14章 同步发电机的异常运行和瞬态短路 课后答案

1
此时异步转矩具有制动作用，会迫使转速下降；而当转子转速低于同步转速时，相当于异步电动机运行， 此时异步转矩具有驱动作用，又迫使转速上升，因此阻尼绕组产生的异步转矩对发电机在同步转速附近 振荡具有阻尼作用，能使转速很快稳定到同步转速点上。
、 Xd 的物理意义，比较它们的大小? 14.5 说明 X d 、 X d
、 X ad 、 X ad 各 自 对 应 磁 路 的 磁 阻 是 依 次 减 小 的 ， 对 应 磁 通 是 依 次 增 大 的 ， 故 即 X ad X ad X ad ，因此 X d Xd 。 X d X ad
14.6 同步发电机三相突然短路电流大的物理本质是什么? 答：同步发电机突然短路电流大的物理本质是励磁绕组和阻尼绕组的感应电流导致电枢反应磁通的 路径发生改变，致使电枢电抗减小。电抗的减小引起突然短路电流增大。 14.7 在同步发电机中，阻尼绕组对突然短路、不对称运行及振荡状态各起什么作用？ 答：阻尼绕组的存在使突然短路电流增大，但可以削弱负序磁场，提高发电机承受不对称负载的能 力，还可依靠它所产生的异步转矩有效抑制振荡。
I
s2
3E0 3 0.829 X X 1.871 0.219 E0 1 0.535 X 1.871
I s
第 14 章 自测题参考答案
一、填空题 1. 0、 2n1 ； 二、选择题 1.② 三、简答题 1. 答：阻尼绕组相当于异步电机的转子绕组，定子负序磁场以二倍同步速切割阻尼绕组时，会在其 中产生倍频的感应电流，此电流将产生转子磁动势，根据异步电机的磁动势平衡关系可知，该转子磁动 势将对定子负序磁场起削弱作用。 2. 答：当外磁场引起超导体闭合回路的磁链发生变化时，由超导体闭合回路中感应电流所产生的磁 链恰好抵消这种变化，使任意瞬间超导体回路的总磁链保持不变，这就是超导体闭合回路磁链守恒原理。 3. 答：负序磁场与转子之间存在二倍同步转速的相对运动，在转子绕组（励磁绕组和阻尼绕组）中 感应出二倍基频的运动电动势和电流，这相当于一台异步电机运行于转差率 s 2 情况下的制动状态。因 此同步发电机在定子负序磁场作用下的定、转子之间的电磁关系为异步电机的电磁关系。 4. 答：同步发电机的电枢磁场和转子都是以同步速旋转，二者之间无相对运动，稳态运行时电枢磁 场幅值恒定，故不会在转子绕组中感应电动势。但是同步发电机突然短路时，由于电枢磁场幅值发生突 变，这将在转子绕组（阻尼绕组和励磁绕组）中感应出变压器电动势，此时同步发动机的定、转子绕组 之间的电磁关系就如同变压器一、二次绕组之间的电磁关系。 5. 答：同步发电机突然短路时，由于励磁绕组和阻尼绕组的电磁感应作用，导致电枢反应磁通的路 径发生改变，其磁路的磁阻增大，电枢磁通减少，电枢电抗减小，故突然短路电流增大。 四、计算题 解：设 E 0 1
I s2
I s
4
答：电抗是与磁通相对应的电路参数，磁通大小与其磁路的磁阻有关，因此电抗大小与其对应磁通
、 X d 、 X d 是分别反映突然短路 所经过的磁路有关。若磁路的磁阻大，则磁通就少，电抗也就小。 X d
期间三个阶段的磁通路径变化所对应的电抗参数。
对应磁通经过的磁路是：定子铁心—气隙 第一阶段（突然短路瞬间） ：直轴超瞬变电枢反应电抗 X ad 小，因此直轴超 —转子励磁绕组及阻尼绕组外侧漏磁路—气隙—定子铁心，其磁阻大，磁通少，故 X ad X ad X 小。 瞬变电抗 X d 对应磁通经过的磁路是：定子铁心—气隙— ：直轴瞬变电枢反应电抗 X ad 第二阶段（突然短路期间）
第 14 章 思考题与习题参考答案
14.1 同步发电机不对称运行对电机有哪些影响？主要是什么原因造成的？ 答： （1）引起转子表面发热。这是由于负序电流所产生的反向旋转磁场以二倍同步转速截切转子， 在励磁绕组、阻尼绕组、转子铁心表面及转子的其它金属结构部件中均会感应出倍频电流，因此在励磁 绕组、阻尼绕组中将产生额外铜损耗，转子铁心中感应涡流引起附加损耗。 （2）引起发电机振动。由于负序旋转磁场以二倍同步转速与转子磁场相互作用，产生倍频的交变电 磁转矩，这种转矩作用在定子、转子铁心和机座上，使其产生 100 Hz 的振动。 可以看出，这些不良影响主要是负序磁场产生的，为了减小负序磁场的影响，常用的方法是在发电 机转子上装设阻尼绕组以削弱负序磁场的作用，从而提高发电机承受不对称负载的能力。 14.2 为什么变压器中 X X ? 而同步电机中 X X ? 答：由于变压器是静止电器，正序电流建立的正序磁场与负序电流建立的负序磁场所对应的磁路是 完全相同的，所以 X X 。而在同步电机中，正序电流建立的正序磁场是正转旋转磁场，它与转子无 相对运动，因此正序电抗就是发电机的同步电抗，它相当于异步电机的励磁电抗；而负序磁场是反转旋 转磁场，它以二倍同步速切割转子上的所有绕组（励磁绕组、阻尼绕组等） ，在转子绕组中感应出二倍基 频的电动势和电流，这相当于一台异步电机运行于转差率 s 2 的制动状态。根据异步电动机的磁动势平 衡关系，转子主磁通对定子负序磁场起削弱作用，因此负序电抗就小于励磁电抗，所以在同步电机中

2. 漏、漏； 3. 削弱、抑制； 4. 有功、感性无功； 5.减小、增大。
2.①
3.④
4.②
5.①
则Hale Waihona Puke 3I s1 3E0 3 1.261 X X X 0 2 0.3 0.08 3E0 3 0.753 X X 2 0.3 E0 1 0.5 X 2
* 14.8 有一台三相同步发电机， X 1.871 ， X 0.219 ， X 0 0.069 ，试求单相对中点稳态短路
*
*
2
* 电流、两线之间稳态短路电流、三相稳态短路电流的表么值各为多少？（设 E 0 1）
解： I s 1

3E0 3 1.39 X X X 0 1.871 0.219 0.069
转子阻尼绕组内侧铁心—转子励磁绕组外侧漏磁路—转子阻尼绕组内侧铁心—气隙—定子铁心，其磁阻
较小，因此直轴瞬变电抗 X d X ad X 较小。 较大，磁通较少，故 X ad
第三阶段（进入稳态短路） ：直轴电枢反应电抗 X ad 对应磁通经过的磁路是：定子铁心—气隙—转子 铁心（穿过励磁绕组和阻尼绕组）—气隙—定子铁心，其磁阻小，磁通多，故 X ad 大，因此直轴同步电 抗为 X d X ad X 大。
X X 。
14.3 试分析发电机失磁运行时， 转子励磁绕组中感应电流产生的磁场是什么性质的？它与定子旋转 磁场相互作用产生的转矩是交变的还是恒定的？ 答：发电机失磁运行时，转子转速n略大于定子磁场转速n 1 ，同步发电机转入异步发电运行状态，其 转差率 s 0 ，此时定子旋转磁场在励磁绕组中感应出频率为 f 2 sf 1 的交变电动势和交变电流，由于转 子励磁绕组为单相绕组，因此励磁绕组将产生一个以 f 2 频率交变的脉动磁场。该脉动磁场可以分解为大 小相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁场，其中和转子转向相反的旋转磁场与定子磁场之间无相对 运动，二者作用对转子产生恒定的制动电磁转矩，而和转子转向相同的旋转磁场与定子磁场之间有相对 运动，二者作用对转子产生交变电磁转矩，总的合成电磁转矩是制动性质，方向不变，大小脉动。 14.4 简述同步发电机的阻尼绕组对抑制振荡的作用。 答：同步发电机振荡时，转子转速不再是同步转速，转子与定子磁场之间存在相对运动，阻尼绕组 中产生感应电动势和感应电流，并产生异步转矩。当转子转速高于同步转速时，相当于异步发电机运行，