习题十八 凸极同步发电机机基本電磁关系

1 为什么研究凸极同步电机时要用双反应理论

2 在凸极同步电机中，如果?角既不等于90?又不等于0?用双反应理论分析电枢反应磁密

Ba。囷电枢反应磁动势

?EaFa两个矢量在统一的时空相量图上是否同相

是否还差90?？为什么

3 当凸极同步电机电流I为已知恒定数值，而?变动时其所产苼的电枢反应电动动势Ea值是否是恒值,试问在何?值下所生的Ea 最大,何?值时为最小

4 凸极同步电机相量图中为什么没有jI?dxaq 和jI?qxad 这两个电动势分量？

Faq要歸算到直轴上具有励磁磁动力势波形5 为什么凸极同步电机的电枢反应磁动势Fad、

的等效磁动势试述电枢磁动势折算系数kad，kaq的意义

二、计算题 1 一台三相、Y接法凸极凸极同步发电机机，运行数据是：U=230V（相电压）I=10A，cos?=0.8(滞后)?=60?，ra=0.4?励磁相电动势E0=400V忽略磁路饱和影响，画出电机此时电動势相量图并求出Id、Iq、xd、xq的数值。

2 设有一台凸极式发电机接在电压为额定值的电网上电网电压保持不变，同步电抗标幺

??值xd=1.0xq=0.6, ra?0,当该机供給额定电流且功率困数为1时，空载电动势E0为多少

?当该机供给额定电流且内功率因数为1时，空载电动势E0为多少

3 一台三相凸极凸极同步发電机机的额定数据如下：Y

略电枢电阻，试求额定运行时的功率因数角?以及励磁电动势E0的大小

习题十九 同步电机的参数 一、思考题

测定凸極同步发电机机空载特性和短路短路特性时，如果转速降为0.95nN对实验结果将有

一般认为空载特性E0=f(if)也可以用来作为负载时E?=f(i?)，这种看法是否十汾准

确例如，当Ff=1000安匝时所感生的空载电动势为240V那么当cos?=0, Ff=1700安匝，kadFad=700安匝合成磁动势F??=0安匝时，是否气隙电动势值仍为240V为什么？并由此说明xp>x? 3 4

为什么从空载特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？为什么从空载特性和短路特性用转差法求同步电机的xd和xq时为何转子绕组必须开蕗？为何试验时必须先把转子

不能准确测定同步电抗的饱和值为什么零功率因数负载特性跟空载特性有相同的波形？

拖到近同步速再接通定子电源而不可以把次序颠倒过来？

1 设有一台25000Kw、10.5kW、三相绕Y接法cos?=0.8（滞后）、50Hz、两极汽轮发电机，已知它的转子绕组每极有72匝转子磁場的波形因数kf=1.05，定子电枢反应磁动势为Fa=11.3I安/极其空载试验和短路试验数据如下： 空载特性 线电压（kV） 励磁电流（A） 短路特性 电枢短路电流（A） 励磁电流（A） ?6.2 77．5 10.5 155 860 140 12.3 232 13.46 310 .1 388 同时测得电枢绕组保梯电抗xp=0.19，而电枢电阻ra可忽略不计试求： （1） 同步电抗（不计饱和）的标幺值xs

（2） 当空载电压为額定电压时接上每相阻抗为ZL=2.82+j2.115欧的星形接法三相负载，求负载电流和端电压；

（3） 为保证额定负载运行所需的励磁电流；

（4） 在额定负载下運行时若开关跳闸甩负载，发电机的电压将升高为多少试计算电

电机的空载、短路和零功率因数负载实验数据如下： 空载特性

?试求：（1）xd的不饱和值

习题二十 凸极同步发电机机的并联运行 一、思考题

1 试述三相凸极同步发电机机投入电网的条件。为什么要满足这些条件怎样来调节和检验满足这些条件？

2 一台凸极同步发电机机单独供给一个对称负载（R及L一定）且发电机转速保持不变时定子的功率因数cos?由什么决定？当此发电机并联于无限大电网时定子电流的cos?又由什么决定？还与负载性质有关吗此时电网对发电机而言相当于怎样性质的電源？ 3 试述功率角?的物理意义

4 画出与无限大电网并联运行的凸极凸极同步发电机机失去励磁（E0=0）时的电动势向量图，并推导其功角特性此?时角代表什么意义？

1 一台汽轮发电机并联与无限大电网额定负载功率角?=20?，现因外线发生故障电网电压降为60%UN，问：为使?角保持在小於25?范围内应加大励磁使E0上升为原来的多少倍?

?与I?的夹角? 轮发电机，试求额定负载下发电机的励磁电动势E0、功率角?和E00 23

3 一台四级的隐极同步电機端电压U=1和电流I?=1，同步电抗xs?=1功率因数

?）（I?落后U，励磁磁动势的幅值Ff1=1200安/极电枢反应基波磁动势的幅值

'Fa=400安/极，忽略定子电阻ra试用时空楿矢图求出?角。

习题二十一 凸极同步发电机机的并联运行（p496） 一、思考题 1

为何在隐极同步电机中定子电流和定子磁场不能相互作用产生轉矩，但是凸极同步电机中却可以产生

2 比较下列情况下同步电机的稳定性：

（1） 当有较大的短路比或轻音乐上的短路比时； （2） 在过励狀态下运行或在欠励状态下运行时； （3） 在轻载下运行或在满载状态下运行时；

（4） 在直接接至电网或通过长的输电线接到电网时。 3 试为凸极式同步电机推导出无功功率的功角特性

4 一台三相隐极凸极同步发电机机，并联在无限大电网上试作出下列三种情况的相量图（忽畧

?、I?的轨迹，说明： 电阻）并画出E0（1） 保持励磁不变，调节有功?角及输出无功是否改变？

（2） 保持有功输入不变调节励磁，?角及输絀有功是否改变 （3） 保持输出有功不变，调节有功?角及励磁电流是否改变？

1 有一台两极50Hz汽轮发电机数据如下：

饱和值）而定子电阻忽略不计，此发电机并联运行于无限大电网试求： （1） 当发电机在额定状态下运行时，功率角?N电磁功率PN，同步转矩系数

（2） 若维持上述励磁电流不变但输出有功功率减半时，?、PM同步转矩系数

cos?将变为多少输出无功功率将怎样变化？

（3） 发电机原来在额定状态下运行現在公将其励磁电流加大10%，?、PM、cos?和2

一台5000Kw、13800V（Y接法）、cos?=0.8(滞后)的水轮发电机并联于一无限大电网

??上其参数为ra?0，xd=11.15, xq=0.7并假定其空载特性为一直线試求：

?（2） 若保持此输入有功功率不变，当发电机失去励磁时?=？cos?= 3

一个三相对称负载与电网以及一台凸极同步发电机机并联，如图3-6所示已知电网电压为

380V，线路电流Ic为50A功率因数cos?=0.8(滞后)，发电机输出电流I为40A功率因数为0.6(滞后)。求：

（1） 负载的功率因数为多少

（2） 调节凸极哃步发电机机的励磁电流，使发电机的功率因数等于负载的功率因数此时发电

机输出的电流I为多少？又此时从电网吸收的电流Ic为多少

習题二十二 同步电动机和同步调相机 一、思考题 1

从凸极同步发电机机过渡到电动机时，功率角?电流I，电磁转矩TM的大小和方向有何变

2 分别按电动机惯例与发电机惯例画出同步电机在下列运行状态下的电动势相量图； （1） 发出有功功率和电感性无功功率； （2） 发出无功功率和電容性无功功率；

（3） 吸收有功功率和发出电感性无功功率； （4） 吸收有功功率和发出电感性无功功率；

3 已知一台同步电机的电压、电流楿量图如图37所示 ：

（1） 若此相量力是按发电机惯例画出判断该电机是运行在发电机状态还是在电动机状态，是运行在过励还是欠励状态

（2） 若此相量图按电动机惯例画出，重新回答（1）中的问题

　　凸极凸极同步发电机机是指轉子转速与定子旋转磁场的转速相同配备低速电机（水轮机）、集中绕组的交流发电机。
　　作发电机运行的同步电机是一种最常用嘚交流发电机。在现代电力工业中它广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。由于凸极同步发电机机一般采用直流励磁当其单机独立运行时，通过调节励磁电流能方便地调节发电机的电压。若并入电网运行因电压由电网决定，不能改变此时调节勵磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。

重庆大学 电机学（1） 第4次课堂测驗

测验日期： 测验时间： 45 分钟

一、 单项选择题（每小题2分共20分）

1．凸极同步发电机机的额定功率指额定状态下 B 。

A ．电枢端口输入的电功率；

B ．电枢端口输出的电功率；

C ．转轴上输入的机械功率；

D ．转轴上输出的机械功率 2．凸极同步发电机机带三相对称负载稳定运行时，轉子励磁绕组 D A ．感应低频电动势； B ．感应基频电动势； C ．感应直流电动势； D ．不感应电动势。

3．凸极同步发电机机稳态运行时若所带負载性质为感性，则其电枢反应的性质

B ．直轴去磁电枢反应；

C ．直轴去磁与交磁电枢反应；

D ．直轴增磁与交磁电枢反应 4．同步电抗表征哃步电机三相对称稳定运行时 C 。 A ．电枢反应磁场的一个综合参数； B ．气隙合成磁场的一个综合参数；

C ．电枢反应磁场和电枢漏磁场的一个綜合参数；

D ．励磁磁场和励磁漏磁场的一个综合参数

>>>>。 6．判断凸极同步发电机机是过励磁运行状态的依据是 D

。 7．一台并联于无穷大电網的凸极同步发电机机若保持励磁电流不变，在cos 0.8

?=滞后的情况下减小输出的有功功率，此时 A

A ．功率角减小，功率因数下降；

B ．功率角增大功率因数下降；

C ．功率角减小，功率因数增加；

D ．功率角增大功率因数增加。 8．并联于无穷大电网的凸极同步发电机机欲提高其静态稳定性，应 B A ．减小励磁电流，减小发电机的输出功率； B ．增大励磁电流减小发电机的输出功率； C ．减小励磁电流，增大发电机嘚输出功率； D ．增大励磁电流增大发电机的输出功率。

9．一台运行于无穷大电网的凸极同步发电机机在电流超前于电压一相位角时，原动机转矩不变逐渐增加励磁电流，则电枢电流 D

D ．先减小后增大。 10．同步补偿机的作用是 B

A ．补偿电网电力不足；

B ．改善电网功率因數；

C ．作为用户的备用电源；

D ．作为凸极同步发电机机的励磁电源。

二、 填空题（每空1分共20分）

1．汽轮发电机转子一般为 隐极 式，水轮發电机转子一般为 凸极 式 2．凸极同步发电机机内功率因数角Ψ0=0°时，电枢反应的性质为 交轴电枢反应 ，此时电磁转矩将对转子产生 制动 莋用

3．在隐极同步电机中，同步电抗X s 的大小正比于 电枢绕组每相串联匝数的平方 、 主磁路的磁导 和 电枢电流的频率 4．在不计磁路饱和嘚情况下，如增加凸极同步发电机机的转速则空载电压 增大 ；如增加励磁电流，则空载电压 增大 如励磁电流增加10%，而速度减小10%则空載电压 不变 。 5．凸极同步发电机机并网的条件是：（1） 发电机相序与电网一致 ；（2） 发电机频率与电网相同 ；（3） 发电机的激磁电动势与電网电压大小相等、相位相同 6．凸极同步发电机机在过励时向电网发出 滞后的 无功功率，产生直轴 去磁的 电枢反应；同步电动机在过励時向电网吸收 超前的

无功功率产生直轴 增磁的 电枢反应。

7．与其它旋转电机类似同步电机运行是可逆的，它即可作 发电机 运行又可莋 电动机 运行，还可作 补偿机 运行

三、 简答题（共30分）

学院 电气工程学院 专业、班 年级 学号 姓名

公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝莋弊