機電機拖動張廣溢習(xí)題答案解析

./第七章同步電機7-1什么叫同步電機？一臺的同步電機,其極數(shù)是多少？答〔1轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速恒等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速的電機稱為同步電機,其感應(yīng)電動勢的頻率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是：,當電機的磁極對數(shù)一定時,,即：頻率與轉(zhuǎn)速之間保持嚴格不變的關(guān)系。〔2一臺的同步電機,其極數(shù)是24。7-2汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機的主要結(jié)構(gòu)特點是什么？答汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機的主要結(jié)構(gòu)特點是：汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速高、極數(shù)少,其轉(zhuǎn)子一般采用隱極式結(jié)構(gòu),氣隙均勻分布,機身比較細長；水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多,其轉(zhuǎn)子一般采用凸極式結(jié)構(gòu),氣隙不均勻,直徑大,長度短。7-3同步電機在對稱負載下運行時,氣隙磁場由哪些磁勢建立？它們各有什么特點？答〔1同步電機在對稱負載下運行時,除轉(zhuǎn)子磁勢外,定子三相電流也產(chǎn)生電樞磁勢。電樞磁勢的存在,會使氣隙中磁場的大小及位置發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱之為電樞反應(yīng)。此時,氣隙中的磁場是由轉(zhuǎn)子磁場和電樞反應(yīng)磁場共同產(chǎn)生的?！?它們的特點如下：電樞反應(yīng)磁動勢是交流勵磁,勵磁磁動勢是直流勵磁；基波波形大小位置轉(zhuǎn)速勵磁磁動勢正弦波恒定不變,由勵磁電流大小決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動機的轉(zhuǎn)速決定〔根據(jù)、電樞反應(yīng)磁動勢正弦波恒定不變,由電樞電流大小決定由電樞電流的瞬時值決定由電流的頻率和磁極對數(shù)決定7-4同步發(fā)電機的內(nèi)功率因數(shù)角由什么因數(shù)決定的？答同步發(fā)電機的內(nèi)功率因數(shù)角既與負載阻抗的性質(zhì)和大小有關(guān),又與發(fā)電機本身的參數(shù)有關(guān)。①當負載阻抗為時,總阻抗,則角在范圍內(nèi)；②當負載阻抗為時,總阻抗,則；③當負載阻抗為時,總阻抗,則；當負載阻抗為時,總阻抗,。7-5什么是同步電機的電樞反應(yīng),電樞反應(yīng)的性質(zhì)決定于什么？答同步電機在空載時,定子電流為零,氣隙中僅存在著轉(zhuǎn)子磁勢。同步電機在負載時,隨著電樞磁勢的產(chǎn)生,使氣隙中的磁勢從空載時的磁勢改變?yōu)樨撦d時的合成磁勢。因此,電樞磁勢的存在,將使氣隙中磁場的大小及位置發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱之為電樞反應(yīng)。同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)的性質(zhì)主要決定于空載電勢和負載電流之間的夾角,亦即決定于負載的性質(zhì)。當和同相位,即：為交軸電樞反應(yīng)；當滯后電角度,即：為直軸去磁電樞磁勢；當超前電角度,即：為直軸增磁電樞磁勢；當任意角度時,即一般情況下：當：產(chǎn)生直軸去磁電樞磁勢和交軸電樞磁勢,當：產(chǎn)生直軸增磁電樞磁勢和交軸電樞磁勢。7-6為什么說同步電抗是與三相有關(guān)的電抗,而它的數(shù)值又是每相值？答同步電抗是由電樞反應(yīng)電抗和漏電抗兩部分組成,分別對應(yīng)于定子電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通和定子漏磁通。電樞反應(yīng)電抗綜合反映了三相對稱電樞電流所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場對于一相的影響,它等于電樞反應(yīng)磁場在一相中感應(yīng)的電動勢與相電流的比值。所以說同步電抗是與三相有關(guān)的電抗,而它的數(shù)值又是每相值。7-7隱極電機和凸極電機的同步電抗有何異同？答對于隱極電機而言,氣隙均勻,電樞反應(yīng)磁通為不論作用在什么位置所遇到的磁阻相同,其在定子繞組感應(yīng)電勢所對應(yīng)的電抗,與定子漏磁通感應(yīng)電勢所對應(yīng)的電抗之和,即=+稱為隱極同步電機的同步電抗。對于凸極電機而言,直軸及交軸上氣隙是不相等的,所以將電樞反應(yīng)磁勢分解為直軸和交軸分量,其相應(yīng)的電抗分別為直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗,和定子漏抗相加,便可以得到直軸同步電抗和交軸同步電抗,即在直軸磁路上,由于氣隙小,磁阻小,所以較大。在交軸磁路上,由于氣隙很大,磁阻大,所以較小,因此有,。由于磁路飽和的影響,所以、和的大小是隨著磁路飽和程度的改變而改變的。7-8測定發(fā)電機短路特性時,如果電機轉(zhuǎn)速由額定值降為原來的一半,對測量結(jié)果有何影響？答由于和都與轉(zhuǎn)速成正比的關(guān)系,而電樞電阻與轉(zhuǎn)速無關(guān),在電機轉(zhuǎn)速為額定值測量時,由于很小,可以忽略不計。如果電機轉(zhuǎn)速由額定值降為原來的一半時,則在電動勢方程式中所占的比例將會增大,不能忽略不計,使測量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。7-9為什么同步電機穩(wěn)態(tài)對稱短路電流不太大,而變壓器的穩(wěn)態(tài)對稱短路電流值卻很大？答由于同步電機穩(wěn)態(tài)對稱短路電流是由同步電抗或限制的。同步電抗是由電樞反應(yīng)電抗和漏電抗兩部分組成,電樞反應(yīng)電抗或與異步電機的勵磁電抗相似,是對應(yīng)主磁路磁化性能的參數(shù),其值很大〔左右,所以同步電機穩(wěn)態(tài)對稱短路電流不大。而變壓器的穩(wěn)態(tài)對稱短路電流由變壓器的漏阻抗限制的。變壓器漏電抗是對應(yīng)漏磁路磁化性能的參數(shù),其值很小〔左右,因此變壓器的穩(wěn)態(tài)對稱短路電流值卻很大。7-10如何通過試驗來求取同步電抗的飽和值與不飽和值？答1>由開路特性的不飽和段及短路特性求取同步電抗或的不飽和值2或的飽和值可以按下述方法近似求得。在開路特性上找出對應(yīng)于額定電壓下的勵磁電流,再從短路特性上找出與該勵磁電流對應(yīng)的短路電流,則3利用開路特性和零功率因數(shù)特性,可以求得同步電抗的飽和值。以對應(yīng)于零功率因數(shù)特性上點C作為電機磁路的飽和程度。過O、A作直線,與KC延長線交于T點。從圖13-15中得或此法比由開路及短路特性求取同步電抗的飽和圖13-10值更接近實際情況。4用轉(zhuǎn)差法求的不飽和值。將同步電機拖到接近同步轉(zhuǎn)速〔轉(zhuǎn)差率小于0.01,轉(zhuǎn)子勵磁繞組開路。用示波器同時拍攝電樞電壓和電樞電流的波形。得7-11有一臺三相同步發(fā)電機,接法,〔滯后,作單機運行,已知同步電抗,電樞電阻不計.每相的勵磁電勢.求下列幾種負載下的電樞電流,并說明電樞反應(yīng)的性質(zhì)。相值為的三相平衡純電阻負載;相值為的三相平衡純電感負載;相值為的三相平衡純電容負載;相值為的三相平衡電阻電容負載.解〔1,為交軸與直軸去磁電樞反應(yīng)；〔2,為直軸去磁電樞反應(yīng)；〔3,為直軸助磁電樞反應(yīng)；〔4,為交軸電樞反應(yīng)；7-12有一臺三相凸極同步發(fā)電機,電樞繞組接法,每相額定電壓,額定相電流,額定功率因數(shù)<滯后>,已知該機運行于額定狀態(tài),每相勵磁電勢行,內(nèi)功率因數(shù)角,不計電阻壓降.試求：各為多少?解：〔1電勢向量圖如右下：7-13有一臺三相隱極同步發(fā)電機,電樞繞組接法,額定電壓,額定電流,額定功率因數(shù)〔滯后。該機在同步速度下運轉(zhuǎn),勵磁繞組開路,電樞繞組端點外施三相對稱線電壓,測得定子電流為,如果不計電阻壓降,求此電機在額定運行下的勵磁電勢。解同步電抗7-14有—臺三相隱極同步發(fā)電機,電樞繞組Y接法,額定功率,額定電壓,額定轉(zhuǎn)速,額定電流,同步電抗,不計電阻。求：〔1〔滯后時的；〔2〔超前時的.解：〔1如圖a所示：〔2如圖b所示第14章7-15三相同步發(fā)電機投入并聯(lián)時應(yīng)滿足哪些條件？怎樣檢查發(fā)電機是否已經(jīng)滿足并網(wǎng)條件,如不滿足某一條件,并網(wǎng)時,會發(fā)生什么現(xiàn)象？答并網(wǎng)運行的條件是：〔1待并網(wǎng)發(fā)電機的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；〔2待并網(wǎng)發(fā)電機的電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同；〔3待并網(wǎng)發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率相等；〔4待并網(wǎng)發(fā)電機電壓相序與電網(wǎng)電壓相序一致。若不滿足這些條件：檢查發(fā)電機是否已經(jīng)滿足并網(wǎng)條件,電壓的大小可以用電壓表來測量,頻率及相序則可以通過同步指示器來確定。最簡單的同步指示器由三個同步指示燈組成,有燈光熄滅法和燈光旋轉(zhuǎn)法。條件〔1和條件〔2不滿足,發(fā)電機在并網(wǎng)瞬間會產(chǎn)生巨大的瞬態(tài)沖擊電流,使定子繞組端部受沖擊力而變形；條件〔3不滿足,發(fā)電機在并網(wǎng)時會產(chǎn)生拍振電流,在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生時正、時負的轉(zhuǎn)矩,使電機振動,同時沖擊電流會使電樞繞組端部受沖擊力而變形；條件〔4不滿足的發(fā)電機絕對不允許并網(wǎng),因為此時發(fā)電機電壓和電網(wǎng)電壓恒差1200,它將產(chǎn)生巨大的沖擊電流而危及發(fā)電機,不可能使發(fā)電機牽入同步。7-16功角在時間上及空間上各表示什么含義？功角改變時,有功功率如何變化？無功功率會不會變化,為什么?答功角在時間上及空間上各表示為：時間相位角：發(fā)電機空載電動勢與端電壓之間的相位角為功角δ?？臻g相位角：δ可近似認為是主磁極軸線與氣隙合成磁場軸線之間的夾角。從功角特性可知,當電網(wǎng)電壓和頻率不變,發(fā)電機勵磁電流不變,在穩(wěn)定運行范圍內(nèi),當功角增大時,有功功率增加。而對無功功率,由,從同步發(fā)電機相量圖可得可知,當功角增大時,發(fā)電機向電網(wǎng)送出的無功功率減小。也可從向量圖看,如上圖所示,,,因而向電網(wǎng)送出的無功功率減小。7-17并網(wǎng)運行時,同步發(fā)電機的功率因數(shù)由什么因素決定？答并網(wǎng)運行時,同步發(fā)電機的功率因數(shù)由同步發(fā)電機的勵磁電流的大小或勵磁狀態(tài)決定的。當勵磁電流較小,同步發(fā)電機處于欠勵磁狀態(tài)時,同步發(fā)電機的功率因數(shù)小于1,超前；當勵磁電流較大,同步發(fā)電機處于過勵磁狀態(tài)時,同步發(fā)電機的功率因數(shù)小于1,滯后；同步發(fā)電機處于正常勵磁狀態(tài)時,同步發(fā)電機的功率因數(shù)等于1。7-18為什么V形曲線的最低點隨有功功率增大而向右偏移？答V形曲線的最低點對應(yīng)于正常勵磁情況,此時,定子電流最小且與定子電壓同相位。因,當電壓為常數(shù)、時,,隨著的增加,必將增大,根據(jù)電動勢平衡方程式增大時,也增大,所需的勵磁電流將會增加,故V形曲線最低點會隨有功功率增大而向右偏移。7-19一臺凸極三相同步發(fā)電機,,每相空載電勢,定子繞組接法,每相直軸同步電抗,交軸同步電抗。該電機并網(wǎng)運行,試求：〔1額定功角時,輸向電網(wǎng)的有功功率是多少?〔2能向電網(wǎng)輸送的最大電磁功率是多少?〔3過載能力為多大？解〔1額定功角時,輸向電網(wǎng)的有功功率〔2向電網(wǎng)輸送的最大電磁功率可令,得解得,〔3過載能力：7-20一臺三相隱極同步發(fā)電機并網(wǎng)運行,電網(wǎng)電壓,發(fā)電機每相同步電抗,定子繞組Y接法,當發(fā)電機輸出有功功率為時,,若保持勵磁電流不變,減少有功功率至,不計電阻壓降,求此時的〔1功角；〔2功率因數(shù)；〔3電樞電流；〔4輸出的無功功率,超前還是滯后？解：發(fā)電機輸出有功功率為,時〔1保持勵磁電流不變,則不變。當有功功率至?xí)r,由,得〔2由圖〔3〔4輸出的無功功率,滯后。7-21有一臺三相隱極同步發(fā)電機并網(wǎng)運行,額定數(shù)據(jù)為：,定子繞組Y接法,〔滯后,同步電抗,電阻壓降不計,試求：〔1額定運行狀態(tài)時,發(fā)電機的電磁功率和功角；〔2在不調(diào)節(jié)勵磁的情況下,將發(fā)電機的輸出功率減到額定值的一半時的功角,功率因數(shù)。解：〔1或由求出〔略?！?不調(diào)節(jié)勵磁,則不變,由,得7-22有一臺三相凸極同步發(fā)電機并網(wǎng)運行,額定數(shù)據(jù)為：,定子繞組接法,〔滯后,同步電抗,電阻不計,試求：〔1額定運行狀態(tài)時,發(fā)電機的功角和每相勵磁電勢；〔2最大電磁功率。解〔1如圖4-7所示：〔2最大電磁功率可令,得解得,7-23怎樣使得同步電機從發(fā)電機運行方式過渡到電動機運行方式？其功角、電流、電磁轉(zhuǎn)矩如何變化？答當原動機向同步電機輸入機械功率時為發(fā)電機運行,此時轉(zhuǎn)子磁極軸線超前合成磁場軸線一個角度,如圖15-1〔a,電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反,是一個制動轉(zhuǎn)矩。如果逐漸減少原動機的輸出機械功率,從功率平衡觀點來看,發(fā)電機所產(chǎn)生的電磁功率也減少,功角逐漸變小。如果發(fā)電機所產(chǎn)生的電磁功率為零,則=0,如圖15-1〔b,電磁轉(zhuǎn)矩便為零。這是從同步發(fā)電機過度到電動機運行的臨界狀態(tài)。a> b> c>圖15-1同步電機的運行方式a>發(fā)電機運行b>理想空載c>電動機運行如果將原動機從同步電機上脫離,電機本身軸承磨擦等阻力轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩的作用,轉(zhuǎn)子開始減速,使得轉(zhuǎn)子磁極軸線滯后于合成磁場軸線角度,如圖15-1〔c。此時電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致,是一個拖動轉(zhuǎn)矩,于是同步電機就成為電動機運行了。設(shè)發(fā)電機運行時其功角、電流、電磁轉(zhuǎn)矩為正,則電動機運行時其功角、電流的有功分量、電磁轉(zhuǎn)矩為負。7-24增加或減少同步電動機的勵磁電流時,對電機內(nèi)的磁場產(chǎn)生什么效應(yīng)?答當同步電動機處于過勵磁狀態(tài)時,電樞磁勢對電機內(nèi)的磁場起去磁的作用,增加或減少同步電動機的勵磁電流時,電樞磁勢對電機內(nèi)的磁場去磁的作用增強或減弱。當同步電動機處于欠勵磁狀態(tài)時,電樞磁勢對電機內(nèi)的磁場起助磁的作用,增加或減少同步電動機的勵磁電流時,電樞磁勢對電機內(nèi)的磁場助磁的作用減弱或增強。7-25比較同步電動機與異步電動機的優(yōu)缺點。答相對于異步電動機,同步電動機的最大優(yōu)點是功率因數(shù)可以根據(jù)需要在一定的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié),當電網(wǎng)電壓下降時,同步電動機的過載能力的減低不像感應(yīng)電機那樣顯著。但同步電動機也有缺點：起動比較復(fù)雜,要有直流勵磁電源,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價格較貴。7-26為什么起動過程中,同步轉(zhuǎn)矩的平均值為零？答因為在起動過程中,由于定、轉(zhuǎn)子磁場之間的相互作用,傾向于使轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。但由于慣性的影響,轉(zhuǎn)子上受到作用力以后并不馬上轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)子還來不及轉(zhuǎn)動以前,定子磁場已轉(zhuǎn)過180°,此時定、轉(zhuǎn)子磁場之間的相互作用,傾向于使轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)。因此,轉(zhuǎn)子上所受到同步轉(zhuǎn)矩為交變轉(zhuǎn)矩,其平均轉(zhuǎn)矩為零,同步電動機不能起動。7-27一臺三相凸極接同步電動機,額定線電壓,頻率,額定轉(zhuǎn)速,額定電流,額定功率因數(shù)<超前>,同步電抗,不計電阻壓降。試求：〔1額定負載時的勵磁電勢；〔2額定負載下的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩。解〔1如圖4-8所示：額定負載時的勵磁電勢〔2額定負載下的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩圖4-87-28某企業(yè)電源電壓為6000V,內(nèi)部使用了多臺異步電動機,其總輸出功率為1500KW,平均效率70%,功率因數(shù)為0.8〔滯后,企業(yè)新增一臺400KW設(shè)備,計劃采用運行于過勵狀態(tài)的同步電動機拖動,補償企業(yè)的功率因數(shù)到1〔不計同步電動機本身損耗。試求：〔1同步電動機的容量為多大？〔2同步電動機的功率因數(shù)為多少？解：〔1變電所原提供的無功容量為補償功率因數(shù)到1,應(yīng)使同步電動機的無功容量則同步電動機的額定容量為400KW,因不計同步電動機本身損耗,則,視在容量為〔2同步電動機的功率因數(shù)為7-29某廠變電所的容量為2000KVA,變電所本身的負荷為1200kW,功率因數(shù)〔滯后。今該廠欲添一同步電動機,額定數(shù)據(jù)為：〔超前,效率,。問當同步電動機額定運行時,全廠功率因數(shù)是多少？變電所是否過載？解：變電所原提供的無功容量加入同步電動機后,同步電動機提供的無功容量加入同步電動機后,變電所需提供的無功容量加入同步電動機后,變電所需提供的有功容量加入同步電動機后,全廠功率因數(shù)加入同步電動機后,變電所的視在容量為,變電所不過載。7-30同步發(fā)電機,各相序電抗為,計算其單相穩(wěn)態(tài)短路電流為三相穩(wěn)態(tài)短路電流的多少倍？解,7-31為什么負序電抗比正序電抗??？而零序電抗又比負序電抗小？答正序電抗