湖南工程學(xué)院電機(jī).doc

1、5-3 試述“同步”和“異步”的含義？答： “同步”和”異步”是個(gè)相對(duì)概念，是指交流旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1而言，若n= n1為同步電機(jī)，nn1為異步電機(jī)。5-4 何謂異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率？在什么情況下轉(zhuǎn)差率為正，什么情況為負(fù)，什么情況下轉(zhuǎn)差率小于1或大于1？如何根據(jù)轉(zhuǎn)差率的不同來區(qū)別各種不同運(yùn)行狀態(tài)？ 答：異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率s 是指旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n之間的轉(zhuǎn)速差（n1-n）與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1的比率，即 。當(dāng)n< n1時(shí)，轉(zhuǎn)差率為正（s>0），n> n1時(shí)轉(zhuǎn)差率為負(fù)（s<0）；當(dāng)n1>n>0時(shí)，轉(zhuǎn)差率s<1；當(dāng)0>n>時(shí)

2、，轉(zhuǎn)差率s>1;當(dāng)+>s>1 時(shí)為電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)1>s>0時(shí)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)0>s>-時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。7-1 異步電動(dòng)機(jī)的氣隙為什么要盡可能地??？它與同容量變壓器相比，為什么空載電流較大？ 答：異步電動(dòng)機(jī)氣隙小的目的是為了減小其勵(lì)磁電流(空載電流)，從而提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。因異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流是由電網(wǎng)供給的，故氣隙越小，電網(wǎng)供給的勵(lì)磁電流就小。而勵(lì)磁電流又屬于感性無功性質(zhì)，故減小勵(lì)磁電流，相應(yīng)就能提高電機(jī)的功率因數(shù)。 異步電動(dòng)機(jī)與變壓器一樣，均為交流勵(lì)磁的電機(jī)。它們U1-E1-0-I0的分析思路相同。在容量和電壓相同的情況下，異步電動(dòng)機(jī)

3、和變壓器的主磁通0基本相同，又由磁路歐姆定律知：，其I0Rm（匝數(shù)N1的影響遠(yuǎn)不及Rm），由于異步電動(dòng)機(jī)主磁通磁路中有兩個(gè)氣隙，而變壓器是純鐵心磁路，故異步電動(dòng)機(jī)主磁通磁路的磁阻遠(yuǎn)較變壓器大，故其空載電流遠(yuǎn)較變壓器大。5-6 三相異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，它的定子繞組往往可以接成星形或角形。試問在什么情況下采用這種或那種接法？采用這兩種連接方法時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定值（功率、相電壓、線電壓、相電流、線電流、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速等）有無改變？答：380/220V，Y/接線的三相異步電動(dòng)機(jī)，每相繞組所受的電壓均為220V，故當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)定子繞組接成Y 接線，當(dāng)電源電壓為220V時(shí)，定子繞組接成

4、形接線。采用這兩種接線時(shí)，相電壓U相同，均為220V；相電流I=U/Z相同；效率N、功率因數(shù)、功率PN及轉(zhuǎn)速nN均相等，因在相同相電壓下，、PN、nN均取決于負(fù)載大小，當(dāng)負(fù)載相同時(shí)，PN、N就相同，因而，就相同。唯一不同的是線電壓Ul和線電流Il不等，。5-9 一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，PN=4.5千瓦，Y/接線，380/220伏，轉(zhuǎn)/分，試求：1 接成Y形或形時(shí)的定子額定電流；2 同步轉(zhuǎn)速及定子磁極對(duì)數(shù)P；3 帶額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)差率；解： (1)Y接時(shí)： UN=380V 接時(shí)： UN=220V (2)磁極對(duì)數(shù) 取p=2同步轉(zhuǎn)速(3) 額定轉(zhuǎn)差率 7-2 異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)和空載運(yùn)行時(shí)，為什么時(shí)候功率因數(shù)

5、很低？當(dāng)滿載運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)會(huì)提高？答：1.由等效電路分析：下面分別畫出起動(dòng)（a）、 空載（b）和滿載(c)時(shí)的等效電路 r1 x1rmxm(b)r1 x1 r2 x2（a） r1 x1 r2/sN x2（c）rmxm起動(dòng)時(shí) 由于，故 1較大，就較小。空載時(shí) 由于，故 1較大，就較小。滿載時(shí)：激磁支路阻抗rm+jxm 與轉(zhuǎn)子支路阻抗 并聯(lián)，又由于激磁阻抗遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子支路阻抗，故可近似看成激磁支路開路。 由于，故 1較小，就較大。2、由電磁關(guān)系分析 起動(dòng)時(shí)：s=1，轉(zhuǎn)子漏抗x2s=sx2最大，故轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cos2較小，因而轉(zhuǎn)子無功分量電流大，則與其平衡的定子側(cè)無功分量電流也大，因而功率因數(shù)就小。

6、 空載時(shí)，I1=I0， 其中很小一部分的有功分量用來供空載損耗，其余絕大部分的無功分量電流用來勵(lì)磁，因此，空載電流屬感性無功性質(zhì)，因而電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就小 滿載時(shí)，因電動(dòng)機(jī)軸上輸出的是機(jī)械功率，從電路角度需用有功功率來模擬其機(jī)械功率，因此負(fù)載后，轉(zhuǎn)子電流的有功分量增大(增大)，則與其平衡的定子有功分量電流就增大，因而電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就大。7-3 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子電動(dòng)勢(shì)的頻率是多少？轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率為多少？由定子電流的產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以什么速度截切定子，又以什么速度截切轉(zhuǎn)子？由轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以什么速度截切轉(zhuǎn)子，又以什么速度截切定子？，它與定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的相對(duì)速度是多少？答：定

7、子電動(dòng)勢(shì)頻率為f1；轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)頻率為f2=s f1 ；由定子電流產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以n1的速度截切定子，又以n1-n的速度截切轉(zhuǎn)子。由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以 的速度截切轉(zhuǎn)子，又以 的速度截切定子，它與定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的相對(duì)速度為 。7-4說明異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)械負(fù)載增加時(shí)，定、轉(zhuǎn)子各物理量的變化過程怎樣？答： 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩（Tem）與負(fù)載轉(zhuǎn)矩(TL)平衡，當(dāng)機(jī)械負(fù)載（即負(fù)載轉(zhuǎn)矩）增加時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n勢(shì)必下降，轉(zhuǎn)差率增大。這樣轉(zhuǎn)子切割氣隙磁場(chǎng)速度增加，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)()及電流I2隨之增大，因而轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2增大。根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系，與轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2所平衡的定子負(fù)載分量磁動(dòng)勢(shì)F

8、1L相應(yīng)增大，而勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F0基本不變，因而定子磁動(dòng)勢(shì)增大，定子電流I1隨之增大。由于電源電壓不變，則電動(dòng)機(jī)的輸入功率就隨之增加，直至轉(zhuǎn)子有功電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩又與負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新平衡為止。7-5 為什么說異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的，而變壓器呢？答： 異步電動(dòng)機(jī)定，轉(zhuǎn)子間的電磁關(guān)系尤如變壓器，定子電流也由空載電流和負(fù)載分量電流兩部分組成：1） 維持氣隙主磁通和漏磁通，需從電網(wǎng)吸取一定的滯后無功電流（即為I0）；2） 負(fù)載分量電流取決于轉(zhuǎn)子電路；由等效電路可知，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率（還包括機(jī)械損耗等）只能用轉(zhuǎn)子電流流過虛擬的附加電阻所消耗的功率來等效代替（因輸出的機(jī)械功率是有功的，故只能用有

9、功元件電阻來等效代替）。再加上轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗，故轉(zhuǎn)子電流只可能是滯后無功電流，則與轉(zhuǎn)子平衡的定子負(fù)載分量也只能是滯后的無功電流，因此異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的。變壓器卻不一定。與異步電動(dòng)機(jī)相同的一點(diǎn)是其空載電流總是滯后無功電流，而變壓器所帶的電氣負(fù)載有阻、感、容性的(而異步電動(dòng)機(jī)在電路中模擬機(jī)械負(fù)載的只能是阻性的有功元件)，當(dāng)其負(fù)載容抗若大于變壓器的感抗時(shí)，其功率因數(shù)就會(huì)超前。7-6 異步電動(dòng)機(jī)等效電路中的附加電阻的物理意義是什么？能否用電感或電容來代替，為什么？答：異步電動(dòng)機(jī)等效電路中的附加電阻實(shí)為代表機(jī)械負(fù)載（嚴(yán)格地說還包括機(jī)械損耗等） 的一個(gè)虛擬電阻，用轉(zhuǎn)子電流在該電阻所消耗的功率

10、來等效代替總機(jī)械功率（包括軸上輸出的機(jī)械功率和機(jī)械損耗等）.因輸出的機(jī)械功率及機(jī)械損耗等均屬有功性質(zhì)，因此，從電路角度來模擬的話，只能用有功元件電阻，而不能用無功元件電感或電容來等效代替。7-7 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與哪些因數(shù)有關(guān)，哪些是運(yùn)行因素，哪些是結(jié)構(gòu)因素？答： 電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩Tem與電源參數(shù)：電源電壓U1頻率f1，電機(jī)本身參數(shù)：相數(shù)m1、極對(duì)數(shù)p、定、轉(zhuǎn)子漏阻抗r1、r2、x1、x2； 運(yùn)行參數(shù)：轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。其中U1、f1及s是運(yùn)行因素，m1、p、r1、r2、x1、x2為結(jié)構(gòu)因素。sTemTmTmTmba sm sb sa11230TL7-8 異步電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，

11、且負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，若電源電壓下降過多，對(duì)電動(dòng)機(jī)的Tmax、Tst、1、I1、I2、s及有何影響？答：因?yàn)?，而sm與U1無關(guān), 因而電源電壓下降后其Tem-s曲線如圖所示，曲線1為正常電壓下的曲線，曲線3為電壓下降過多的曲線，曲線2為電壓下降的曲線。 電機(jī)正常工作時(shí)，穩(wěn)定運(yùn)行于a點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)差率為sa。1、當(dāng)電壓下降過多，則電磁轉(zhuǎn)矩下降更多,當(dāng)最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm<TL，則電動(dòng)機(jī)就停轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子電流急速增大，若無保護(hù)，則繞組會(huì)因過熱而燒毀。2、 電壓下降，而Tm>TL，(曲線2)，則穩(wěn)定運(yùn)行于b 點(diǎn)，（不停轉(zhuǎn)），但此時(shí)： Tmax減?。篢mU12 Tst減小：TstU120減?。?S增大：

12、由于U1下降瞬間，Tem減小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降，I2增大：，正常運(yùn)行時(shí)，sx2<<r2,故I1增大：I2增大，F(xiàn)2增大，F(xiàn)1L=F2增大，故I1L 增大；而U1下降，致使0、I0減小，但由于I1L增大幅度遠(yuǎn)大于I0減小程度，故I1仍為增大。降低：電壓U1下降，鐵損減小，但此時(shí)I1、I2增大，定、轉(zhuǎn)子銅損增大，其增加的幅度遠(yuǎn)大于鐵損減小幅度，故效率下降。7-10 通常的繞線式異步電動(dòng)機(jī)如果：（1）轉(zhuǎn)子電阻增加；（2）轉(zhuǎn)子漏抗增加；（3）定子電壓大小不變，而頻率由50Hz變?yōu)?0Hz，各對(duì)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩有何影響？答：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tts和最大轉(zhuǎn)矩Tmax見上題兩式，1、轉(zhuǎn)子電阻增加，Tmax

13、不變，因Tmax與無關(guān)，在一定范圍內(nèi)（sm<1），Tst隨的增大而增大。因在此范圍內(nèi)，增大，轉(zhuǎn)子電流I2減小，而轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cos2卻增大，致使轉(zhuǎn)子電流的有功分量增大，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大2、轉(zhuǎn)子漏抗增大，Tmax、Tst減小:見上題公式3、定子頻率f1增大，Tmax、Tst減小:見上題公式7-11 一臺(tái)鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，原來轉(zhuǎn)子是銅條，后因損壞改成鑄鋁，如輸出同樣功率，在通常情況下，sN、cos、1、I1N、sm、Tmax、Tst 有何變化？答：鋁的電阻率比銅大，故轉(zhuǎn)子由銅條改為鋁條，實(shí)為增加轉(zhuǎn)子繞組電阻r2，其Tem-s曲線如圖曲線1。TemTmaxabSbSa0S112Sm 輸出同樣功率（

14、如額定功率）, 由得其曲線2.（1）sN增大，由圖知，工作點(diǎn)由a（sa）變至b（sb）。（2）不變，因轉(zhuǎn)子電阻改變不影響電機(jī)從電網(wǎng)吸取的勵(lì)磁功率，故無功功率不變，由于輸出功率不變，則電機(jī)從電網(wǎng)吸取的有功功率基本不變，忽略電機(jī)損耗，所以基本不變。（3）N下降：由于轉(zhuǎn)差率s增大，故轉(zhuǎn)子銅損增加，I1稍有增大，故定子銅損也稍大，而鐵損不變，機(jī)械損耗pmec因s 增大n減小而稍有減小，但其減小幅度不及轉(zhuǎn)子繞組銅損增大幅度，故總損耗增加，效率降低。（4）I1N有所增大：，因P2不變，不變，N下降，故I1N有所增大。（5）sm增大，見圖（因?yàn)閟mr2）（6）Tmax不變（因?yàn)門max與無關(guān)）（7）Tst增

15、大，見圖7-14 一臺(tái)六極異步電動(dòng)機(jī)，額定功率PN=28千瓦，UN=380伏，f1=50Hz，nN=950轉(zhuǎn)/分，額定負(fù)載時(shí)，pcu1+pFe=2.2千瓦，pmec=1.1千瓦，pad=0，計(jì)算在額定時(shí)的sN、pcu2、N、I1和f2 。解：磁極對(duì)數(shù)： 取同步轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)差率：總機(jī)械功率：轉(zhuǎn)子銅損： 輸入功率： 效率：定子電流：轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)頻率：8-6深槽和雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓下起動(dòng)，起動(dòng)電流較小而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，為什么？答：電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，n=0，s=1，轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)頻率最高（f2=sf1），此時(shí)趨表效應(yīng)最強(qiáng)烈，使槽電流分布趨于槽口（雙鼠籠轉(zhuǎn)子趨于上籠），相當(dāng)于槽導(dǎo)體有效截面減小，轉(zhuǎn)子電

16、阻增大（雙鼠籠轉(zhuǎn)子，上籠本身截面積又小，電阻大），故就類同題8-3，它既限制了起動(dòng)電流，又增大了起動(dòng)電阻。8-7雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)兩籠之間為什么一定要有縫隙？深槽式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽為什么要做得深而窄？答： 磁通總是以磁阻小的路徑閉合，雙鼠籠電動(dòng)機(jī)兩籠間的縫隙主要是迫使上籠漏磁通路徑也交鏈于下籠（因縫隙的磁阻大），這樣交鏈于下籠的漏磁通比上籠多，下籠就有較大的漏抗，使趨表效應(yīng)更為明顯。深槽式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽之所以做得深而窄，主要是為了改變轉(zhuǎn)子的漏磁通的分布，從而改變其參數(shù)。槽越深，交鏈槽底部的漏磁通就越多，這些漏磁通所經(jīng)過的截面積就越大，磁阻越小，漏抗就越大。另外槽窄，漏磁通經(jīng)過槽內(nèi)部分的長(zhǎng)度越短

17、，磁阻越小，故漏抗也越大，因此槽深而窄的結(jié)果，均增加槽底部分漏抗，使趨表效應(yīng)更為明顯。8-8 在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串接電抗器或電容器是否能改善起動(dòng)性能？是否能用來調(diào)速？此時(shí)Tst、Tmax、sm和額定負(fù)載下的效率和功率因數(shù)如何變化？答：（1）繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電抗器，增大了轉(zhuǎn)子回路阻抗 ，由式 可見，可減小起動(dòng)電流。 同時(shí)，它也增大了轉(zhuǎn)子回路阻抗角，cos2減小，使轉(zhuǎn)子電流有功分量I2cos2減小，進(jìn)而使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小得更多。至于轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電容器（如容抗不過分大），則反之。因此，無論是串電抗器還是電容器，都不能全面改善起動(dòng)性能。(2)由式： 及Tem-s曲線（以串電抗器為例

18、）可知：TemTmaxabsm0TLTsts1若負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定，其工作點(diǎn)由a變至b，轉(zhuǎn)差率s減小，轉(zhuǎn)速增高。問題是它只能在sm值之內(nèi)調(diào)速，而sm值很?。?.080.2），故此法雖能調(diào)速，但調(diào)速范圍很小，故很少有實(shí)用價(jià)值。（3）串電抗后（以串聯(lián)電抗器為例），由公式和曲線可知，Tmax、Tst減小（因cos2減?。?、減小，在額定負(fù)載下，功率因數(shù)就下降（因感抗增大所致），效率下降。當(dāng)串接適當(dāng)電容，情況反之。9-4 三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，如電源一相斷線，這時(shí)電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)，如繞組一相斷線，這時(shí)電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？Y 、接線是否一樣？如果運(yùn)行中電源或繞組一相斷線，能否繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，有何不良后果？答： 電源一相斷線

19、，電動(dòng)機(jī)無論是Y 接線或接線，均成為單相運(yùn)行，就相當(dāng)于一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)，它產(chǎn)生脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)，而脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)可分解成大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，由于起動(dòng)初瞬，轉(zhuǎn)子是靜止的，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以相同的速率截切轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩，顯然兩個(gè)轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，其合成總轉(zhuǎn)矩為零，故無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。如果繞組一相斷線，對(duì)Y 接電動(dòng)機(jī)仍為單相運(yùn)行，故也不能起動(dòng)。而接線電動(dòng)機(jī)卻成為兩面相運(yùn)行，它產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故能起動(dòng)。如果運(yùn)行中電源或繞組一相斷線，即使成單相運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)仍能按原方向旋轉(zhuǎn)（只要此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩），因?yàn)檫@時(shí)兩

20、個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)中必有一個(gè)與原來轉(zhuǎn)向相同，它對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率為 ，而另一個(gè)，由于, 因此由相反方向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的有功分量電流很小（漏抗所致），這使它所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 減小，則，結(jié)果轉(zhuǎn)子總轉(zhuǎn)矩減小，若它仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子就沿原方向旋轉(zhuǎn)。 上述各種情況， 對(duì)電機(jī)都不利，若成單相運(yùn)行，無法起動(dòng)，呈堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流急劇增大而會(huì)燒壞繞組。若運(yùn)行中缺相，電機(jī)雖能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)（若此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩），由于反向電磁轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果，使總轉(zhuǎn)矩減?。ǔ隽p?。糌?fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電機(jī)就處于過載狀態(tài)，繞組過熱，時(shí)間長(zhǎng)同樣會(huì)燒毀繞組。10-1 同步發(fā)電機(jī)是怎樣發(fā)出三相對(duì)稱正弦交流電的？答： 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上繞有勵(lì)磁

21、繞組，通以直流電勵(lì)磁，產(chǎn)生磁場(chǎng)，并由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使定子三相對(duì)稱繞組不斷切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)而感應(yīng)出三相交流電動(dòng)勢(shì)。 （1）波形：由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形主要取決于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在氣隙空間分布的波形，制造時(shí)使轉(zhuǎn)子磁極的磁場(chǎng)在氣隙空間盡可能按正弦波分布，三相繞組的Y形連接和采用短距、分布繞組，便得到正弦波形的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；（2）大小：由于定子三相繞組對(duì)稱，它們切割同一個(gè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也對(duì)稱，大小均為 （3）相位差和相序：由于定子繞組在空間位置上互差1200電角度，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子三相繞組在時(shí)間上有先后順序，定子的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間相位上就互差1200電角度，如果將先切割的一相定義為A相，則后切割的

22、那兩相就為B相和C相，因此三相電動(dòng)勢(shì)的相序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，其由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向決定；（4）頻率：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一對(duì)磁極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就經(jīng)歷一個(gè)周期的變化，若電機(jī)有p對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子以每分鐘n轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，則每分鐘內(nèi)電動(dòng)勢(shì)變化pn個(gè)周期，即頻率為：也就是當(dāng)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p 一定時(shí)，頻率f和轉(zhuǎn)速n有嚴(yán)格不變的關(guān)系。10-4 有一臺(tái)QFS-300-2的汽輪發(fā)電機(jī)，UN=18千伏，fN=50赫茲，試求（1）發(fā)電機(jī)的額定電流；（2）發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)能發(fā)多少有功和無功功率？解：（1）額定電流 （2）額定功率因數(shù)角有功功率 無功功率ZL11-2 同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)性質(zhì)主要決定于什么？在下列情況下，電樞反應(yīng)各起什么作用？1） 三相

23、對(duì)稱電阻負(fù)載；2） 電容負(fù)載，發(fā)電機(jī)同步電抗；3） 電感負(fù)載答： 電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于內(nèi)功率因數(shù)角，而角既與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，又與發(fā)電機(jī)本身的參數(shù)有關(guān)。由等效電路圖可知（忽略電樞繞組電阻ra）：當(dāng)負(fù)載阻抗為ZL=R時(shí)，阻抗Z=jxt+R，其阻抗角在900>>00范圍內(nèi)，即空載電動(dòng)勢(shì)和電樞電流之間的相位角在900>>00范圍內(nèi)，所以電樞反應(yīng)既有交軸又有直軸去磁電樞反應(yīng)；當(dāng)負(fù)載阻抗為ZL=-jxc時(shí)，阻抗Z=jxt-jxc，由于xt*=1.0>xc*=0.8, 阻抗角=900，即空載電動(dòng)勢(shì)和電樞電流之間的相位角=900，所以電樞反應(yīng)為直軸去磁電樞反應(yīng)；當(dāng)負(fù)載阻抗為ZL=j

24、xL時(shí)，阻抗Z=jxt+jxL的阻抗角為=900，即空載電動(dòng)勢(shì)和電樞電流之間的相位角=900，所以電樞反應(yīng)為直軸去磁電樞反應(yīng)。11-4 同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗與異步電機(jī)的什么電抗相似？指出它們的相似處？答： 同步電機(jī)電樞反應(yīng)電抗xa與異步電機(jī)的勵(lì)磁電抗xm相似；這兩個(gè)電抗所對(duì)應(yīng)的磁通都是由定子三相電流產(chǎn)生的，都通過氣隙，既交鏈定子繞組，又交鏈轉(zhuǎn)子繞組，兩個(gè)電抗都與氣隙大小、電源頻率、繞組匝數(shù)、鐵心幾何尺寸、材質(zhì)及磁路的飽和程度有關(guān)。11-5 同步電抗對(duì)應(yīng)什么磁通？它的物理意義是什么？ 答：同步電抗是電樞反應(yīng)電抗和漏抗 之和；物理意義：同步電抗是表征三相穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和漏磁場(chǎng)對(duì)電樞電路

25、作用的一個(gè)綜合參數(shù)；同步電抗越大，表示一定負(fù)載電流時(shí)，電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和漏磁場(chǎng)越強(qiáng)，由它們?cè)陔姌欣@組中引起的電抗壓降越大。11-6 為什么同步電抗的數(shù)值一般都較大（不可能做得較小），試分析下列情況對(duì)同步電抗的影響？1）電樞繞組匝數(shù)增加；2）鐵心飽和程度增大；3）氣隙加大 ；4）激磁繞組匝數(shù)增加。答： 由于電機(jī)的氣隙較小，磁阻很小，由 得，同步電抗較大。(1）電樞繞組匝數(shù)增加，同步電抗增大 ； （2）鐵心飽和程度提高，磁阻增大，同步電抗減小 （3）氣隙增大，磁阻增大，同步電抗減小。 （4）勵(lì)磁繞組匝數(shù)增加，由于未改變電樞繞組的匝數(shù)及電機(jī)磁路的磁阻，所以同步電抗不變。11-8 同步發(fā)電機(jī)帶上 >

26、00的對(duì)稱負(fù)載，后，端電壓為什么會(huì)下降，試用磁路和電路兩方面分別加以分析？答：磁路方面：帶上 >00的對(duì)稱負(fù)載，電樞反應(yīng)的性質(zhì)有直軸去磁作用，故端電壓會(huì)下降。電路方面： 電動(dòng)勢(shì)方程： 由相量圖可見，發(fā)電機(jī)帶上 >00的負(fù)載后，由于電機(jī)本身阻抗壓降的影響，使得端電壓下降。11-10同步發(fā)電機(jī)短路特性曲線為什么是直線？當(dāng)時(shí)，這時(shí)的激磁電流已處于空載特性曲線的飽和段，為什么此時(shí)求得的卻是不飽和值，而在正常負(fù)載下卻是飽和值？答：同步發(fā)電機(jī)短路時(shí)，略去電樞繞組電阻有：，而氣隙電動(dòng)勢(shì)為： 此時(shí)氣隙電動(dòng)勢(shì)只需用來平衡漏抗壓降，因x很小，故氣隙電動(dòng)勢(shì)很小，用來感應(yīng)氣隙電動(dòng)勢(shì)的氣隙磁通很小，所以短路

27、時(shí)，電機(jī)磁路不飽和，E0If，而E0Ik，因此IkIf，所以短路特性是一條過原點(diǎn)的直線。，盡管當(dāng)Ik=IN 時(shí)勵(lì)磁電流已于空載特性的飽和段，但其E0取之于空載特性曲線的氣隙線，而且短路時(shí)電機(jī)磁路又處于不飽和狀態(tài)，所以求得的xd為不飽和值。在正常負(fù)載下，電機(jī)磁路處于飽和狀態(tài)，所以xd為飽和值。11-11負(fù)載大小的性質(zhì)對(duì)發(fā)電機(jī)外特性和調(diào)整特性有何影響？為什么？電壓變化率與哪些因素有關(guān)？答：(參看見題11-9圖)對(duì)外特性的影響：（1）發(fā)電機(jī)帶阻、感性負(fù)載時(shí)，電樞反應(yīng)有直軸去磁作用，隨著負(fù)載的增加，去磁作用越強(qiáng)，端電壓下降越多，外特性曲線下降程度越大；（2）帶容性負(fù)載（負(fù)載容抗大于同步電抗）時(shí)，電樞反

28、應(yīng)為直軸助磁，隨著負(fù)載的增加，助磁作用越強(qiáng)，端電壓上升越多，外特性曲線上升程度越大。 對(duì)調(diào)整特性的影響：（1）發(fā)電機(jī)帶阻、感性負(fù)載時(shí)，電樞反應(yīng)有直軸去磁作用，隨著負(fù)載的增加，去磁作用越強(qiáng)，端電壓下降越多，為保持端電壓不變，必須增加勵(lì)磁電流，使增加的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)恰好用來平衡去磁的電樞磁動(dòng)勢(shì)，所以曲線上升；（2）帶容性負(fù)載（負(fù)載容抗大于同步電抗）時(shí)，電樞反應(yīng)為直軸助磁，隨著負(fù)載大小的增加，助磁作用越強(qiáng)，端電壓上升越多，為保持端電壓不變，必須減小勵(lì)磁電流，使減小的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)恰好用來平衡助磁的電樞磁動(dòng)勢(shì)，所以曲線下降 。121 試述三相同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列的條件？為什么要滿足這些條件？怎樣檢驗(yàn)是否滿足？

29、答： 條件是：（1）待并發(fā)電機(jī)的電壓Ug與電網(wǎng)電壓Uc大小相等； （2）待并發(fā)電機(jī)的電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同； （3）待并發(fā)電機(jī)的頻率fg與電網(wǎng)頻率fc相等； (4) 待并發(fā)電機(jī)電壓相序與電網(wǎng)電壓相序一致；若不滿足這些條件：條件（1）不滿足，發(fā)電機(jī)在并列瞬間會(huì)產(chǎn)生有害的滯后（或超前）發(fā)電機(jī)電壓900（即無功性質(zhì)）的巨大瞬態(tài)沖擊電流，使定子繞組端部受沖擊力而變形；條件（2）不滿足發(fā)電機(jī)在并列瞬間會(huì)產(chǎn)生有害的滯后（或超前）發(fā)電機(jī)電壓一相位角的巨大瞬態(tài)沖擊電流，使定子繞組端部受沖擊力而變形，同時(shí)，沖擊電流的有功分量還會(huì)在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生沖擊機(jī)械扭轉(zhuǎn)矩，使機(jī)軸扭曲變形，大的沖擊電流還會(huì)使電樞繞組過

30、熱；條件（3）不滿足，發(fā)電機(jī)在并列時(shí)會(huì)產(chǎn)生拍振電流，在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生時(shí)正、時(shí)負(fù)的轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)振動(dòng)，同時(shí)沖擊電流會(huì)使電樞繞組端部受沖擊力而變形，還會(huì)使電樞繞組發(fā)熱；條件（4）不滿足的發(fā)電機(jī)絕對(duì)不允許并列，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)電機(jī)電壓恒差1200，U恒等于，它將產(chǎn)生巨大的沖擊電流而危及發(fā)電機(jī)，也可能使發(fā)電機(jī)不能牽入同步。123同步發(fā)電機(jī)的功角在時(shí)間和空間上各有什么含義？答： 時(shí)間相位角：發(fā)電機(jī)空載電動(dòng)勢(shì)與端電壓之間的相位角為功角?？臻g相位角：是感應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)主磁通的主磁極軸線和產(chǎn)生端電壓的定子等效假想合成磁通的磁極軸線之間的夾角。12-4 與無限大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，如何調(diào)節(jié)有功功率，試用功角特性分析說明

31、？ 答：改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的輸出功率或轉(zhuǎn)矩，以改變功率角的大小。pem0P1amP1aP2P2見圖示：在0am區(qū)域內(nèi)，改變P1或T1，即可改變功率角的大小，調(diào)節(jié)有功功率P2. （1） 原工作于a點(diǎn)，此時(shí)P1=P2Pem（忽略p），功角為；（2）當(dāng)增大原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T1，即增大輸入功率至P1，由于輸出功率瞬時(shí)未變，出現(xiàn)功率差額P=P1-P1,在相應(yīng)于功率差額P的剩余轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子加速，使功角由增至，這時(shí)輸出功率P2也相應(yīng)增大，直至與輸入功率達(dá)到新的平衡（P2=P1），于是電機(jī)就穩(wěn)定運(yùn)行在新的工作點(diǎn)a點(diǎn)。pem0P1amabb12-5用功角特性說明與無限大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定概念？答：忽略電機(jī)

32、的各種損耗。在b 點(diǎn)，當(dāng)受到某些原因，使功角增大，則，功角繼續(xù)增大，發(fā)電機(jī)功率越小，電磁轉(zhuǎn)矩越小，運(yùn)行點(diǎn)離b點(diǎn)越來越遠(yuǎn)，最后發(fā)電機(jī)失步。同理，當(dāng)某原因使功角減小時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)也不能回到b點(diǎn)。所以在b 點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)不具有靜態(tài)穩(wěn)定性。在a 點(diǎn)，當(dāng)受到某些原因，使功角增大，則，功角減小 ，發(fā)電機(jī)功率越小，電磁轉(zhuǎn)矩越小，電機(jī)能重新回到a運(yùn)行點(diǎn).同理，當(dāng)某原因使功角減小時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)也能回到a點(diǎn)。所以在a 點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)具有靜態(tài)穩(wěn)定性。127 與無限大容量電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)如何調(diào)節(jié)無功功率？試用相量圖分析說明？答：調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流即可調(diào)節(jié)無功功率的大小。電機(jī)輸出的無功功率（以隱極機(jī)為例）為：，aa在相量圖上可用E0