同步電機(jī)習(xí)題

1、電氣教研室高寧宇o 同步電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，在空載時(shí)是如何勵(lì)磁的？在負(fù)載時(shí)是如何勵(lì)磁的？o 空載時(shí)，定子繞組中沒有電流，氣隙磁場(chǎng)是由轉(zhuǎn)子繞組中直流電流勵(lì)磁的。負(fù)載后，定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其基波以同步速度旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止。氣隙磁場(chǎng)是由轉(zhuǎn)子繞組中得直流電流和定子繞組中的三相交流電流共同產(chǎn)生。為什么大容量同步電機(jī)采用磁極旋轉(zhuǎn)式而不采用電樞旋轉(zhuǎn)式？o 由于勵(lì)磁繞組電流相對(duì)較小，電壓低，放在轉(zhuǎn)子上引出較為方便。電樞繞組電壓高、電流大、容量大，放在轉(zhuǎn)子上使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，引出不方便。故大容量電機(jī)將電樞繞組組為定子、磁極作為轉(zhuǎn)子，為旋轉(zhuǎn)磁極式。o 異步電動(dòng)機(jī)的氣隙比同步電動(dòng)機(jī)的氣隙大還是小異步電動(dòng)機(jī)的氣隙

2、比同步電動(dòng)機(jī)的氣隙大還是小?為什么？為什么？o 異步電動(dòng)機(jī)的氣隙比同步電動(dòng)機(jī)的氣隙小。異步電動(dòng)機(jī)的氣隙比同步電動(dòng)機(jī)的氣隙小。o 異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流由三相交流電源提異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流由三相交流電源提供，需要從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率，如果氣隙大，供，需要從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率，如果氣隙大，則磁阻大，所需的勵(lì)磁電流就大，使異步電動(dòng)機(jī)則磁阻大，所需的勵(lì)磁電流就大，使異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)變壞，即降低，因此在機(jī)械允許的條件功率因數(shù)變壞，即降低，因此在機(jī)械允許的條件下，氣隙要盡量小些。下，氣隙要盡量小些。o 同步電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子電流和定子電流同步電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子電流和定子電流共同激勵(lì)，從同步電機(jī)運(yùn)行

3、穩(wěn)定性考慮，氣隙大，共同激勵(lì)，從同步電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性考慮，氣隙大，同步電抗小，短路比大，運(yùn)行穩(wěn)定性高。但氣隙同步電抗小，短路比大，運(yùn)行穩(wěn)定性高。但氣隙大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，制造成本增加。大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，制造成本增加。o 氣隙大小的選擇要綜合考慮運(yùn)行性能和制氣隙大小的選擇要綜合考慮運(yùn)行性能和制造成本這兩方面的要求造成本這兩方面的要求答答:電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于內(nèi)功率因數(shù)角電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于內(nèi)功率因數(shù)角，即取決于激，即取決于激磁電動(dòng)勢(shì)磁電動(dòng)勢(shì)E E0 0與電樞電流之間的夾角與電樞電流之間的夾角 。交軸電樞反應(yīng)起交磁作用（有助磁效應(yīng)）；交軸電樞反應(yīng)起交磁作用（有助磁效應(yīng)）；直軸電樞反應(yīng)起去磁或助磁作

4、用。直軸電樞反應(yīng)起去磁或助磁作用。當(dāng)當(dāng)0 0o o9090o o時(shí)，既存在交軸電樞反應(yīng)，也存在直軸電時(shí)，既存在交軸電樞反應(yīng)，也存在直軸電樞反應(yīng)（去磁作用）；樞反應(yīng)（去磁作用）；當(dāng)當(dāng)-90-90o o X Xq q 與與 的范圍隨著各個(gè)時(shí)期的設(shè)計(jì)制造水平的的范圍隨著各個(gè)時(shí)期的設(shè)計(jì)制造水平的差異有所不同。這里給出一個(gè)參考答案：差異有所不同。這里給出一個(gè)參考答案： Xd*=0.72.5, Xq*=0.41.3*dX*qX 在直流電機(jī)中，在直流電機(jī)中，EU是判斷電機(jī)作是判斷電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行還是發(fā)電機(jī)運(yùn)行的主要依據(jù)之一。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行還是發(fā)電機(jī)運(yùn)行的主要依據(jù)之一。在同步電機(jī)中，這個(gè)結(jié)論還正確嗎？同步電機(jī)中

5、，這個(gè)結(jié)論還正確嗎？答：在同步電機(jī)中，勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)和電機(jī)端電壓都是相答：在同步電機(jī)中，勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)和電機(jī)端電壓都是相量，不能根據(jù)它們的大小來(lái)判斷運(yùn)行狀態(tài)，而應(yīng)根量，不能根據(jù)它們的大小來(lái)判斷運(yùn)行狀態(tài)，而應(yīng)根據(jù)它們的相位（或主極磁場(chǎng)與合成磁場(chǎng)的相對(duì)位置）據(jù)它們的相位（或主極磁場(chǎng)與合成磁場(chǎng)的相對(duì)位置）或電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)來(lái)判斷：或電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)來(lái)判斷： 當(dāng)激磁電動(dòng)勢(shì)超前于端電壓時(shí)（主極磁場(chǎng)軸線當(dāng)激磁電動(dòng)勢(shì)超前于端電壓時(shí)（主極磁場(chǎng)軸線沿旋轉(zhuǎn)方向超前于合成磁場(chǎng)軸線），電磁轉(zhuǎn)矩為阻沿旋轉(zhuǎn)方向超前于合成磁場(chǎng)軸線），電磁轉(zhuǎn)矩為阻轉(zhuǎn)矩（制動(dòng)性質(zhì)），此時(shí)是發(fā)電機(jī)狀態(tài)；當(dāng)激磁電轉(zhuǎn)矩（制動(dòng)性質(zhì)），此時(shí)是發(fā)電機(jī)狀態(tài)；當(dāng)激磁電動(dòng)

6、勢(shì)滯后于端電壓（主極磁場(chǎng)軸線沿旋轉(zhuǎn)方向滯后動(dòng)勢(shì)滯后于端電壓（主極磁場(chǎng)軸線沿旋轉(zhuǎn)方向滯后于合成磁場(chǎng)軸線），電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)，此時(shí)是于合成磁場(chǎng)軸線），電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)，此時(shí)是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；當(dāng)激磁電動(dòng)勢(shì)與端電壓同相時(shí)（主極電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；當(dāng)激磁電動(dòng)勢(shì)與端電壓同相時(shí)（主極磁場(chǎng)軸線與合成磁場(chǎng)軸線重合），電磁轉(zhuǎn)矩為磁場(chǎng)軸線與合成磁場(chǎng)軸線重合），電磁轉(zhuǎn)矩為0，此時(shí)是補(bǔ)償機(jī)（調(diào)相機(jī)）狀態(tài)。此時(shí)是補(bǔ)償機(jī)（調(diào)相機(jī)）狀態(tài)。 同步電機(jī)的功率角有什么物理意義？o 從空間上看，功率角為主磁極軸線與電樞合成磁場(chǎng)軸線之間的夾角。o 從時(shí)間上看，功率角是激磁電動(dòng)勢(shì)相量與端電壓相量之間的夾角。同步發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其功率因

7、數(shù)由什么決定？單機(jī)運(yùn)行時(shí)呢？o 當(dāng)同步發(fā)電機(jī)與大容量電網(wǎng)并聯(lián)行時(shí)，電網(wǎng)電當(dāng)同步發(fā)電機(jī)與大容量電網(wǎng)并聯(lián)行時(shí)，電網(wǎng)電壓及頻率可認(rèn)為是常數(shù)。發(fā)電機(jī)的有功電流由壓及頻率可認(rèn)為是常數(shù)。發(fā)電機(jī)的有功電流由其輸入轉(zhuǎn)矩的大小決定；而無(wú)功電流則由勵(lì)磁其輸入轉(zhuǎn)矩的大小決定；而無(wú)功電流則由勵(lì)磁電流及其產(chǎn)生的激磁電動(dòng)勢(shì)決定。電流及其產(chǎn)生的激磁電動(dòng)勢(shì)決定。o 在一定的有功電流下改變勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)發(fā)在一定的有功電流下改變勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)；在一定的勵(lì)磁電流下改變有電機(jī)的功率因數(shù)；在一定的勵(lì)磁電流下改變有功電流時(shí)也調(diào)節(jié)了發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。故調(diào)節(jié)功電流時(shí)也調(diào)節(jié)了發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。故調(diào)節(jié)輸入轉(zhuǎn)矩或勵(lì)磁電流都可以

8、改變發(fā)電機(jī)的功率輸入轉(zhuǎn)矩或勵(lì)磁電流都可以改變發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。因數(shù)。o 同步發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)由負(fù)載性質(zhì)同步發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)由負(fù)載性質(zhì)所決定。所決定。o 若為純電阻負(fù)載，功率因數(shù)為若為純電阻負(fù)載，功率因數(shù)為1 1；若為純電感或純；若為純電感或純電容負(fù)載則功率因數(shù)為電容負(fù)載則功率因數(shù)為0 0；若為感性阻抗混合負(fù)載；若為感性阻抗混合負(fù)載則為滯后功率因數(shù)；容性阻抗混合負(fù)載則為超前則為滯后功率因數(shù)；容性阻抗混合負(fù)載則為超前功率因數(shù)。功率因數(shù)。o 改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小時(shí)，將影響發(fā)電機(jī)的電改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小時(shí)，將影響發(fā)電機(jī)的電勢(shì)、端電壓及輸出功率的大小，但不影響功率因勢(shì)、端電壓

9、及輸出功率的大小，但不影響功率因數(shù)；若改變頻率（轉(zhuǎn)速），將影響發(fā)電機(jī)的電勢(shì)、數(shù)；若改變頻率（轉(zhuǎn)速），將影響發(fā)電機(jī)的電勢(shì)、同步電抗和負(fù)載電抗，因而將影響功率因數(shù)。同步電抗和負(fù)載電抗，因而將影響功率因數(shù)。 同步發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)由什么決定？單機(jī)運(yùn)行時(shí)呢？6-8 有一臺(tái)有一臺(tái)70000kVA、60000kW、13.8kV（星形聯(lián)結(jié)）（星形聯(lián)結(jié)）的三相水輪發(fā)電機(jī)，交、軸同步電抗的標(biāo)幺值分別為的三相水輪發(fā)電機(jī)，交、軸同步電抗的標(biāo)幺值分別為Xq* =0.7,Xd*=1,試求（試求（1）額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的激磁電動(dòng)勢(shì)）額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的激磁電動(dòng)勢(shì)E0*(不計(jì)磁飽和與定子電阻不計(jì)磁飽和與定子電

10、阻)；（；（2）功率角功率角。31 85714. 07000060000cosNNNNSP解：所講的三種方法求解：可用下面且不考慮定子電阻時(shí)，額定運(yùn)行以端電流為參考相量，798.5431cos17 . 0131sin1arctancossinarctan0aqRIUXIU解法一：732.10 .1798.54sin131798.54cos1sincoscos0000dddXIUXIUE0EI0UqqXIjddXIjdIqI軸d798.54487. 1017 . 0311jXI jUEqQ解法二：798.540可知：三者同相及與由于qddQXXI jEE0732.17 .00 .1798.54s

11、in1487.10qddQXXIEE所以得：I0UaRIdIqIqXIjqddXXIjQE0E798.54487. 1017 . 0311jXI jUEqQ解法三：798.540可得：202.358171.090798.54798.54sin190sin00IId798.5457646. 0798.54798.54cos1cos00IIq798.54732. 17 . 0798.5457646. 00 . 1202.358171. 03110jjXI jXI jUEqqdd732.10E所以得出：0EI0UqqXIjddXIjdIqI軸dI0UaRIdIqIqXIjqddXXIjQE0E6-1

12、5 有一臺(tái)有一臺(tái)Xd *=0.8，Xq*=0.5,的凸極同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的凸極同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，已知發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行，已知發(fā)電機(jī)的U=1, I=1, cos=0.8（滯后）（滯后）電樞電阻略去不計(jì)，試求發(fā)電機(jī)的：電樞電阻略去不計(jì)，試求發(fā)電機(jī)的： E0=?,N=? (2)Pe(max)=?(E0保持為上面的值保持為上面的值)87.368 . 0arccos) 1 (解：6 .08 .01cos1sin22所以：97.538 . 015 . 016 . 01arctancossinarctan0aqRIUXIU1.1787.3697.530603.18.097.53sin11.17cos1sincoscos00dddXIUXIUE0EI0UqqXI jddXI jdIqI軸d2sin375. 0sin00375. 22sin8 . 015 . 0121sin8 . 01603. 12sin112sin20)(dqdeemazeXXmUXUmEPPP的表達(dá)式：先寫出下面求0