12章同步发电机的基本理论课后答案

1、第12章思考题与习题参考答案12.1试比较同步发电机带三相对称负载时电枢磁动势和励磁磁动势的性质，它们的大小、位置和转速各由哪些因素决定？答：电枢磁动势和励碗磁动势的比较见卜表:磁动势来源性质转速人小幅值位置电枢磁动势 （定子磁动势）是定子三 相绕组流 过三相对 称电流产 生的。是交流旋转磁动 势,本身就是旋转 的，称为电气旋转 磁动势。同步转速：PN k几-1356打P当某相电流达 到最大值时, 基波幅值就转 到该相绕组的 轴线上。励磁磁动势 （转子磁动势）是转子励 磁绕组通 入直流电 流产生的。是苴流恒定磁动 势，本身并不旋 转,在原动机的拖 动卜随转子而旋 转，故称为机械旋 转磁动势。随

2、着转子一起 以同步速小旋 转。因为原动机 以同步速拖动 转子旋转的。k - Nfif无论转子转到 什么位置，基 波幅值始终处 在铁心磁极轴 线处。12.2同步发电机电枢反应性质主要取决于什么？若发电机的同步电抗标么值X：=1.0,则在下列情况下电枢反应各起什么作用？带电阻负载；（2）带电容负载X： = 0.8, 带电感负载X；=0.7答：电枢反应的性质取决/负载电流/与励磁电动势的相位关系，或者说取决负载的性质。（1）带电阻负我时，由同步电抗的存在，负载性质呈阻感性，故电枢反戒起交磁和苴轴去磁作用:（2）带电容负载X： = 0.8时，由它小同步电抗（X； = 1.0 ）,总电抗仍为感抗，电枢电

3、阻很小，因此电枢反应皋木为11轴去磁作用；（3）带电感负我X； = 0.7时，总电抗为更大的感抗，电枢反应主耍为直轴去磁作用。12.3电枢反应电抗对应什么磁通？它的物理意义是什么？同步电抗对应什么磁通？它的物理意义 是什么？答：电枢反应电抗对W电枢反应磁通，这个磁通是由电枢磁动势产生的主磁通，它穿过气隙经转子 铁心构成闭合冋路，它反映了电枢反应磁通的人小；同步电抗对应电枢幽动势产生的总磁通（即电枢反 应磁通和定了漏磁通Z和），它是衷征电枢反应磁场和电枢漏磁场对电枢电路作用的一个综介参数。同步 电抗的人小育接影响同步发电机的电斥变化率和运行稳定性，也影响同步发电机短路电流的人小。12.4什么是双

4、反应理论？为什么分析凸极同步电机时要用双反应理论?答：由j:凸极同步电机的气隙不均匀，11轴处气隙小，磴阻小，交轴处Y隙人，磁阻人，同样的电 枢磁动势作用在不同位置时，遇到的磁阴不同，产生的电枢反丿“幽通不同，对W的电枢反应电抗也不同, 即电枢磁动势（电枢电流）与电枢反应磁通（电枢电动势）之间不是单值函数关系，因此分析凸极同步 电机时，要采用双反应理论。分析凸极同步电机时，不论电枢反应磁动势E作用在什么位置，总是先把它分解为宜轴电枢反应磁 动势忌和交轴电枢反应磁动势Eg，这两个分啟分别固泄地作用在轴和交轴磁路上，分别对应固定的 自轴和交轴僦阻，各口产生査轴和交轴电枢反W磁通，它们分别在绕组屮产

5、生直轴和交轴电动势，这种 分析方法称为双反应理论。12.5对称负载运行时凸极同步电机有多少种电抗？试比较它们的大小。答：凸极同步发电机有五种电抗，分别是直轴电枢反应电抗X“d、交轴电枢反应电抗X“q,直轴同 步电抗xd ,交轴同步电抗Xg,漏抗X “。其中，Xd = X”X。, xq = xag + xa,因为 X观 XcqX所以XdXgX“。12.6当凸极同步发电机的电流/“为恒定数值，而0变动时，所产生的电枢反应电动势之值是否 为恒值？ W在何值下E“有最大值和最小值？答：因为凸极同步发电机的气隙不均匀，即使打为恒值，为变动时，电枢反应磁通也不会为恒值, 所以6不是恒值。当屮= 90或俗=

6、-90时，电枢曉动势位于直轴，电枢反川磁通绘人，故E“白最人 值，当屮=0时，电枢磁动势位丁交轴，电枢反应磁通最小，故&冇最小什i12.7同步发电机的转速一定，定子电流为额定值，保持转子励磁电流不变，根据电枢反应概念，试 比较：空载；带电阻负载；带电感负载；带电容负载等四种情况下，发电机端电压的大小？为 了保持端电压为额定值，应如何调节励磁电流？答：设负戯容抗人同步电抗，UUC UQUR UL,为了保持端电压为额定值，带电容负我时, 应减小励磁电流：带电阻负载和电感负载时,都应增加励磁电流,带电阻负载比带电感负载时增加的励 磴电流耍小些。12.8为什么同步电抗的数值一般都较大（不可能做得较小，

7、试分析下列情况中同步电抗有何变化？（1）电枢绕组匝数增加；（2）铁心饱和程度提高；（3）气隙加大；（4）励磁绕组匝数増加.答：同步电抗与电枢绕组匝数的平方和恢心磁导率成正比，与气隙长度成反比。为了获得较人的电动势，电枢绕组匝数不可能太少，为了减小励磁安匝数，气隙应尽可能小，所以同步电抗不可能做得较 小。（1）电枢绕组匝数增加，同步电抗增大;（2）铁心饱和程度提高,铁心磁导率降低，同步电抗减小:（3）气隙加人，同步电抗减小；（4）励磁绕组匝数增加，同步电抗不变。12.9同步发电机带上00的对称负载后，端电压为什么会下降，试从电路和磁路两方面来分析。答：从礎路方面來说，同步发电机带上 0的対称负我

8、后，电枢反W会产牛肖轴去磁作用，使气 隙电动势降低，同时电枢绕组漏阻抗流过电流会引起电尿降，所以端电斥会卜降；从电路方面來说，同 步阻抗流过电流会引起电斥降，所以端电压会卜降。12. 10同步发电机短路特性曲线为什么是直线？稳态短路电流为什么不大？答：短路时，端电床（7=0,短路电流仅受发电机内部阻抗（电枢电阻和同步电抗）限制。I大I为电 枢电阻远小J同步电抗，故短路电流可认为是纯感性，它产生的电枢反应只起直轴去磁作用，使气隙介 成磁通很弱，磁路处不饱状态，故E严打;此时E0=jIdXd = jIsXd,磁路不饱和时Xd为常数， 故化8人。因此人*/厂 即短路特性/, =/（/为一直线。短路时

9、，电枢绕组中的介成电动势& =儿X“很小（仅等漏电抗压降），所以短路电流不会过人, 或者说，因为发电机的直轴同步电抗较人，起限制短路电流的作用，所以短路电流不人。12.11列出隐极和凸极同步发电机在纯电容性负载下的电势方程式，并绘出其相量图.0 = t+ jtXs答： 隐极发电机的电势方程式和相最图： .P jlXc瓦 j%yU（Xc Xs 时）观 U（Xc /31720E*=U+=1+ JIZ-36.87 x0.65257 =1.391542 + J0.522056 = 1.486/20.56Eo = E；U “ = 1.486x10.5 = 15.603kV(2) Eq=U*+ j广X：

10、= 1+ J1Z36.87 x0.65257 = 0.608458 + J0.522056 = 0.8017/40.63Eq = E：Un = 0.8017x10.5 = S.AlSkV12.14 凸极同步发电机，n =10.5kV (Y 接)，/N =165 A, cos% =0.8 (滞后)，Xd =36.70,X“=22Q,不计电枢电阻，试求额定运行时的0、打、人、血。解：UNP = f= 105 I-10 = 6062.18VJ3 J3I+U sincp屮=arctanU coscp165x22 + 6062.18x0.6=arctail6062.18x0.8= 56.283ld =

11、/ v sin /= 165 x sin56.283 =137.2454 Iq = /、cosy/= 165 x cos56.283 =91.5945 =屮-(Pn= 56.283 - 36.87 = 19.413Eq = U沖 cosS + Xd = 6062.18 x cosl9.413 +137.245 x 36.7 = 10754.42V （相电动势）第12章自测题参考答案一、填空题1. 转子励礎磁场、电枢反应磁场：2.内功率因数角、外功率因数角：3.大、超前0 -卩；4.人、小；5.交轴和直轴去感、交轴和負轴助磁；6.电fixjxhv.磁通、电枢反应矽通和电枢绕组漏磁通；7.最人、最

12、小：8. 90、育轴去磁；9.电枢反W去磁作用、电枢绕组漏阻抗斥降； 10.纯阻性或阻感性、増人二、选择题1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.三、简答及作图题1. 答：同步发电机的电枢反应电抗与异步电动机的励磁电抗相对应。这两个电抗都是与定子三和介 成磁动势产牛的主磁通相对应的电路参数。2. 答：从磁路方面來说，同步发电机带上0的对称负我后，电枢反应会产牛杠轴去磁作用，使 气隙电动势降低，同时电枢绕组漏阻抗流过电流会引起电床降，所以端电斥会卜降；从电路方面来说， 在励磁电动势一定的情况卜，同步阻抗流过电流会引起电压降，所以端电压会I、降。3. 答：发电机外特性 =/（人）反映端电压随负我

13、电流变化的关系。负载性质垄本决定了电枢反应 的性质（交轴电枢反应、百轴去磁或助幽电枢反应），而负裁人小决定了电机反应的强弱。帯阻性或感性 负我时，由J电枢反应的去磁作用，外特性曲线是卜降的；带容性负我时，由J：电枢反应的助磁作用， 外特性曲线是上升的。调整特性/ , =/（/“）反映了为维持发电机端电压不变，励磁电流与负载电流（电枢电流）Z间的变 化关系。显然，要维持端电压不变，应调节励磁电流，以抵消电枢反W的影响，所以该特性与电枢反应 性质和人小仃关，即与负载性质和人小有关。帯阻性或感性负載时，随负我电流增加，电枢反应去磁作 用増强，端电压将卜降，为保持端电压不变，必须增加励磁电流，因此调整特性曲线是上升的：带容性负载时，随负我电流增加，电枢反应助磁作用増强，端电压将上升，为保持端电压不变.必须相应减小 励磁电流，I大I此调整特性曲线是卜降的。4.答：带电阻负載时，0=0带电容负载时，07.527.52p = 0所以产生交轴电枢反应,P* 60000。2. 解：cos久= 0.85714 狄=31.003SN 70000I；X打+ U*d（Pn 1x0.7+