電機簡單深刻復習思考題(2018年度.12.10)

1、刖百：此頁勿打印，或自用時刪去知識點為大致整理，具體請自己整理，錄音已發(fā)班群思考題自制參考答案，來源自己編、輔導書、百度各種方式，僅供參考附有下劃線的問題表示不會，后續(xù)會進行補充有錯誤和錯別字等問題請及時反映謝謝。本資料為李璟欣大佬初稿，本人二次編輯感謝李大佬的碼字和張大佬的支持1、P223汽輪機結(jié)構(gòu)特點：轉(zhuǎn)子為隱極式；轉(zhuǎn)速高；磁極數(shù)小；臥式安裝；L/D比較大；轉(zhuǎn)子上有護換中心環(huán)，防止轉(zhuǎn)子徑向和軸向移動。水輪機結(jié)構(gòu)特點：凸極結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)速低；級數(shù)多；轉(zhuǎn)動慣量大；直徑大；長度短；立式安裝2、P225額定容量Sn與額定功率Pn:Sn同步發(fā)電機是發(fā)電機出線端的額定視在功率（單位：kVA/MVA）;Pn同

2、步電動機指轉(zhuǎn)軸上輸出的有效機械功率（單位：kW/MW）同步調(diào)相機用發(fā)電機出線端輸出無功功率表示（kvar/Mvar）三相交流發(fā)電機輸出的有功功率PnSnCOSn.3UnInCOSn三相交流電動機輸出的有功功率Pn73UnInCOSnn額定轉(zhuǎn)速nN（r/min）60fN（Hz）P3、P228空載運行：氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢單獨建立電樞反應：同步電機負載以后，電機內(nèi)部的磁勢和磁場及繞組中感應電勢將發(fā)生顯著變化，此變化主要由電樞磁勢的出現(xiàn)所致。類型：直軸去磁電樞反應（感性無功功率，巾=90,過勵狀態(tài)），直軸助磁電樞反應（吸收感性無功，巾=-900,欠勵），交軸電樞反應電勢（發(fā)電機00,電動機180）同步

3、發(fā)電機運行狀態(tài)（-90-900）同步電動機（90-2700）同步電機的運行方式可以由內(nèi)功率因數(shù)角山來判定。同步電機作為發(fā)電機運行時轉(zhuǎn)子磁場較定子磁場超前。以及D,q軸的概念以及Xd,Xq大小和什么因數(shù)有關？4、P237隱極式/凸極式電壓方程，向量圖與相關計算（最好用幾何方法，使用時最好把向量圖畫上去）5、P245空載特性，短路特性、負載特性、外特性。相關參數(shù)的計算（不飽和電抗、飽和度、短路比、飽和電抗、漏抗）6、P264同步電機并聯(lián)運行條件：（1）發(fā)電機頻率等與電網(wǎng)頻率（2）發(fā)電機電壓幅值等于電網(wǎng)電壓的幅值（3）發(fā)電機的電壓相序與電網(wǎng)的相序相同（4）在并網(wǎng)時，發(fā)電機的電壓相角與電網(wǎng)電壓的相角一

4、樣不滿足的后果：在發(fā)電機繞組中產(chǎn)生環(huán)流，引起發(fā)電機功率振蕩，增加運行損耗，運行不穩(wěn)定等問題。方法：準確整步法：直接法（燈光熄滅法），交叉法（燈光旋轉(zhuǎn)法），自整步法優(yōu)缺點：燈光旋轉(zhuǎn)法優(yōu)點：能看出發(fā)電機頻率比電網(wǎng)高還是低。準確整步法：優(yōu)點投入瞬間電網(wǎng)和電機沒有沖擊；缺點整步過程比較復雜。自整步法：優(yōu)點投入迅速，不需要增添復雜的裝置；缺點是投入時定子電流沖擊稍大7、P266隱極/凸極同步電機的功角特性，運行點變化，功角，功率因數(shù)變化，計算，畫圖及分析。8、P273有功功率調(diào)節(jié)，無功功率調(diào)節(jié)，V形曲線的的區(qū)域9、P278同步電動機補償機無功補償問題同步電動機啟動方法：異步啟動法，輔助電機法，變頻啟動法

5、發(fā)電機和電動機區(qū)別：電動機電流流入為正，導致.10、同步發(fā)電機的不對稱運行負序造成的影響：電機影響：2n反響切割感生電勢，產(chǎn)生渦流，鐵芯本體產(chǎn)生1000Hz電熱(1)造成轉(zhuǎn)子繞組過熱尤其是汽輪發(fā)電機的護環(huán)和中心環(huán)搭接處(2)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生震動產(chǎn)生附加交變轉(zhuǎn)矩引起轉(zhuǎn)子震動(水輪機)11、P308短路電流分量及時間常數(shù)問題，計算題，最不利12、P304次暫態(tài)、暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)概念電抗13、P273P313振蕩與靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定問題12-1同步電機的空氣隙磁場，在空載時如何激勵的？在負載狀態(tài)下如何勵磁的？如何確定定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的波形、振幅、轉(zhuǎn)速以及他們之間的相對位置？空載時，定子繞組中沒有電流，氣

6、隙磁場是轉(zhuǎn)子繞組中直流電流激勵的。負載時，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激勵的。12-3同步電抗對應于什么磁通？為什么說同步電抗是三相電流產(chǎn)生的電抗而他的數(shù)值又是每相值？每相同步電抗與每項繞組本身的勵磁電抗有什么區(qū)別？同步電抗對應于三相對稱電樞電流產(chǎn)生的電樞總磁通包括電樞反應磁通和漏磁通兩部分。同步電抗反映的是一相繞組的電動勢與一相電流的比值，仍是一相的值，但是感應電動勢的磁場卻是三相繞組通電共同產(chǎn)生的所以說同步電抗是與三相有關的電抗而數(shù)值又是每相的值。每相同步電抗反映了三相繞組流過對稱三相電流形成的

7、合成磁動勢所產(chǎn)生的磁通在一相繞組中感應電動勢與一相電流的比值，而每相繞組自身的電抗反映的是該相繞組通電產(chǎn)生的磁場在自身繞組中所產(chǎn)生感應電動勢與自身電流的比值。12-4設某同步發(fā)電機的負載電流較空載電動勢在時間軸上滯后300,求定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場間的空間相角關系，這兩種磁場在定子繞組中所感應的電動勢間相角差又是如何？這是合成旋轉(zhuǎn)磁場的空間位置較轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場超前還是滯后？合成感應電動勢的時間相位關系將較空載電動勢超前還是滯后？T兩種磁場在定子繞組中所感應的電動勢間相角差弋/E,為120,gPFf1和Fa的相位差。上*轉(zhuǎn)子磁場超前于定子磁場，故合成旋轉(zhuǎn)磁場滯后“用于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場?？蛰d電動勢超

8、前于電樞反應電動勢，即E0超前于Ea,故合成感應電動勢滯后與空載電動勢。12-6什么是雙反應法？為什么凸極同步電機要用雙反應法來分析電樞反應？隱極同步電機能不能用雙反應法？雙反應理論：將同步電機的電樞磁動勢分解為直軸和交軸兩個分量，分別考慮單獨對電機影響。凸極同步電動機有明顯的磁極，氣隙不均勻，當電樞磁動勢與主磁極軸線重合時，磁路氣隙最小，磁阻最小，磁導最大，對應的電抗也最大；當電樞磁動勢處于主磁極的幾何軸線時，磁路氣隙最大，磁阻最大，磁導最小，對應的電抗也最??；當電樞磁動勢處于上述兩位置之間時，相應的磁阻、磁導及電樞反應電抗也處于兩者之間，隨位置不同而變化。采用雙反應法，按交、直軸分量來處理

9、可以簡化問題。隱極同步電動機無明顯磁極，氣隙基本上是均勻的，電樞磁動勢無論處于氣隙圓周的哪一位置，遇到的磁阻都是基本相等的，相應的電抗都是不變的。因止匕,無需采用雙反應法。12-7為什么從空載特性和短路特性不能測定同步電機的交軸同步電抗？為什么從空載特性和短路特性不能準確地測定同步電抗的飽和值？為什么感應性負載特性和空載特性有相同的形狀？凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式為EoUIRajIdXdjlqXq。三相短路時U0,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，.即90,lq0,Ild,EojIdXdjlXd,其中Eo正比于I。由于Iq0,不能從空載和短路特性求出Xq0由于短路

10、情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。感性負載時，.電樞反應為直軸去磁反應，即90,Iq0,IId,EUjIdXdUjIXd,其中E。與I成線性關系。故具有相同的形狀。12-10同步發(fā)電機的短路特性為一直線，為什么？設xd的標幺值為1,當短路電流有額定值時，IkXd已等于額定電壓，但此時短路特性仍不飽和，為什么？因為短路時，短路電流僅受電機本身阻抗的限制，由于電阻比電抗小得多，短路電流可認為純電感電流，電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔?，此時的氣隙合成磁動勢很小，處于不飽和狀態(tài)，磁路不飽和時：E

11、0If,而Ik互，即IkE0If,所Xd以短路特性為一直線。當短路電流IkIn,此時Ik%等于額定電壓，此時的短路特性仍為直線，因為短路時，電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔茫瑲庀逗铣纱艅觿轂镕FfFad,Ff越大，F(xiàn)ad也越大且仍為去磁,F仍很小，處于不飽和狀態(tài)，IkEoIf,所以仍為一直線。12-11為什么說短路比是同步發(fā)電機的重要參數(shù)之一？短路比與同步電抗的關系怎樣？汽輪發(fā)電機的短路比可以比水輪發(fā)電機的短路比小，為什么？短路比直接影響同步電機的制造成本和運行性能。（最好回答六個方面）kc大xj、U??；kc大x/、成本高；kc大x”、KM大，穩(wěn)定性高；kc大x”、短路電流大1短路比和同步電抗的關系由公式

12、kcku，可知，短路比和同步電抗成反比關xd系。水輪發(fā)電機經(jīng)過升壓變壓器和很長的輸電線與電網(wǎng)并聯(lián)，發(fā)電機的最大電磁功率PemmaxmEU/（X$XlX。，輸電線電抗Xl較大，顯然過載能力降低，對穩(wěn)定運行不利，為了提高遠距離輸電的靜態(tài)穩(wěn)定，希望發(fā)電機有較小的XS,即要較大的短路比。13-1同步發(fā)電機與電網(wǎng)并列運行，要滿足哪些條件？如果條件不滿足并列運行條件會產(chǎn)生什么后果？四個條件：發(fā)電機的頻率等于電網(wǎng)頻率；發(fā)電機的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓的幅值；發(fā)電機的電壓相序與電網(wǎng)的相序相同；在并網(wǎng)時，發(fā)電機的電壓相角與電網(wǎng)電壓相角一樣。它們都如果上述四個條件有一個不滿足，將對發(fā)電機運行產(chǎn)生嚴重的后果會在發(fā)電機繞

13、組中產(chǎn)生環(huán)流，引起發(fā)電機功率振蕩，增加運行損耗，運行不穩(wěn)定等問題。13-2什么是同步電機的功角特性？在推導功角特性時應用了哪些假定？6角的時間空間物理意義是什么？功角特性：功率Pm或P隨著6角而變化的關系（發(fā)電機并聯(lián)到無限大電網(wǎng)即端電壓U和頻率f不變；磁路不飽和即同步電抗Xs不變；勵磁電流If不改變）時間物理意義：勵磁電動勢Eo和電壓U之間的夾角。空間物理意義：轉(zhuǎn)子磁場軸線與合成磁場軸線之間的夾角。13-6在求凸極機的電磁功率時，為什么Pm*01cos也？在什么情況EoIcos也將較電磁功率為大？在什么卜f況下Eelcos弁將較電磁功率較?。績烧咧畲硎裁?？13-7在隱極電機中，定子電流和定

14、子磁場不能相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但在凸極式電機中，定子電流和定子磁場卻相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，為什么？磁阻轉(zhuǎn)矩應該看作是同步轉(zhuǎn)矩還是異步轉(zhuǎn)矩？為什么？定子三相電流流過三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，磁動勢作用在磁路上產(chǎn)生磁場。由于凸極電機氣隙不均勻，所以氣隙磁場與磁動勢相位不同。可以將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢的電流等效看成一個整距線圈的電流，該電流所在位置的氣隙磁場不為零，將受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。而在隱極電機中磁動勢與氣隙磁場同相位，即等效的電流所在位置的磁場為零，不會受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。13-8在作同步電動機的向量圖時，我們是把它看作同步發(fā)電機來處理的，試直接用電動機的電壓方程式，重作同步電動機在過勵狀態(tài)下與欠勵狀態(tài)下相量圖為何

15、可從相量E0和U的相對相角關系確定同步電機在發(fā)電機狀態(tài)下運行或在電動機狀態(tài)下運行？(欠勵的自己畫，電腦作圖太麻煩)隱極機：UEoI(jXsR)凸極機：UEoIRjIdXdjlqXq隱管機過勵向用J同步電機運行狀態(tài)由氣隙合成磁場軸線(Bo)與主磁極軸線(Ffi)的相對位置來決定。當主磁極場軸線(Ffi)超前合成磁場軸線(Bo)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)。.用時間向量表示，Eo超前于U時為發(fā)電機狀態(tài)，滯后時為電動機狀態(tài)。13-10比較在下列情況下同步電動機的穩(wěn)定性(1)當有較大的短路比或較小的短路比時(2)在過勵狀態(tài)下或在欠勵狀態(tài)下運行時(3)在輕載狀態(tài)下或在滿載狀態(tài)

16、下運行時(4)直接接至電網(wǎng)或通過外電抗接至電網(wǎng)時同步電機與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運行，功角較小的同步電機穩(wěn)定性越好。(1)短路比大的同步電機，具同步電抗小，最大電磁功率大，和短路比小的同步電機比，在有功功率相同的情況下，功角要小些，故短路比大的同步電機穩(wěn)定性較好。(Kmkc,短路比越大，過載能力越大，穩(wěn)定性好)(2)有功功率相同時，過勵狀態(tài)下功角較小，故過勵狀態(tài)下穩(wěn)定性好。(過勵狀態(tài)時勵磁電流大，空載電動勢E0大，功率極限值大，過載能力大，故穩(wěn)定性好)(3)輕載時功角小，故輕載時穩(wěn)定性好。(電機輕載時的運行點比重載時運行點遠離功率極限點，故穩(wěn)定性好)(4)直接接至電網(wǎng)最大電磁功率大，通過外電抗接至電網(wǎng)

17、最大電磁功率為RmmaxmEoU/(XsXl),外電抗Xl的影響，最大電磁功率減小。在有功功率相同的情況下，直接接至電網(wǎng)的同步電機功角要小些，故直接接至電網(wǎng)的同步電機穩(wěn)定性較好。13-11試為同步補償機做一相量圖。該機本身的損耗如何供給？向量圖如13-8所示，本身損耗通過吸收有功功率供給。14-1同步電機中，轉(zhuǎn)子繞組對正序旋轉(zhuǎn)磁場起什么作用？對負序旋轉(zhuǎn)磁場起什么作用？如何體會正序電抗既同步電抗？為什么負序電抗要比正序電抗小很多，而零序電抗比負序電抗還??？當三相繞組中流過零序電流時，合成磁動勢為零，為什么零序電抗不等于零？由于正序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，相對靜止，不會在轉(zhuǎn)子繞組中感應電動勢，因此

18、轉(zhuǎn)子繞組對正序旋轉(zhuǎn)磁場不產(chǎn)生影響。這一過程與同步電抗表示的過程相同，所以正序電抗就是同步電抗。負序旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，相對轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速的兩倍，將在轉(zhuǎn)子繞組中感應電動勢，產(chǎn)生電流，對負序磁場起削弱作用，所以負序電抗數(shù)值小。三相零序電流大小相等相位相同，流過三相對稱繞組時，產(chǎn)生的三相零序合成磁動勢為零。電機氣隙中沒有零序電流產(chǎn)生的互磁通，僅有漏磁通，故零序電抗對應的是漏磁通，零序電抗不為零但很小。14-5負序漏磁通與正序漏磁通有何不同？零序漏磁通與正序漏磁通有何不同？負序漏磁通和正序漏磁通一樣，因為有正序和負序只是相序不同，漏磁通是一相電流所產(chǎn)生，與相序無關。零序漏磁通和正序漏磁通不同，

19、因為零序電流合成磁動勢中有3和3的倍數(shù)次諧波，是脈振磁動勢，諧波磁場歸入諧波漏磁。另外槽漏磁也與正序電流不同，在雙層短距繞組中，有些槽的上下層導體不屬同一相，零序電流產(chǎn)生的槽漏磁通正序電流產(chǎn)生的槽漏磁小。在整距繞組中零序電流和正序電流產(chǎn)生的槽漏磁通相同。15-2試說明下列情況中同步電機的轉(zhuǎn)子電流有沒有交流分量：(1)同步運轉(zhuǎn)，定子電流三相對稱且有穩(wěn)定值(2)同步運轉(zhuǎn)，定子電流有穩(wěn)態(tài)值但三相不對稱(3)穩(wěn)定異步運轉(zhuǎn)(4)同步運轉(zhuǎn)，定子電流突然變化(1)定子三相電流對稱且有穩(wěn)定值，它產(chǎn)生的電樞磁動勢為一圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢,與轉(zhuǎn)子同步運行，故電樞反應磁場與轉(zhuǎn)子相對靜止，穿過轉(zhuǎn)子勵磁繞組的磁通也為一恒定值

20、，所以不會在勵磁繞組中感應出周期分量電流。(2)三相電流不對稱時，電樞磁動勢除了有與轉(zhuǎn)子相對靜止的正序分量外，還有一個逆轉(zhuǎn)的負序分量磁動勢，它以2n1的轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子中感應出倍頻電流，所以轉(zhuǎn)子電流中有周期分量電流。(3)穩(wěn)定的異步運行時，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間有恒定的轉(zhuǎn)差，電樞磁動勢會在轉(zhuǎn)子繞組中感應出由轉(zhuǎn)差決定頻率的交變分量電流。(4)負載電流對稱但發(fā)生突然變化時，除產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子同步的圓形旋轉(zhuǎn)的電樞磁動勢外，因其大小的突然改變，還會使定子產(chǎn)生直流分量電流及恒定磁場，恒定磁場將在轉(zhuǎn)子繞組中感應出交流分量電流。15-3試說明瞬態(tài)電抗和超瞬態(tài)電抗的物理意義。它們和定子繞組的漏抗有什么不同？由

21、于隱極式電機有均勻的空氣隙，所以同步電抗Xd和Xq相等，為什么超瞬態(tài)電抗X；和卻又不相等？為什么沿交軸的瞬態(tài)電抗即等于沿交軸的同步電抗Xq,而沿父軸的超瞬態(tài)電抗Xq又和Xq不相等？在短路初瞬，由于磁鏈不變原則，短路電流所產(chǎn)生的電樞反應磁通不能通過轉(zhuǎn)子鐵芯去鍵鏈轉(zhuǎn)子繞組，而是被擠到轉(zhuǎn)子繞組外側(cè)的漏磁路中。定子短路電流所產(chǎn)生的磁通所經(jīng)路線的磁阻變大，此時限制電樞電流的電抗變小，這個電抗稱為瞬態(tài)電抗。轉(zhuǎn)子上裝有阻尼繞組(閉合回路)的磁鏈不能突然改變。在短路初始瞬間，電樞磁通將被排擠在阻尼繞組以外。即電樞磁通依次經(jīng)過空氣隙、阻尼繞組旁的漏磁路和勵磁繞組旁的漏磁路，此時磁鏈的磁阻更大，與之相應的電抗將有

22、更小的數(shù)值，這個電抗被稱為超瞬態(tài)電抗。（直軸同步電抗是表征同步電機在對稱穩(wěn)態(tài)運行時電樞繞組反應磁場和電樞漏磁場作用的綜合性參數(shù)，這時直軸電樞反應磁通ad經(jīng)過主磁通0所經(jīng)過的（直軸）磁路。同步電機在對稱突然短路時，電樞反應磁通ad被擠到阻尼繞組和勵磁繞組漏磁通的路徑上去，與此相應的電抗稱為直軸超瞬變電抗，這個磁路的磁阻比主極磁通0（或者ad磁通）所經(jīng)過的磁路的磁阻大很多，即磁導小很多，相應的直軸電抗Xd也比Xd小很多。由于阻尼繞組的時間常數(shù)較小，故其電流衰減快。當阻尼繞組電流衰減完畢后，與此相應的電樞反應磁通ad可以穿過阻尼繞組，這時定子周期性電流改為由Xd限制，Xd稱為直軸瞬變電抗。）阻尼繞組或者起阻尼作用的鐵芯，導致二者不相等。同步發(fā)電機在交軸上沒有勵磁繞組，故沿交軸的瞬態(tài)電抗即等于沿交軸的同步電抗xq0而同步發(fā)電機在交軸上有阻尼繞組或起阻尼作用的鐵芯。15-4試以物理概念說明：為什么同步發(fā)電機的突然短