电机学课件-同步机习题课

第五篇同步机习题课思考题：课本第232页始，共16题5-1 （1）5-2 （2）5-4~5-12 （3）~（11）5-14~5-17（12）~（15）5-20 （16）解答：结构上的区别：汽发为隐极转子，水发为凸极转子。原因：汽发的原动机为汽轮机，转速高，离心力大。故采用整块钢通过锻压工艺把转子制成一个整体。水发的原动机为水轮机，转速低，离心力小。故采用相对简单的焊接工艺把转子制成由多个部分组成的组合件。5-1汽轮发电机和水轮发电机在结构上有何区别？原因何在？解答：同步机有三种运行状态：发电机、电动机、补偿机。区分：用功率角δ来区分。功率角定义为相量E0超前相量U的角度。可以等价为主磁场空间矢量F1超前合成磁场F的角度。具体区分如下：δ>0为发电机；δ=0为补偿机；δ<0为电动机。5-2同步电机有那几种运行状态？如何区分？解答：有刷励磁、无刷励磁。5-3同步电机有那些励磁方式？解答：（1）助磁+交磁；（2）去磁+交磁5-4何谓同步电机的电枢反应？电枢反应的性质取决于什么？试讨论下列各种情况下的电枢反应（设ψ0＜90˚，发电机惯例）：（1）电枢电流超前于励磁电势以ψ0角时；（2）电枢电流滞后于励磁电势以（π-ψ0）角时。解答：交轴电枢反应Faq与能量转换有直接关系。直轴电枢反应Fad与能量转换有间接关系。能量转换需要磁场。Fad直接影响磁场，通过磁场影响能量转换。没有Fad仍然有能量转换，但如果Faq=0，即Iq=0则没有能量转换。以隐极机为例，Pe=3E0IcosΨ0=3E0Iq=0Fad影响磁场，从而影响发电机的功率因数。5-5试述交轴和直轴电枢反应对同步发电机中能量转换和运行性能的影响。参见下页图。5-5续-----------单位电枢电流所生电枢反应电势。-----------电枢反应电抗Xa是反映电枢反应主磁路（简称主磁路）、电枢绕组的一个参数。主磁路磁导越大，则Xa越大；电枢绕组匝数越多，则Xa越大。Comments：“电枢反应电抗”这个名称不太好。不如叫“电枢主电抗”，以与“电枢漏电抗”相对立。事实上，电枢漏电抗也是电枢反应的表现----即也是一种“电枢反应电抗”。电枢漏电抗-----单位电枢电流所生电枢漏电势。电枢漏电抗Xσ是反映电枢反应漏磁路（简称漏磁路）、电枢绕组的一个参数。漏磁路磁越大，则Xσ

越大；电枢绕组匝数越多，则Xσ

越大。5-6试述电枢反应电抗Xa的意义。

解答：电枢反应电抗Xa的意义是：解答：等效电路如图示。5-7试画出隐极同步发电机在纯电阻负载时的相量图。说明这种情况下电枢反应的性质。解答：因为Ψ0为锐角，故电枢反应的性质为：去磁+交磁。5-7试画出隐极同步发电机在纯电阻负载时的相量图。说明这种情况下电枢反应的性质。续：解答：即使不计饱和，凸极机的气隙不均匀仍导致磁阻不为常数。因此，电枢反应电势Ea无法用一个负的电抗压降来表示，从而无法引入电枢反应电抗。所以分析凸极机时，必须采用“双反”理论。ψ0既不等于0˚、又不等于90˚时，电枢磁场基波Ba与电枢磁势基波Fa在空间不同相。原因：此时Fad、Faq都不等于零。Ba由Bad、Baq合成而得。Bad与Fad成比例，Baq与Faq成比例。d、q磁路的磁阻不同，导致这两个比例不同，进而Ba与Fa的相位不同。参见下页图。5-8为什么分析凸极同步发电机时要用双反应理论？凸极同步发电机负载运行时，若ψ0既不等于0˚、又不等于90˚，问电枢磁场的基波与电枢磁势的基波在空间是否同相？为什么？5-8续解答：直轴同步电抗Xd的意义-----单位直轴电枢电流所生直轴电枢反应电势、漏电势之和。交轴同步电抗Xq的意义-----单位交轴电枢电流所生交轴电枢反应电势、漏电势之和。Xd和Xq的大小与磁路的磁阻、绕组的有效匝数、频率有关。Xd*和Xq*通常的范围：不要求。参见5-6题：试述电枢反应电抗Xa的意义。5-9试述直轴和交轴同步电抗的意义。Xd和Xq的大小与哪些因素有关？Xd*和Xq*通常在什么范围？解答：性能差别------电压、频率的表现不同-------单机的U、f易变；并机的U、f不变。差别原因------单机的U随负载电流变动而变动，单机的f随原动机转速的波动而波动。并机的U、f都被电网固定。关于U-----单机的U易变是因为I变时If未变。并机的U固定是因为I变时If也变-----联想V形曲线。关于f-----单机的f易变是因为负载的无源性---U的f完全决定于E0。--------接下页5-10试述同步发电机单独负载运行和与电网并联运行时，性能上有哪些差别，原因何在？5-10续并机的f不变是因为转子上有阻尼绕组---Dampingwinding，简为dw。并网机转子磁场的转速记为nE0，并网机定子磁场的转速记为nU。nU不变。当f机>f网，即nE0>nU时，站在转子上就会看到定子磁场向后转。向后转的磁场在dw中产生向后转的电磁转矩，使nE0变小，直到nE0=nU。当f机<f网，即nE0<nU时，可以类似说明。说完。解答：并网条件：1相序一致2幅值一致3频率一致4相位一致5-11试述同步发电机并网的条件和方法。并网方法：1准确同步法2自整步法解答：发电机在某一状态下并行。设外界（电网或原动机）给发电机一个微扰（微小的扰动）。如果微扰消失后，发电机能回到原先的状态，那么该状态是静态稳定的；否则，该状态是静态不稳定的。5-12试述同步发电机与电网并联时静态稳定的概念。解答：不要求。5-13试述同步电动机的异步起动法。表征异步起动性能的主要数据是什么？解答：补偿机原理：同步补偿机是空载运行的同步电动机。其V型曲线相当于Pe=0时电动机的V型曲线。正励时，补偿机的电枢电流接近于零；过励时，补偿机从电网吸取超前的无功电流；欠励时，补偿机从电网吸取滞后的无功电流。补偿机用途：无功补偿。同步补偿机应当装设在受电端。理由：避免无功电流在线路上产生压降、功耗。5-14试述同步补偿机的原理和用途。同步补偿机应当装设在送电端还是受电端？为什么？解答：φ发电机∈（-90°，90°]Φ电动机∈（-180°，-90°]U（90°，180°]Ψ0发电机∈（-90°，90°]Ψ0电动机∈（-180°，-90°]U（90°，180°]δ发电机∈（0°，180°]δ电动机∈（-180°，0°]5-15试述同步发机作为发电机和电动机运行时，φ、Ψ0和δ角的变化范围。解答：TL=T0+Te，故若TL不变，则Te不变。励磁不变，故E0不变。接下页：5-16有一台同步电动机在额定电压、额定频率、额定负载下（功率因数为超前）运行时，功率角δ=25˚，负载转矩不变。现因电网发生故障，情况有如下改变。问功率角有何变化：（1）电网频率下降5%；（2）电网电压和频率都下降5%。

设励磁一直保持不变，电枢电阻、凸极效应和饱和效应均忽略不计。由上页、上式知：（1）f下降5%，则sinδ增大，从而δ增大。（2）f、U均下降5%，则sinδ仍增大，从而δ仍增大。题5-16续解答：补偿机输出的滞后无功电流=cd。cd=bc-bd=ab*（tgφ1-tgφ2）=ac*cosφ1（tgφ1-tgφ2）=1000*0.8*（0.75-0.3268）=337.12A5-17有一无穷大电网，受电端的线电压UN=6kV，供电给一个I=1000A，功因0.8（滞后）的三相负载。今欲