第六章 同步電機綜合習(xí)題

本文格式為Word版，下載可任意編輯——第六章同步電機綜合習(xí)題第六章同步電機

一、填空

1.★在同步電機中，只有存在電樞反應(yīng)才能實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。答交軸

2.同步發(fā)電機并網(wǎng)的條件是：（1）；（2）；（3）。答發(fā)電機相序和電網(wǎng)相序要一致，發(fā)電機頻率和電網(wǎng)頻率要一致，發(fā)電機電壓和電網(wǎng)電壓大小要相等、相位要一致

3.★同步發(fā)電機在過勵時從電網(wǎng)吸收，產(chǎn)生電樞反應(yīng)；同步電動機在過勵時向電網(wǎng)輸出，產(chǎn)生電樞反應(yīng)。答超前無功功率，直軸去磁，滯后無功功率，直軸增磁

4.★同步電機的功角δ有雙重含義，一是和之間的夾角；二是和空間夾角。

答主極軸線，氣隙合成磁場軸線，勵磁電動勢，電壓

5.凸極同步電機轉(zhuǎn)子勵磁匝數(shù)增加使Xq和Xd將。答增加

6.凸極同步電機氣隙增加使Xq和Xd將。

7.答減小

8.★凸極同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)，如將發(fā)電機勵磁電流減為零，此時發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩為。答mU(211?)sin?2XqXd二、選擇

1.同步發(fā)電機的額定功率指（）。

A轉(zhuǎn)軸上輸入的機械功率；B轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率；

C電樞端口輸入的電功率；D電樞端口輸出的電功率。答D

2.★同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時，若所帶負載為感性cos??0.8，則其電樞反應(yīng)的性質(zhì)為（）。

A交軸電樞反應(yīng)；B直軸去磁電樞反應(yīng)；

C直軸去磁與交軸電樞反應(yīng)；D直軸增磁與交軸電樞反應(yīng)。答C

3.同步發(fā)電機穩(wěn)定短路電流不很大的原因是（）。

A漏阻抗較大；B短路電流產(chǎn)生去磁作用較強；C電樞反應(yīng)產(chǎn)生增磁作用；D同步電抗較大。答B(yǎng)

4.★對稱負載運行時，凸極同步發(fā)電機阻抗大小順序排列為（）。

AX??Xad?Xd?Xaq?Xq；BXad?Xd?Xaq?Xq?X?；CXq?Xaq?Xd?Xad?X?；DXd?Xad?Xq?Xaq?X?。答D

5.同步補償機的作用是（）。

A補償電網(wǎng)電力不足；B改善電網(wǎng)功率因數(shù)；

C作為用戶的備用電源；D作為同步發(fā)電機的勵磁電源。答B(yǎng)

三、判斷

1.★負載運行的凸極同步發(fā)電機，勵磁繞組突然斷線，則電磁功率為零。（）答錯

2.同步發(fā)電機的功率因數(shù)總是滯后的。（）答錯

3.一并聯(lián)在無窮大電網(wǎng)上的同步電機，要想增加發(fā)電機的輸出功率，必需增加原動機的輸入功率，因此原動機輸入功率越大越好。（）答錯

4.改變同步發(fā)電機的勵磁電流，只能調(diào)理無功功率。（）答錯

5.★同步發(fā)電機靜態(tài)過載能力與短路比成正比，因此短路比越大，靜態(tài)穩(wěn)定性越好。（）答對

6.★同步發(fā)電機電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于負載的性質(zhì)。（）答錯

7.★同步發(fā)電機的短路特性曲線與其空載特性曲線相像。（）答錯

8.同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)短路電流很大。（）答錯

9.利用空載特性和短路特性可以測定同步發(fā)電機的直軸同步電抗和交軸同步電抗。（）答錯

10.★凸極同步電機中直軸電樞反應(yīng)電抗大于交軸電樞反應(yīng)電抗。（）答對

11.與直流電機一致，在同步電機中，E?U還是E?U是判斷電機作為發(fā)電機還是電動機運行的依據(jù)之一。（）答錯

?與I?電樞電流同相時，其電樞反應(yīng)的性質(zhì)為直軸12.★在同步發(fā)電機中，當勵磁電動勢E0電樞反應(yīng)。

答錯

（）

四、簡答

1.★測定同步發(fā)電機的空載特性和短路特性時，假使轉(zhuǎn)速降至0.95n1，對試驗結(jié)果有什么影響？

答因空載電勢E0和轉(zhuǎn)速成正比，假使轉(zhuǎn)速降為0.95n1，則E0也降低到額定轉(zhuǎn)速下的0.95倍。同步電抗與頻率成正比，也降低到0.95倍，所以短路電流Ik?E0Xd不變。2.★為什么大容量同步電機采用磁極旋轉(zhuǎn)式而不用電樞旋轉(zhuǎn)式？

答由于勵磁繞組電流相對較小，電壓低，放在轉(zhuǎn)子上引出較便利。電樞繞組電壓高、容量大，放在轉(zhuǎn)子上使結(jié)構(gòu)繁雜、引出不便利。故大容量電機將電樞繞組作為定子，磁極作為轉(zhuǎn)子，為旋轉(zhuǎn)磁極式。

3.★為什么同步電機的氣隙要比容量一致的感應(yīng)電機的大？

答感應(yīng)電機的勵磁電流由電源供給，需要從電網(wǎng)吸取感性無功功率，假使氣隙大，則勵磁電流大，電機的功率因數(shù)低，因此在機械允許的條件下，氣隙要盡量小一些。同步電機的氣隙磁場由轉(zhuǎn)子電流和定子電流共同鼓舞，從同步電機運行穩(wěn)定性考慮，氣隙大，同步電抗小，短路比大，運行穩(wěn)定性高。但氣隙大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，制造成本增加。氣隙大小的選擇要綜合考慮運行性能和制造成本這兩方面的要求。4.★同步發(fā)電機電樞反應(yīng)性質(zhì)由什么決定?

答電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，在空間上始終保持相對靜止的關(guān)

?和系，但電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于這兩個磁動勢幅值的相對位置，而這一位置與勵磁電動勢E0?之間的相位差，即角度?有關(guān)，角?由決定于負載的性質(zhì)。當E?與I?同相時，電樞電流I0??0?，電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)，交軸電樞反應(yīng)使氣隙合成磁場幅值增加，而其軸線從

?滯后E?90時，電樞反應(yīng)為直軸電樞反應(yīng)，其性主極軸線逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角。當I0??超前E?90時，質(zhì)完全是去磁的。當I，也為直軸電樞反應(yīng)，其性質(zhì)完全是助磁的。一般情0?況下，0???90，此時的電樞反應(yīng)兼有直軸去磁作用和交磁作用。5.試述直軸和交軸同步電抗的意義？如何用試驗方法來測定？

答在凸極同步電機中，由于氣隙不均勻為了計算便利，將電樞磁動勢Fa分解為Fad和

??Faq，分別除以直軸磁阻和交軸磁阻，可得到?ad和Φaq，它們分別在定子繞組感應(yīng)電動勢Ead和Eaq，寫成電抗壓降形式，即

???jI?X???jI?X，EEaddadaaq和分別稱為直軸電樞反應(yīng)電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗，它們分別反映出上述直軸和記者電樞反

應(yīng)磁通的強弱。

直軸同步電抗為Xd?Xad?X?交軸同步電抗為Xd?Xad?X?

三相總磁場在電樞繞組中每Xd和Xq表征了當對稱三相直軸或交軸電流每相為1A時，

相感應(yīng)的電動勢。

利用空載和短路特性可測定的Xd不飽和值；利用空載和零功率因數(shù)負載特性可測定Xd的飽和值；利用轉(zhuǎn)差法可測定Xd和Xq的不飽和值。

6.★凸極同步電機中，為什么直軸電樞反應(yīng)電抗Xad大于交軸電樞反應(yīng)電抗Xaq？答在凸極電機中沿電樞圓周的氣隙是很不均勻的，分析其電樞反應(yīng)時，要用雙反應(yīng)理論，

?的兩個分量F和F，即把電樞反應(yīng)磁動勢分解成垂直和平行于電動勢E0adaq它們分別產(chǎn)生

直軸電樞反應(yīng)磁通?ad和交軸電樞反應(yīng)磁通?aq，相應(yīng)的電流也分解成兩個分量。因此

??Id?Fad??ad?Ead或Ead?IdXad，Xd?EadId

Id?Fad??ad?Ead或Eaq?IqXaq，Xq?EaqIq

由于直軸磁路的磁導(dǎo)比交軸磁路的磁導(dǎo)要大得多，同樣大小的電流產(chǎn)生的磁通和相應(yīng)的電動勢也大德多，所以電抗Xad?Xaq。

7.★為什么同步發(fā)電機的短路特性是一條直線？

答同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)短路時，電樞磁動勢基本上是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢，氣隙

??jI?X，即合成電動勢只等于漏抗壓降。?，合成電動勢為E合成磁動勢為F???Ff?Fad??所以其對應(yīng)的氣隙合成磁通很小，電機的磁路處于不飽和狀態(tài)，由于氣隙合成磁動勢

??kadFad?I，所以勵磁磁動勢Ff?F???Fad?必然正比于I，故短F???E??I，而Fad路特性Ik?f(If)是一條直線。

8.★為什么從空載特性和短路特性不能測定交軸同步電抗？為什么從空載特性和短路特性

不能確鑿測定直軸同步電抗？

答凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式為

??U??I?R?jI?X?jI?XE0add三相短路時U?0，由于發(fā)電機的電樞電阻遠小于同步電抗，短路電流可認為是純感性的，

??jI?X?jI?X，所以由空載特性測出E和短路特性即??90?，Iq?0，I?Id，E00ddd測出I可求出直軸同步電抗Xd。由于短路狀況下電樞磁動勢基基本上是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢，使氣隙合成磁動勢很小，對應(yīng)的氣隙合成磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態(tài)，這時求出的是Xd的不飽和值。由于Iq?0，不能從空載和短路特性求出Xq。

9.★在直流電機中，E?U還是E?U是判斷電機作為發(fā)電機運行還是電動機運行的依

據(jù)之一，在同步電機中，這個結(jié)論還正確嗎？

?都是電壓相量，不能根據(jù)它們的大?和電機端電壓U答在同步電機中，勵磁電動勢E0小來判斷電機的運行狀態(tài)，而應(yīng)當根據(jù)氣隙合成磁場軸線與主磁極軸線的相對位置來決定。當主磁極場軸線超前合成磁場軸線時，為發(fā)電機狀態(tài)；重合時為調(diào)相機狀態(tài)；滯后時為電動機狀態(tài)。

10.★什么是同步電機的功角特性？?角有什么意義？

答當電網(wǎng)電壓U和頻率f恒定，參數(shù)Xd和Xq為常數(shù)、勵磁電動勢E0不變時，同步

?的夾角?，?稱為功率角，P?f(?)為同步電機的功角?與U電機的電磁功率只決定于Eem0特性。

由于電機的漏阻抗遠小于同步電抗，從空間上看，功率角?可近似認為時主磁極軸線與

?之間的夾角。?與電壓U氣隙合成磁場軸線之間的夾角；從時間上，功率角?勵磁電動勢E0

11.★一般同步發(fā)電機三相穩(wěn)定短路，當Ik?IN時的勵磁電流Ifk和額定負載時的勵磁電流IfN都已達到空載特性的飽和段，為什么前者Xd取未飽和值而后者取飽和值？為什么

Xq一般總是采用不飽和值？

答短路時由于電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態(tài)，此時對應(yīng)的是Xd的不飽和值。額定負載運行時，氣隙磁通較大，直軸磁路處于飽和狀態(tài)，此時對應(yīng)的是Xd的飽和值。交軸磁路的氣隙大磁阻大，磁路不飽和，故Xq一般取不飽和值。12.★同步電機的氣隙磁場，在空載時是如何鼓舞的？在負載時是如何鼓舞的？

答空載時，定子繞組中沒有電流，氣隙磁場是由轉(zhuǎn)子繞組中的直流電流鼓舞的。負載后，定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，其基波以同步速度旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子相對靜止。氣隙磁場是由轉(zhuǎn)子繞組中直流電流和定子繞組中三相交流電流共同鼓舞產(chǎn)生的。

13.★同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形是怎樣的?轉(zhuǎn)子表面某一點的氣隙磁通密

度大小隨時間變化嗎?定子表面某一點的氣隙磁通密度隨時間變化嗎?

答：凸極同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形接近于正弦波，其中含有一系列奇數(shù)次諧波；隱極同步電機轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形是接近正弦的階梯狀波，其中也含有一系列奇數(shù)次諧波．