同步电机习题与答案

同步电机习题与答案

6.1 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？ [答案见后]

6.2 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？ [答案见后]

6.3 在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应？ [答案见后]

6.4 凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗Xad大于交轴电枢反应电抗Xaq？ [答案见后]

6.5 测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来0.95nN，对试验结果有什么影响？ [答案见后]

6.6 一般同步发电机三相稳定短路，当Ik=IN时的励磁电流Ifk和额定负载时的励磁电流IfN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者Xd取不饱和值而后者取饱和值？为什么Xq一般总是采用不饱和值？ [答案见后]

6.7 为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多？为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关？ [答案见后]

6.8 在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？

[答案见后]

6.9 当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独运行时，其cosφ是分别由什么决定的？为什么？ [答案见后]

6.10 试利用功角特性和电动势平衡方程式求出隐极同步发电机的V形曲线。 [答案见后]

6.11 两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率怎样分配和调节？ [答案见后]

6.12 同步电动机与感应电动机相比有何优缺点？ [答案见后]

6.13 凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式

[答案见后]

6.14 试述直流同步电抗Xd、直轴瞬变电抗X′d、直轴超瞬变电抗X\d的物理意义和表达式，阻尼绕组对这些参数的影响？ [答案见后]

6.15 有一台三相汽轮发电机，PN＝25000kW，UN＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后），作单机运行。由试验测得它的同步电抗标么值为X*t＝2.13。电枢电

阻忽略不计。每相励磁电动势为7520V，试分 析下列几种情况接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质： （1） 每相是7.52Ω的纯电阻； （2） 每相是7.52Ω的纯感抗； （3） 每相是15.04Ω的纯容抗；

（4） 每相是(7.52－j7.52)Ω的电阻电容性负载。 [答案见后]

6.16 有一台PN＝25000kW，UN＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后）的汽轮发电机，X*t＝2.13，电枢电阻略去不计。试求额定负载下励磁电动势E0及E*0与I*的夹角ψ。 [答案见后]

6.17 一台隐极同步发电机，在额定电压下运行，X*t＝2，Ra≈0，试求： （1） 调节励磁电流使定子电流为额定电流时，cosφN＝1，空载电动势E*0是多少？

（2） 保持上述E*0不变，当cosφN＝0.866（滞后）时，I*是多少？ [答案见后]

6.18 试验某台SN＝30000kVA，线电压UN＝11000V，IN＝1570A，功率因数cosφ＝0.8（滞后），nN＝3000r/min，fN＝50Hz，Y接 法三相汽轮发电机，得到下列数据：（1）空载特性（线值）E0=kIf，k=100V/A ；（2）短路特性Ik=24If；（3）电机额定运行时漏磁电动势

（1）运行在额定状态时的励磁电流为多少？ （2）求额定负载下的电压变化率。 [答案见后]

6.19 一台三相隐极发电机与大电网并联运行，电网电压为380V，Y接法，忽略定子电阻，同步电抗Xt=1.2Ω，定子电流I=69.51A，相电势E0=278V，cosφ=0.8（滞后）。试求：

，电枢电阻Ra=0，试求：

（1） 发电机输出的有功功率和无功功率； （2） 功率角。 [答案见后]

6.20 一台汽轮发电机额定功率因数为cosφ=0.8（滞后），同步电抗X*t＝0.8，该机并联于大电网，如励磁不变，输出有功功率减半，求电枢电流及功率因数。 [答案见后]

6.21 一台三相Y接隐极同步发电机与无穷大电网并联运行，已知电网电压U＝400V，发电机的同步电抗Xt=1.2Ω ，当cosφ=1时，发电机输出有功功率为80kW。若保持励磁电流不变，减少原动机的输出，使发电机输出有功功率为20kW，忽略电枢电阻，求功率角、功率因数、定子电流、输出的无功功率及其性质。 [答案见后]

6.22 试推导凸极同步电机无功功率的功角特性。 [答案见后]

6.23 一台隐极发电机，SN＝7500kVA，cosφN=0.8（滞后），UN＝3150V，Y接，同步电抗为1.6Ω。不计定子阻抗，试求：

（1）当发电机额定负载时，发电机的电磁功率Pem、功角θ、比整步功率Psyn及静态过载能力。

（2）在不调整励磁情况下，当发电机输出功率减到一半时，发电机的电磁功率Pem、功角θ、比整步功率Psyn及负载功率因数cosφ。 [答案见后]

6.24 三相隐极同步发电机，Y接法，SN＝60kVA，UN＝380V，同步电抗Xt＝1.55 ，电枢电阻略去不计。试求：

（1）当S＝37.5kVA、cosφ=0.8（滞后）时的E0和θ； （2）拆除原动机，不计损耗，求电枢电流。

[答案见后]

6.25 三相凸极同步电动机Xq＝0.6Xd ，电枢绕组电阻不计，接在电压为额定值的大电网上运行。已知该电机自电网吸取功率因数为0.80（超前）的额定电流。在失去励磁时，尚能输出的最大电磁功率为电机的输入容量（视在功率）的37％，求该电机在额定功率因数为0.8（超前）时的励磁电动势E0（标么值）和功率角θ。

[答案见后]

6.26 设有一台三相、Y接法凸极同步发电机，测得各种参数如下：Xd=1.45Ω, Xq=1.05Ω,X-=0.599Ω, X0=0.20Ω。电机每相空载电势E0=220V时，试求： (1) 三相稳态短路电流； (2) 两相稳态短路电流； (3) 单相对中点稳态短路电流； [答案见后]

参考答案见后

6.1 答：空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是转子绕组中直流电流激励的。负载以后，定子三相电流产生旋转磁动势，其基波以同步速度旋转，与转子相对静止。气隙磁场是由转子绕组中直流电流和定子绕组中三相交流电流共同激励的。

6.2 答：由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便。电枢绕组电压高、电流大、容量大，放在转子上使结构复杂、引出不方便。故大容量电机将电枢绕组作为定子、磁极作为转子，为磁极旋转式。

其中：

Xσ表示电枢漏电抗 Xd表示直轴电枢反应电抗

Xfσ、XDdσ表示励磁绕组与直轴阻尼绕组的漏电抗

与X\d相对应的等效电路见图，如无直轴阻尼绕组，即图中XDdσ支路开路，则X\d变成了X'd。 由上式可知：X\d

6.15 解：阻抗基值

同步阻抗

（1）纯电阻负载时 电枢电流

A

电流滞后于

的角度为ψ＝45o，故电枢反应是直轴去磁兼交磁的作用。

（2）纯电感负载时 电枢电流

此时为ψ＝90o，故电枢反应是直轴去磁作用。 （3）纯电容负载时 电枢电流

此时ψ＝－90o，故电枢反应是直轴助磁作用。 （4）阻容性负载并且下X＝Xt 时 电枢电流

此时为ψ＝0o，故电枢反应为交磁作用。

6.16 解：取

＝ 故

ψ＝θ＋φ＝36.76o+36.8o

6.17 解：（1） 当cosφ＝1时，有

（2）当

时，

（滞后），则

得出 I*X*t=1.56 I*=1.56/X*t=0.78

6.18 解： (1) 当Ik=IN=1570A 时，If＝1570/24＝65.6A；当 If＝65.6A时，

。当

＝

同步电抗

。

时，

漏电抗

＝9137V

运行在额定状态下所需励磁电流

(2)

6.19 解：输出有功功率

由 Pem=(mE0U/Xt)sinθ得 sinθ=PemXt/(mE0U) =0.239 功率角

无功功率

kVar

或者

kVar

6.20 解：已知 U*=1， I*=0.8－j0.6，P*＝0.8，X*t＝0.8，则

励磁不变、输出有功减半时，P*＝0.4，则

(Xt*I*)2=E0*2+U*2-2E0*U*cosθ

定子电流 I*＝0.824 有功功率

功率因数

6.21 解：当

时

令

,

当

时

即

功率角

电枢电流

功率因数cosφ′＝cos46.21o= 0.692 (滞后) 无功功率 （滞后）

6.22 解：

Q = mUIsinφ = mUIsin(ψ-θ) = mUIsinψcosθ-mUIcosψsinθ = mUIdcosθ－ mUIqsinθ 因

，

故

6.23 解：（1）额定电流

励磁电动势

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