(整理)同步发电机习题

1、三、作图题1、当一台隐极同步电机发出有功功率，同时发出纯感性无功功率时，分别按电 动机惯例和发电机惯例画出电动势相量图2、作出凸极发电机的电动势相量图 P2523、 画出隐极同步发电机的电动势相量图和等效电路图。P2474、 作出同步发电机的外特性和调整特性。P2675、作出同步发电机的V形曲线，并说明其特点。P293四、简答题1、简述同步发电机的工作原理。2、简述同步发电机用相灯法并网时，条件不满足时所呈现的现象，应采取的措 施。 频率不等时，三个相灯将呈现着同时暗，同时亮的交替变化现象。这时， 只要调节原动机的转速；电压不等时，相灯没有绝对熄灭的时候，而是在最亮和 最暗范围闪烁。这时，只要

2、调节发电机的励磁电流，使它们的电压相等；相序不 等时，相灯不一样明暗，并出现旋转现象。这时，只要把发电机接到并联开关的 任两根线互相对调一下接头：相角不等时，相灯不会熄灭，这时，只要把发电机 和原动机转速稍为调节一点，直到三个相灯都熄灭。3、简述同步发电机用灯光旋转法并网时，条件不满足时所呈现的现象，应采取 的措施。3、简述同步发电机采用自同步法合闸的操作过程。事先校验好发电机的相序，启动发电机后，把转速调到接近同步速。不加励 磁（励磁绕组经限流电阻短路），合上并联刀闸，再立即加励磁，靠定转子之间 的电磁力，自动牵入同步。这种方法的优点是操作简单迅速， 不需增加复杂的并 联装置，缺点是合闸后，

3、有电流冲击。4、同步发电机并联合闸的条件？若四个条件中有某一个不符合时，应采取什么 措施使之满足并联条件。并联运行的四个条件是发电机和电网的频率，电压幅值，电压相序及电压的 初相角分别相同，并联条件中的某一个不符合时，并网时会产生很大的电流冲击。发电机和电网的频率不等时应调节原动机的转速，电压大小不等时应调节发 电机的励磁电流，相序不一致时应将发电机接至并联开关的任意两根线互相对调 初相角不同时，应调节原动机的转速。5、 一台并联于无限大电网运行的同步发电机，其电流滞后电压，若逐渐减小其 励磁电流，试问电枢电流如何变化？并联运行时，若电枢电流滞后于电压，则发电机发出感性无功功率。减小励 磁电流

4、if时，发电机发出的有功功率不变（不计电枢电阻）。因此，电枢电流I 变化的轨迹是垂直于U的直线。随着if的减小，I由滞后于U变为与U同相； 若进一步减小if , I将超前于U。I的有效值，在I滞后于U时随if减小而变小； 在I超前于U时，则随if的减小而增大。& 一台与电网并联运行的同步发电机，仅输出有功功率，无功功率为零，这时 发电机电枢反应磁动势的性质是什么？此时sin © =0，即© =0 I与U同相 画出电动势相量的图可知 此时电枢反应 的磁动势性质为直轴去磁磁动势和交轴磁动势。为什么当cos滞后时，电枢反应在发电机的运行里显示出去磁作用；而在电动机中起增磁

5、作用？因为在发电机和电动机中，电流I的正方向规定得正好相反，如图19-1(a)，(b)所示。在发电机中，正的I产生正的电枢反应磁动势 Fa ；而 在电动机中，正的I产生负的电枢反应磁动势 Fa。因此，当COS ©为滞 后即I滞后于U时，在发电机中Fa起去磁作用，在电动机中Fa则气增 磁作用，相应的时空-矢量图分别如图19-1 ( C) (d)所示7、 同步电动机欠励运行时，从电网吸收什么性质的无功功率？过励时，从电网吸收什么性质的无功功率？同步电动机欠励，过励运行时，分别从电网吸收感性和容性无功功率。8、 并联于电网上运行的同步电机， 从发电机状态变为电动机状态时， 其功率角&quo

6、t;电磁转矩T、电枢电流I及功率因数cos 各会发生怎样的变化？功率角B和电磁转矩T先都逐渐减小，减为零后，再随负载增加而反向逐渐 增大。随着B减小，电枢电流I和功率因数cos©的值也减小。当B减至零时， I的值达到最小值，cos © =0，即卩© =90°。之后，随着B反向增大，I和cos © 的大小又都增大，但cos ©符号与原来发电机时的相反，即仍采用发电机惯例时， 有©90°，而无功功率的性质(感性或容性)未变。9、并联于无限大电网运行的隐极同步发电机，当调节发电机有功功率输出而保 持无功功率输出不变时，功

7、率角及励磁电流是否变化？电流和空载电动势的变化 轨迹是什么？调节有功功率P时，功率角B要随之变化，无功功率 Q也随之变化。要保 持无功功率Q不变，就必须同时调节励磁电流if。不计电枢电阻，要使无功功 率Q不变，则应Isin ©二常数，因此电枢电流I的轨迹是一条平行于U的直线， IXcsin ©也为常数，因此Eo的轨迹是一条与U垂直的直线，与jlXc的轨迹相同。 I 与 Eo 的 变 化 轨 如 图 18-1 所 示 。氏的轨迹图 18-110、并联在电网运行的同步发电机，当保持励磁电流不变时，调节发电机输出的有功功率，输出无功功率变不变？试问电流和空载电动势变化规律是什么？

8、If不变时，Eo不变，调节有功功率时，功率角B就要改变。由于 Eo的轨迹是一个圆弧，U不变，因而JIX的轨迹也是一个圆弧，则 I的轨迹也是一个圆弧，相应的电动势相量-L C r _ 垃图如图18-2所示，电流I的轨迹可由求出 从图可以看出，随着有功功率的变化，0角要变化，随之0角要变化，I变化，Icos $变化Isin $也变化，也就 是说，无功功率的大小会变化，性质也可能改变。m 12五、计算题1、有一台隐极同步发电机带三相对称负载，cos -1此时，U =UN,I = IN若该电机的屮Eo6附)6故21X13EoX.-：=0.15,Xa =0.85电枢电阻略去不计。用时间相量求出空载电动势

9、2、一台三相星形联结1500KW 的水轮同步发电机，额定电压6300V,额定功率因素cos N =0.8 （滞后）,已知它的参数Xd =21.3jXq =13.7门忽略电枢电阻 試求:1 Xd和Xq的标么值2画出电动势相量图;3计算额定负载时的电动势16-12 一台隐极同歩发电机带三相对称负载山0呼厂1,此时端电压电枢电 H和若知该电机的X-0J5.X0.85您略定子电齟用时间相供图求出空载电动 势及事角各为多大？一曲 岐解:已知q严晔=】；则r = i j = lif萨Q*于是*/X产/Xd = IX0.85=0*851 :-严/儿+丿凡=05+085 = 1画出时间相It图，如图1645所

10、示根据以上数抵可 得:鉀 /T"=45 Ei与F的夹角为I釜0.15 c冷arctan 気-arctan r 53u1所以0=申"& 5胪=45匕853壬36MF解；"）先求阻抗甚tfl "星形联结时"所VI15°°- l«75(kVA)d）额定负載时的电动势相嚴图如图16-18所示.其中，0 = arctan上狀gj鱼=稣窗皿忆耗好，九眾3,irft爲=當 168<n)s 2M68=lb°°6F由 已知ISOOkW J/.v =.cos- 0. 8 滞诗得?> y =-=c

11、osy 0. 8(3)=arccosO. 8 = 36* 87"Id Xsin57* 32° = 0 8417E° =/dXd+(7co 客(0舸)=0 8417XL 006 4-lXcos(57* 32° 36 87°) -1.7838所以相电动势为733、已知一台4极隐极同步电机，端电压 U 1.I - 1, Xc =1.2,COS （滞后），忽略定2一 1子电阻，励磁磁动势幅值为Ffi电枢反应磁动势的幅值FaFf1，试用时空相一矢量图求2L LL出合成磁动，试用时空相一矢量图求出合成磁动势F、.与Ffi的 夹角和空载时电动势 EoStfa

12、rccos r=30c, I Xc=IXL 21- 2l.可先作出各时间相氟根据F”超前E，3只与/同相位占化专F-町作出各磁动势矢配所作的时空相-矢量图如图恰21所示由图可得0 詡+ 尸问 an 毘衆3®JXh2+IX0.5= 63“所以40-尸 63°-3=33°cos63e-L908从矢最图可以看出爲与代的夹角为9+0+尸艸+腔=1531对于几与儿构 成的三角形（二者的夹角为小，有$诡（153"护）sin曲于F严扛二,因此有即则所以sin（153fl 卩）二闊卅sin!53°cos 'cosl53°sinf2sinf51

13、53"2+cosl53- = 040938y = arctan0.40938-22.26*4、一台11 KV、50HZ、4极星形联结的隐极同步发电机，同路电抗Xs =12"不计电枢电阻，该发电机并联于额定电压的电网运行。输出有功功率3MW，功率因素为0.8（滞后）（1）求每相空载电动势 E0和功率角v（2 ）如果励磁电流保持不变，求发电机不失去同步时所能产生的最大电磁转矩。解上已知输岀有功功华 凡= 3MW.g呼：=J丄滞后，则p 36.87%*0电流为3X 10"1 = 7tlcosp= /Tx 11X13JXO.S I卅阿"相电压为圖厂兀十*呼S2X

14、 12+6350. S5XO.6&350. 85X0, 8-1- 21490=50+ 54"&=电 卩=56 51"3& 87=13* 6厂严 Ug普 5350.X0 “冲 “”、CGS050*54另解：设" = 6350.则 7 = 196. 82Z-36.37°A,£. = U + /Xt = 6350. 85 + j 196. 82-36. 37°X12= 7994. 4ZI3. 6严VEO= 7994V-13* 6厂.(2M = 9(T时有最大电磁转矩为1 3 KJJ p 3E.U2,3X7994X63

15、50, 85”心叶小 vX- - 8O8O4- 7(N * m?2jtX 50125 一台隐极同步发电机并联运行，已知也卄于（滞后）忽略定子绕组电阻现调节原动机使有功输出增加一倍.同时调节励磁电流其增加 20%,试 求：（1）画出调节后的电动势相量图说明无功功率输出是增加还是减小了？匕二£牌ggp1 X 1 X 2 =宀866而l X.=X I =l,r=hrt岀此时的电动势相址图.如图18-5中虎线所示.口丁以首出;F=30S E = 2CrcasZ?= /T现住右功功率增加一倍、励磁电流增加20%.则有功功率和电磁功率血为尸2 =厂,刷=2巴=9 乂 2= v3 1*732 2空

16、载电动势变为E - L 2E&=L2X /T=2. 078且应冇空“即少亠5乩$犷作岀此吋的电动挣相钛图如图18 S中实线所乐.叮求出有功增加后的电枢电流厂rx,二丿怎尸+u-述心co卅- ； =而萨卜 1 广一2x2* Q78 X1 XQg 56. 44* 738由 2U_ Zcosj -U rcosf/ 叮求得cos = jfcos= X -p- = 0. 99fi6刀则 0 = 4.74“宀 /Q）无功功率的变化町由1估0 4细n平相7 比较而得知：/ sin 1, 738sin4- 74° = 0, 1436Zsin IX sin30o = 0, 5因此无功功率减小了

17、*6、一台与无限大电网并联的三相6极同步发电机，定子绕组星形联结,Sn =100kVA,UN =2300V,f =60Hz，Xs =64.1忽略电枢电阻，已知空载时，励磁电流 为23A，此时发电机的输入功率为 3.75KW,设磁路线性,求:当发电机输出额定电流、功率因素COS =0.9 （滞后）时，所需励磁电流为多少？发电机的输入功率是多少？（2）当发电机输出每相电流为 15A，且励磁电流为20A时，发电机的电磁转矩 T和过载能力 m是 多少h空载时，笈电机的输人功耶等于空栽损耗知即=3 75kW.门空載时.励磁电流为f=2-lS27*9（V）/J /T额定运行时，电枢电流为I 耳=-a 4尊

18、 | n. /Til -/T X 2300护=arccos0. f) = 25. 84，J * siny?- (X 4359空载相电动势为E： ljuyx严=71327* 9r+(25- 1X64-4)Z+2X 1327/9X25*TX64* 4sin25. 84a= 2499, 16( V)由丁磁路线性，因此所蛊的励磁电流为亠叵不计电枢电隔时输人功率为厂】=卩矿» pa二H +卫口一 S曲G莒旷+ po=100XQ. 9+3. 7503, 75(kW)<2V- 20A时空栽电功势变为£；= f-E0 = ：X 1327.91154* 7(V) %23输出每相电流为/

19、=15A时JXr= 15X64. 4=966%則1154, 7=4-1327-93-965?2X 1154. 7 X 1327. 9-0. 705496*- 45. 13sintf- 0. 7087j 暑口= I*门=垃=込学 ° = 125. 66(rad/s)P JJ25> 66= 402. 84(N * m)T= 竽讪=4x14X0.70877、台汽轮发电机数据如下：Sn =31250kVA,UN = 10500V,C0Sn = 0.8(滞后),Xc =701 ，此发电机并联于无限大电网运行，(1) 发电机额定负载时的功率角 春，电磁功率Pm，过载能力km为多大？(2)

20、这台发电机如有功输出减小一半， 励磁电流不变，求二,Pm及功率因数问 输出的无功功率怎样变化？务= 35. 93*»= 25000k W . = L 7解：励礎电流不变+则町粘变冷11题数据刃求岀和电压与空載电动势为110500 I F mi = 严/3 J 36062. 2<V)6062n35?93fl 1639&駅”)由于有功功率输出减少一半肉此.!=尸劇=| X 25000= !25OO(kW)因E,.不变,则山须减小一半即珀ng -yain*Xsin35* 0u°. 29339£ £即有功功率输岀减小一半后，存=17* 06

21、6;/Xt =- ZEJLJO=萨死需尹32忝硕7 (i06272tosl7? 06°= 1G75L4(V)r二令二 L°Z|L* = 153乩 9(A)p： rM12500X103e 一*W-疋7 = 3丙二 3X6062,2X 1535.9 =僅的心所以尸63* 42円上题中额定运行时的无功功率为Qx = S.vsinfl=312SOX 0,= l8750(kvar)本题中的无功功率为Q =3t?/sin-3X6062- 2X 153久 9XHM3. 4旷 =24980.6(kvar>町见无功功率比额定运行时增大了Q -Qw=24980. 6 187506230,

22、 6(kvar)8、一台同步发电机的参数，用标么值表示时为：Xd二0.9, Xq= 0.6。试求：该机在额定电压下供给额定电流，且Cos' = 0.8 (滞后)时的电压调整率。(电枢电 阻略去不计)tan© =(l*Xq*+U*sin © )/(U*cos © )= ld*=l*sin ©Eo*=U*(书-© )+Id*Xd*=n =( Eo*- U*) / U*= 9、有一台三相凸极同步发电机，其直轴和交轴同步电抗标么值分别等于 Xd = 1.0,Xq = 0.6,电枢电阻可以忽略不计。试求发电机发出额定电压、额定功率、Cos=0.8

23、 （滞后）时发电机励磁电势的标么值 Eo，并作出相量图。10、 一台 Pn = 725000kW, Un = 10.5kW,Y接法，CosN = 0.8 （滞后）的水轮发电机，其同步电抗的标么值为：Xd = 1, Xq = 0.554,忽略电枢电阻。试求额定负载下发电机励磁电势E。, E。与U的夹角。11、隐极同步发电机 Sn = 31250kVA , Un = 10.5kV （Y接法）,Cosj = 0.8 （滞后），定子每相同步电抗Xc = 7Q ,定子绕组电阻忽略不计，发电机与无穷大电 网并联运行。试求：发电机在额定状态下运行时的功角V，电磁功率PM，每相感应电势E o ；发电机在额定状

24、态下运行，求将其励磁电流加大10 %时八Pm , Cos 和定子电流I。（设磁路不饱和）。解:调节励磁电梳时电磁功率不变不计电枢电臥®|输出的有功功率不变，即% = P;25000kW.励磁电诡增大10%后我/电增大10%,E卩E.= L 1E=L IX l«398h-18038.7（V）因几不变则E剧皿=常数.即Epsinff吕 iti0=sin35. 93*0* 53345则有所以/X.亠 a/e：H厂一2EJ7ws/ino'3 7r 6丽2了可乂?如吕拆额砒飞匕虛立卫彳- 13310 0（ V）- 1901-UA)-0, 723匕25000X103cospr 丽=3X6062. 2X 1901. 4爭=43. rQ = 3t7siii-3X6062. 2 X L9OU4Xsin43. ?*“23890> ?(kvar)因此输出的无功功率增大了Q-Gy-23890* 7- 18750 = 5140. 7(kvar)1