电机学第11章同步发电机的基本工作原理和结构思考题与习题参考答案

第11章同步发电机的基本工作原理和结构思考题与习题参考答案
11.1 同步发电机感应电动势的频率和转速有什么关系? 在频率为50H Z 时，极数和转速有什么关系？
答:频率与转速的关系为：60
pn f = 当频率为Hz 50时，30005060=⨯=pn 。

11.2 为什么汽轮发电机采用隐极式转子，水轮发电机采用凸极式转子？
答：汽轮发电机磁极对数少（通常p =1），转速高，为了提高转子机械强度，降低转子离心力，所以采用细而长的隐极式转子；水轮发电机磁极对数多,转速低，所以采用短而粗的凸极式转子。

11.3 试比较同步发电机与异步电动机结构上的主要异同点。

答：同步发电机和异步电动机的定子结构相同，都由定子铁心、定子三相对称绕组、机座和端盖等主要部件组成。

但这两种电机的转子结构却不同，同步发电机的转子由磁极铁心和励磁绕组组成，励磁绕组外加直流电流产生恒定的转子磁场。

转子铁心又分为隐极式和凸极式两种不同结构。

异步电动机的转子分为笼型和绕线型两种结构形式，转子绕组中的电流及转子磁场是依靠定子磁场感应而产生的，故也称为感应电动机。

11.4 一台汽轮发电机，极数22=p ，MW 300=N P ，
kV 18=N U ，85.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，试求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率。

解：（1）A U P I N N N
N 6.1132085.010********cos 336=⨯⨯⨯⨯==ϕ
（2）MW P N 300= MVA P S N N N 94.35285.0/300cos /===ϕ
var 186527.094.352sin M S Q N N N =⨯==ϕ
11.5一台水轮发电机，极数402=p ，MW 100=N P ，kV 813.U N =，9.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率；（3）发电机的转速。

解：（1）A U P I N N N
N 553.46489.0108.13310100cos 336=⨯⨯⨯⨯==ϕ
（2）MW P N 100= MVA P S N N N 11.1119.0/100cos /===ϕ
var 44.48436.011.111sin M S Q N N N =⨯==ϕ
（3）min /15020
506060r p f n N =⨯==
第11章 自测题参考答案
一、填空题
1. 三相对称、直流；
2. 3000、3600；
3. 隐极、凸极；
4. 2、3000；
5. 转子转向、改变；
6. 旋转磁极、旋转电枢；
7.旋转磁极、旋转电枢；
8. 转子、定子磁场；
9. 相同、相同；
10. 笼型转子、抑制转子机械震荡
二、选择题
1.④
2.④
3.②
4.④
5.③
三、简答题
1. 答:同步发电机定子铁心槽内安放着空间相差 120的电角度的三相对称绕组。

转子由磁极铁心和励磁绕组组成。

当励磁绕组通入直流电流后，建立恒定的转子磁场。

转子由原动机拖动以转速n 匀速旋转时，转子磁场切割定子三相对称绕组，在三相绕组中产生三相对称的电动势。

2. 答：励磁方式分为：
1）直流励磁机励磁系统：其优点是结构简单，直接获得直流电压；缺点是高转速、大容量的直流励磁机在制造和运行维护方面都存在一些困难，所以大容量汽轮发电机难以采用同轴直流励磁机励磁系统。

2）静止半导体励磁系统：其优点是运行、维护方便，由于取消了直流励磁机，使励磁容量得以提高；缺点是励磁电流通过电刷和滑环引入励磁绕组，当励磁电流过大时，将使滑环产生高温而极易损坏。

3）旋转半导体励磁系统：其优点是主励磁机实现了无刷化，避免了流经大电流的滑动接触，提高了电机运行的可靠性；缺点是转动部分的电压、电流难以测量，转子绕组保护比较困难。

四、计算题
解：（1）A U P I N N N
N 82.458.0103.6310400cos 333=⨯⨯⨯⨯==ϕ
（2）kW P N 400=
var 30075.0400k tg P Q N N N =⨯==ϕ。