同步电机习题与答案Word下载.docx
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q[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?
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?
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?
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。
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?
6.12同步电动机与感应电动机相比有何优缺点?
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X、直轴瞬变电抗X′、直轴超瞬变电抗屘的物理意ddd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,P=25000kW,U=10.5kV,Y接法,cosφ=0.8NNN*。
电枢电2.13(滞后),作单机运行。
由试验测得它的同步电抗标么值为X=t
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。
6.16有一台P=25000kW,U=10.5kV,Y接法,cosφ=0.8(滞后)的汽轮NNN**E及2.13,电枢电阻略去不计。
试求额定负载下励磁电动势发电机,XE=00t*的夹角ψI。
与[答案见后]
*≈0,试求:
R一台隐极同步发电机,在额定电压下运行,X,=26.17at*是多E1,空载电动势调节励磁电流使定子电流为额定电流时,cosφ=
(1)0N少?
**是多少?
Icosφ=0.866
(2)保持上述E(滞后)时,不变,当N0[答案见后]
6.18试验某台S=30000kVA,线电压U=11000V,I=1570A,功率因数NNNcosφ=0.8(滞后),n=3000r/min,f=50Hz,Y接法三相汽轮发电机,得到NN下列数据:
(1)空载特性(线值)E=kI,k=100V/A;
(2)短路特性I=24I;
fkf0
)电机额定运行时漏磁电动势,电枢电阻R,试求:
=0(3a)运行在额定状态时的励磁电流为多少?
(1
(2)求额定负载下的电压变化率。
][答案见后
接法,忽一台三相隐极发电机与大电网并联运行,电网电压为6.19380V,YE相电势I=69.51A,=1.2Ω定子电流,cosφ=0.8,=278V同步电抗略定子电阻,X0t(滞后)。
试求:
(1)发电机输出的有功功率和无功功率;
(2)功率角。
*=0.8X,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t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。
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=1.2Ω,当cosφ=1时,发电机输出有功功率为X=400V,发电机的同步电抗t80kW。
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。
6.22试推导凸极同步电机无功功率的功角特性。
6.23一台隐极发电机,S=7500kVA,cosφ=0.8(滞后),U=3150V,Y接,NNN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P、功角θ、比整步功率P及synem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P、功角θ、比整步功率P及负载功率因数cosφ。
synem[答案见后]
6.24三相隐极同步发电机,Y接法,S=60kVA,U=380V,同步电抗X=tNN1.55,电枢电阻略去不计。
(1)当S=37.5kVA、cosφ=0.8(滞后)时的E和θ;
0)拆除原动机,不计损耗,求电枢电流。
2(.
6.25三相凸极同步电动机X=0.6X,电枢绕组电阻不计,接在电压为额定dq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E(标么值)和功率角0θ。
=1.45Ω,XY接法凸极同步发电机,测得各种参数如下:
6.26设有一台三相、d=1.05Ω,X=0.599Ω,X=0.20ΩX。
电机每相空载电势E=220V时,试求:
q0-0
(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;
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。
.
6.3答:
在凸极同步电机中,采用双反应理论,即当电枢磁动势的轴线既不和直轴也不和交轴重合时,可以将它分解为直轴分量F和交轴分量F两部分,aqad然后分别求出直轴电枢反应磁通Φ和交轴电枢反应磁通Φ再由Φ和Φ分aqadadaq,别求出直轴电枢反应电动势E和交轴电枢反应电动势E,最后再将它们叠加。
aqad
6.4答:
在凸极同步电机中沿电枢圆周的气隙不是很均匀的,分析其电枢反应时,要用双反应理论,即把电枢反应磁动势分解成垂直和平行于电动势E的两0个分量F和F,它们分别产生直轴电枢反应磁通Φ和交轴电枢反应磁通Φ,aqadaqad相应的电流也分解成两个分量。
因此
,,或
,或,
由于直轴磁路的磁导比交轴磁路的磁导要大得多,同样大小的电流产生的磁通和相应的电动势也都大得多,所以电抗X>
X。
6.5答:
因空载电势和转速成正比,如果转速降为0.95n,则空载电势也降到N额定转速下的0.95n。
同步电抗与频率成正比,也降低到0.95倍,所以短路电N流I=E/X不变。
但当转速再降低时,由于E和X都与转速成正比的减小,而ddk00电枢电阻R与转速无关,因此IR在电动势方程式所占分量已较大,不能忽略不aa计,随着转速的降低,短路电流减小。
6.6答:
短路时由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通很小,电机磁路处于不饱和状态,此时对应的X是不饱和值。
额定负载运行时,气隙磁通较大,直轴磁d路处于饱和状态,此时对应的X是饱和值。
交轴磁路气隙大,磁路不饱和,故dX一般取不饱和值。
q
6.7答:
同步发电机三相突然短路瞬间,各绕组均要保持磁链不变。
电枢反应迫使电枢反应将在转子绕组感应出电流来抵制电枢反应磁通,磁通的突然变化。
磁通只能从转子绕组外的漏磁通闭合,磁阻增加使电抗减小,短路电流受超瞬态电抗屘限制。
稳态短路时,电枢反应磁通穿过转子绕组磁路,磁阻小电抗大,d短路电流受同步电抗X限制。
因为屘<
<
X,故突然短路电流比稳态短路电流ddd大得多。
转子各个绕组有电阻,所以短路电流会衰减,阻尼绕组的电抗与电阻的比值比励磁绕组的电抗与电阻的比值小得多,阻尼绕组电流衰减完毕,短路电流受瞬态电抗X′限制。
励磁绕组电流衰减完毕,短路电流受同步电抗限制,即为稳d态短路电流,突然短路电流可达额定电流的10~20倍。
突然短路电流与合闸瞬间有关,考虑一下两种情况:
(1)合闸瞬间,短路绕组中磁链ψ=0,此时绕组感应电动势最大;
短路电流0为感性电流,滞后电动势90°
,此时短路电流中只有交流分量而没有直流分量。
短路电流起始之受屘限制,幅值为屉,如无阻尼绕组,则短路电流起始值受mdX′限制,幅值为I′,稳定短路电流幅值为I。
突然短路电流的表达式为mdm]sinωt)+1/X))+(1/X′-1/X)exp(-(t/T′=Ei?
就堯-1/X′攩灸?
琨?
屔dddkomdddd=ψ,此时绕组感应电动势为零,合闸瞬间,短路绕组中磁链最大,ψ
(2)max0短路电流滞后电动势90°
,为负的最大值。
为了保证磁链守恒,短路电流中除交流分量外还有直流分流,直流分量的初始值和交流分量的初始值相等,使总的瞬间电流为零。
突然短路电流表达式为
o]sin(ωt-90)+(E-1/X)exp(-(t/T′)+1/X攩灸?
屔i=E?
就堯-1/X′))+(1/X′omddkdomdddd?
屘exp(-(t/T)ad)由此可见,直流分量与短路初瞬间该绕组中磁链的大小有关,即与合闸瞬间有关,短路电流应为交流分量(周期性分量)和直流分量(非周期性分量)之和。
和电机端电压答:
在同步电机中,励磁电动势6.8都是向量,不能根据它们的大小来判断电机的运行状态,而应该根据气隙合成磁场与主磁极轴线的相对位置来决定。
当主磁极场轴线超前气隙合成磁场轴线时,为发电机状态;
重合时为调相机状态;
滞后时为电动机状态。
6.9答:
不论是隐极还是凸极同步发电机,在单独运行时其功率因数由负载性质决定。
由隐极同步发电机的电压方程式
可知
;
若为纯感性负载或纯容性负载,则;
如果纯电阻负载,则一般为阻抗性混合负载。
改变发电机励磁电流大小,将影响发电机的电势、端电压及输出功率的大小,而不影响功率因数;
但如果改变机组转速,将影响发电机的频率、电势、同步电抗和负载电抗,因而将影响功率因数。
当同步发电机与大
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