定性考慮，氣隙大，同步電抗小，短路比大，運行穩(wěn)定性高。但氣隙大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，制造成本增加。氣隙大小的選擇要綜合考慮運行性能和制造成本這兩方面的要求。 4. ★同步發(fā)電機電樞反應性質(zhì)由什么決定? 答 電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，在空間上始終保持相對靜止的關系，但電樞反應的性質(zhì)取決于這兩個磁動勢幅值的相對位置，而這一位置與勵磁電動勢和電樞電流之間的相位差，即角度有關，角由決定于負載的性質(zhì)。當與同相時，，電樞反應為交軸電樞反應，交軸電樞反應使氣隙合成磁場幅值增加，而其軸線從主極軸線逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角。當滯后時，電樞反應為直軸電樞反應，其性質(zhì)完全是去磁的。當超前時，，也為直軸電樞反應，其性質(zhì)完全是助磁的。一般情況下，，此時的電樞反應兼有直軸去磁作用和交磁作用。 5. 試述直軸和交軸同步電抗的意義？如何用試驗方法來測定？ 答 在凸極同步電機中，由于氣隙不均勻為了計算方便，將電樞磁動勢分解為和，分別除以直軸磁阻和交軸磁阻，可得到和，它們分別在定子繞組感應電動勢和，寫成電抗壓降形式，即 ， 和分別稱為直軸電樞反應電抗和交軸電樞反應電抗，它們分別反映出上述直軸和記者電樞反應磁通的強弱。 直軸同步電抗為 交軸同步電抗為 和表征了當對稱三相直軸或交軸電流每相為時，三相總磁場在電樞繞組中每相感應的電動勢。 利用空載和短路特性可測定的不飽和值；利用空載和零功率因數(shù)負載特性可測定的飽和值；利用轉(zhuǎn)差法可測定和的不飽和值。 6. ★凸極同步電機中，為什么直軸電樞反應電抗大于交軸電樞反應電抗？ 答 在凸極電機中沿電樞圓周的氣隙是很不均勻的，分析其電樞反應時，要用雙反應理論，即 把 電樞反應磁動勢分解成垂直和平行于電動勢的兩個分量和，它們分別產(chǎn)生直軸電樞反應磁通和交軸電樞反應磁通，相應的電流也分解成兩個分量。因此 或 ， 或 ， 由于直軸磁路的磁導比交軸磁路的磁導要大得多，同樣大小的電流產(chǎn)生的磁通和相應的電動勢也大德多，所以電抗 。 7. ★為什么同步發(fā)電機的短路特性是一條直線？ 答 同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)短路時，電樞磁動勢基本上是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢，氣隙合成磁動勢為，合成電動勢為，即合成電動勢只等于漏抗壓降。所以其對應的氣隙合成磁通很小，電機的磁路處于不飽和狀態(tài)，由于氣隙合成磁動勢，而，所以勵磁磁動勢必然正比于，故短路特性是一條直線。 8. ★為什么從空載特性和短路特性不能測定交軸同步電抗？為什么從空載特性和短路特性不能準確測定直軸同步電抗？ 答 凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式為 三相短路時，由于發(fā)電機的電樞電阻遠小于同步電抗，短路電流可認為是純感性的，即，，，，所以由空載特性測出和短路特性測出可求出直軸同步電抗。由于短路情況下電樞磁動勢基基本上是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢，使氣隙合成磁動勢很小，對應的氣隙合成磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態(tài)，這時求出的是的不飽和值。由于，不能從空載和短路特性求出。 9. ★在直流電機中，還是是判斷電機作為發(fā)電機運行還是電動機運行的依據(jù)之一，在同步電機中，這個結(jié)論還正確嗎？ 答 在同步電機中，勵磁電動勢和電機端電壓都是電壓相量，不能根據(jù)它們的大小來判斷電機的運行狀態(tài)，而應該根據(jù)氣隙合成磁場軸線與主磁極軸線的相對位置來決定。當主磁極場軸線超前合成磁場軸線時，為發(fā)電機狀態(tài)；重合時為調(diào)相機狀態(tài)；滯后時為電動機狀態(tài)。 10. ★什么是同步電機的功角特性？角有什么意義？ 答 當電網(wǎng)電壓和頻率恒定，參數(shù)和為常數(shù)、勵磁電動勢不變時，同步電機的電磁功率只決定于與的夾角，稱為功率角，為同步電機的功角特性。 由于電機的漏阻抗遠小于同步電抗，從空間上看，功率角可近似認為時主磁極軸線與氣隙合成磁場軸線之間的夾角；從時間上，功率角勵磁電動勢與電壓之間的夾角。 11. ★一般同步發(fā)電機三相穩(wěn)定短路，當時的勵磁電流和額定負載時的勵磁電流都已達到空載特性的飽和段，為什么前者取未飽和值而后者取飽和值？為什么一般總是采用不飽和值？ 答 短路時由于電樞反應的去磁作用使氣隙磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態(tài)，此時對應的是的不飽和值。額定負載運行時，氣隙磁通較大，直軸磁路處于飽和狀態(tài)，此時對應的是的飽和值。交軸磁路的氣隙大磁阻大，磁路不飽和，故一般取不飽和值。 12. ★同步電機的氣隙磁場，在空載時是如何激勵的？在負載時是如何激勵的？ 答 空載時，定子繞組中沒有電流，氣隙磁場是由轉(zhuǎn)子繞組中的直流電流激勵的。負載后，定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，其基波以同步速度旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子相對靜止。氣隙磁場是由轉(zhuǎn)子繞組中直流電流和定子繞組中三相交流電流共同激勵產(chǎn)生的。 13. ★同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形是怎樣的?轉(zhuǎn)子表面某一點的氣隙磁通密度大小隨時間變化嗎?定子表面某一點的氣隙磁通密度隨時間變化嗎? 答：凸極同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形接近于正弦波，其中含有一系列 奇數(shù)次諧波；隱極同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形是接近正弦的階梯狀波，其 中也含有一系列奇數(shù)次諧波． 轉(zhuǎn)子表面某一點的氣隙磁通密度大小不隨時間變化＜電樞電流為零時)，但由于轉(zhuǎn)子 是旋轉(zhuǎn)的，因此定子表面某一點的氣隙磁通密度是隨時間變化的． 五、計算 1. ★有一臺三相汽輪發(fā)電機，，，接法，（滯后），作單機運行。由試驗測得它的同步電抗標幺值為。電樞電阻忽略不計。每相勵磁電動勢為，試求分下列幾種情況接上三相對稱負載時的電樞電流值，并說明其電樞反應的性質(zhì)： (1) 每相是純電阻； (2) 每相是純電感； （3）每相是電阻電容性負載。 解 阻抗基值 同步電抗 （1） 純電阻負載時 電樞電流 電流滯后于的角度為 ,故電樞反應是直軸去磁兼交磁作用。 （2） 純電感負載時 電樞電流 此時為 ,故電樞反應是直軸去磁作用。 （3） 阻容性負載且時，電樞電流 此時為 ,故電樞反應是交磁作用。 2. ★有一臺，，聯(lián)接，（滯后）的汽輪發(fā)電機，，電樞電阻略去不計。試求額定負載下勵磁電動勢及與的夾角。 解 故 因 得 3. ★有一臺，，接法，（滯后）的水輪發(fā)電機，，，，試求在額定負載下勵磁電動勢及與的夾角。 解 故 有 令 則 又 則 故 4. ★★有一臺三相1500kW水輪發(fā)電機，額定電壓是6300V，Y接法，額定功率因數(shù)（滯后），已知額定運行時的參數(shù)：，，電樞電阻可略去不計。試計算發(fā)電機在額定運行時的勵磁電勢。 解： 則 將參考向量改為，則有 則 故 5. ★★有一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗標幺值分別等于，電樞電阻可以忽略不計。試計算發(fā)電機的額定電壓，額定容量，（滯后）時發(fā)電機勵磁電動勢。 解：（方法一） 令 計算電動勢 直軸電樞電流 勵磁電動勢 （方法二） 直軸電樞電流 勵磁電動勢 6. ★有一臺，，Y接法，（滯后）的汽論發(fā)電機，其同步電抗標么值為，。試求額定負載下發(fā)電機的勵磁電勢，與的夾角以及與的夾角。 解：以作參考向量，， 由得 所以kV 與的夾角 與的夾角 7. ★有一臺PN＝72500kw，UN＝10.5kV，Y接， 滯后的水輪發(fā)電機，參數(shù)為：，，忽略電樞電阻。試求額定負載下發(fā)電機勵磁電勢和與的夾角。 解：先以為參考，，則 所以 與的夾角 再以為參考向量，則 所以 故 kV 8. ★★有一臺汽輪發(fā)電機數(shù)據(jù)如下：，UN＝10.5kV（Y接法），（滯后），定子每相同步電抗，而定子電阻忽略不計，此發(fā)電機并聯(lián)運行于無窮大電網(wǎng)。試求： （1） 當發(fā)電機在額定狀態(tài)下運行時，功率角，電磁功率。 （2） 若維持上述勵磁電流不變，但輸入有功功率減半時，，電磁功率， 將變?yōu)槎嗌伲? （3） 發(fā)電機原來在額定運行時，現(xiàn)僅將其勵磁電流加大10％，，，，I將變?yōu)槎嗌伲? 解：（1） 由于不計，所以 因為 所以每相 故；km＝倍 （2）若If不變，輸入有功減半時， 因為 所以 因為 所以 故 （滯后） （3）僅將If加大10％時， kV 不考慮飽和影響時， （kV） 因為 ＝1 所以 因為 故 因為 所以 A 9. ★★一臺Y接法水輪發(fā)電機進行轉(zhuǎn)差率試驗，數(shù)據(jù)如下：，，，，阻抗基值為。試求： （1） 直軸同步電抗和交軸同步電抗的標幺值； （2） 額定負載且功率因數(shù)為0.8（滯后）時的勵磁電動勢和功角： 解：（1）直軸同步電抗為 交軸同步電抗為 （2）先求功角 ， 直軸電流 交軸電流 勵磁電勢 10. ★★一臺隱極同步發(fā)電機，在額定電壓下運行，，，試求： （1） 調(diào)節(jié)勵磁電流使用額定電流時，，空載電動勢是多少？ （2） 保持上述不變，當（滯后）時，是多少？ 解：（1）當時，有 （2） 當時，（滯后），則 得 11. ★★有一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗標幺值分別等于，，電樞電阻可以忽略不計。試計算發(fā)電機發(fā)出額定電壓，額定千伏安，（滯后）時發(fā)電機的勵磁電動勢，并作出相量圖。 解：方法一 令 則計算電動勢 與的夾角 直軸電樞電流 勵磁電動勢 方法二： 直軸電樞電流 勵磁電動勢 對應的相量圖如下圖所示 題11相量圖