同步电机的习题.doc

说明：打“*”的题目有一定的难度1． 一台三相星形联结的隐极同步发电机，空载时使端电压为220V所需的励磁电流为3A，当发电机接上每相5的星形联结纯电阻负载时，要使端电压仍为220V，所需的励磁电流为3.8A不计电枢电阻，试求该发电机的同步电抗（不饱和值）是多大？解：空载时，励磁电流为3A，每相励磁电动势为 则负载时，每相励磁电动势为 接上每相5的对称电阻后，每相电流为 （A） 根据相量图中的几何关系，有 所以，有 2．一台三相星形联结、1500kW的水轮发电机，额定电压6300V，额定功率因数（滞后），已知它的参数，忽略电枢电阻，试求： （1）X和X的标幺值； （2）画出相量图；（3）计算额定负载时的电动势E解：（1）先求阻抗基值 而 所以故，（2）额定负载时的相量图如图其中 （3） 相电动势为 3．一台三相汽轮发电机，Y联结，额定数据如下：功率，电压U=6300，功率因数（滞后），电枢绕组漏电抗，忽略电枢绕组电阻，空载特性如下表：E/V0218236374219454748014983i/A082164246328410492 在额定负载下，电枢反应磁动势折合值用转子励磁电流表示为250.9A，试作出时空相量图并求额定负载下的励磁电流及电动势的大小。

解：相量图如下： 额定相电压为 额定相电流为 根据公式可求出的大小，再由查空载特性曲线得的大小； 根据公式，可得额定负载下的励磁电流=400A；再由查空载特性表得额定负载下励磁电动势为4765V（相值）4．一台三相隐极同步发电机，定子绕组Y接，额定电压U=6300V，额定功率P=400kW， 功率因数（滞后），定子绕组每相漏电抗X=8.1,电枢反应电抗X=71.3 ,忽略定子电阻，空载特性数据如下：E/V01930364044804730F/A03250677012200116600用相量图求解额定负载下电动势E及内功率因数角的大小，并用空载特性气隙线求励磁电动势F为多大？解：额定相电压 额定相电流 电机的同步电抗 根据公式，求得电动势，；再查空载特性气隙线得5．一台凸极同步发电机额定容量S=62500kVA，定子绕组星形连接，额定频率为50Hz，额定功率因数为（滞后）直轴同步电抗X=0.8，交轴同步电抗X=0.6 ，不计电枢电阻求额定负载下发电机的电压调整率。

解：，则电压调整率为6．一台星形联结的同步发电机，额定容量S=50kVA，额定电压U=440V，频率f=50Hz该发电机以同步速被驱动，测得当定子绕组开路，端电压为440V（线电压）时，励磁电流为7A做短路实验，当定子电流为额定时，励磁电流为5.5A设磁路线性，求每相同步电抗的实际值和标幺值 解：阻抗基值为 因磁路线性，所以励磁电流为5.5A时的空载电动势标幺值为 同步电抗的标幺值为 同步电抗的实际值为 7．同步发电机与电网并联运行的条件是什么？当四个并联条件中的某一个不符合时，会产生什么后果？应采取什么措施使之满足并联条件？ 解：同步发电机与电网并联运行的条件是 相序相同；频率相同；电压幅值相同；电压初相角相同 当四个条件中的某一个条件不符合时，并网时会产生很大的电流冲击 相序不同时，应将发电机接至并网开关的任意两根线对调；频率不同时，应调整发电机的转速；电压幅值不同时，应调节发电机的励磁；电压初相角不同时，应通过调节发电机的瞬时转速使转子的相对位置有所变化。

8．一台三相隐极同步电机，转子不加励磁以同步速旋转，当把定子绕组接到三相对称的电源U上，绕组中流过的电流为I，忽略电枢电阻，试画出此电机的相量图说明此时电机是否输出有功功率？输出什么性质的无功功率？ 解：根据公式，由于没有励磁，得 画相量图如右可见，超前90电角度，因此发电机输出的有功功率为零，发电机输出容性的无功功率 9．一台汽轮发电机并联于无穷大电网，额定负载时功率角现在因为故障，电网电压降为60%U，为使角不超过25，应加大励磁使至少变为原先的多少倍？ 解：利用功角特性表达式可求出至少应变为原先的1.35倍10．两台相同的隐极同步发电机并联运行，定子均为星形联结，同步电抗均为X=1，忽略定子电阻两机共同供电给一个功率因数为（滞后）的负载运行时要求系统维持额定电压，额定频率f=50Hz，负载电流I=1，并要求其中第一台电机担负负载所需的有功功率，第二台担负其无功功率设磁路线性，求： （1）每台电机的功率角及空载电动势E； （2）两台电机励磁电流之比 解： 设负载电压，则负载电流。

因为发电机I、II分别负担负载的有功电流和无功电流，所以它们的电枢电流分别是： 分别作出发电机I、II的相量图，可得它们的空载电动势和功率角为 由于磁路线性，因此 11．一个三相对称负载与电网以及一台同步发电机并联，如下图所示已知电网线电压为220V，线路电流I为50A，功率因数（滞后）；发电机输出电流I为40A，功率因数为0.6（滞后）求： （1）负载的功率因数为多少？（2）调节同步发电机的励磁电流，使发电机的功率因数等于负载的功率因数，此时发电机输出的电流I为多少？又此时从电网吸收的电流I为多少？ 解：（1）以电网相电压为参考相量，则 ， 所以负载电流为 则负载的功率因数为 （2）调节励磁电流，使发电机的功率因数为0.72时，发电机的无功电流变了，但有功电流不变，即 则发电机的电流为 所以发电机的无功电流由变为 则电网的无功电流由变为 电网的有功电流仍为 则电网的总电流为 12．一台同步电动机，按照电动机惯例，电流相位滞后电压相位，今不断增加其励磁电流，则此电动机的功率因数将怎样变化？ 解：电动机的功率因数将经历从低到高（滞后），到等于1，然后又从1开始下降（超前）的过程。

13．已知一台同步电机的相量图如下，回答下列问题： （1）如该相量图是按照发电机惯例画出，判断该电机运行在何种状态，是欠励还是过励？ （2）如该相量图是按照电动机惯例画出，判断该电机运行在何种状态，是欠励还是过励？ 解：（1）该电机运行于电动机状态， 过励 （2）该电机运行于发电机状态， 欠励 14．一台同步电动机供给一个负载，在额定频率及电压下，其功率角现因电网发生故障，它的端电压及频率都下降了10%，求： （1）若此负载为功率不变型，新的功率角多大？ （2）若此负载为转矩不变型，新的功率角多大？ 解：故障时，U和f都下降了10%，则n、E和X都下降10%1）如负载功率不变，则 解得 ， 即新的功率角是 （2）如负载转矩不变，则 解得， 所以功率角不变，仍为15．负序电抗X的物理意义是什么？它的大小与阻尼绕组的有无是什么关系？ 解：同步电机的转子以同步速正向旋转，励磁绕组短路，电枢绕组中流过对称的负序电流，这时从电枢绕组看过去的阻抗就是负序阻抗： 上式中的就是负序电抗，它是负序阻抗的主要组成部分。

负序电枢电流产生的负序旋转磁场是一个以同步速反转的磁场，它会在励磁绕组和阻尼绕组（如果有的话）中感应两倍基波频率的电流，对电枢的负序旋转磁场而言，这个电流产生去磁性质的旋转磁场，因此负序电抗小于正序电抗，当有阻尼绕组存在时，负序电抗会更小 16．有两台同步发电机，定子的材料、尺寸、结构都完全一样，但转子所用材料不同，一个转子的磁极用钢片叠成；另一个为实心磁极（整块刚件），问哪台电机的负序电抗要小些？ 解：在同样的电枢负序电流作用下，实心磁极中感应的电流比叠片磁极的要大些，因此对电枢负序磁场所产生的去磁性质的磁场也要大些，所以实心磁极的电机的负序电抗要小些17．试述同步电机的主要励磁方式 解：同步电机的主要励磁方式：（1）直流励磁机励磁其组成为：直流副励磁机+直流主励磁机+主发电机其特点为：需要的电刷、换向器或集电环的组数较多，现多用于中、小容量的发电机 （2）静止整流器励磁 其组成为：交流副励磁机+交流主励磁机+主发电机 其特点为：仍然需要一定数目的电刷和集电环，现应用范围较广 （3）旋转整流器励磁 其组成为：交流副励磁机+交流主励磁机（转枢式）+主发电机 其特点为：不需要电刷和集电环，是一种比较新颖的励磁方式。

（4）自励 其组成为：没有励磁机，主发电机发出的电的一部分经整流后给自己励磁 其特点为：结构简单，常用于小型同步发电机系统 18．为什么分析凸极同步发电机时要用双反应理论？凸极同步发电机带负载运行时，若既不等于0又不等于90，问电枢磁场的基波与电枢磁动势的基波在空间是否同相（不计磁饱和）？为什么？解：双反应理论：把同步电机的电枢磁势分解为交轴磁势和直轴磁势，分别考虑它们 单独作用时对电机的影响凸极同步发电机的交、直轴磁路不对称，同样大小的交轴磁势和直轴磁。