同步电机 习题课 ppt

解答： 直流励磁方式 静止整流励磁方式（有刷励磁） 旋转整流励磁方式（无刷励磁）
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5-4 何谓同步电机的电枢反应？电枢反应的性质
取决于什么？试讨论下列各种情况下的电枢反
应（设ψ0＜90˚，发电机惯例）：（1）电枢电流 超前于励磁电势以ψ0角时；（2）电枢电流滞后 于励磁电势以（π-ψ0）角时。
第五篇 同步电机
习题课
-Leabharlann Baidu
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5-1 汽轮发电机和水轮发电机在结构上有何区别？ 原因何在？
解答： 结构上的区别：汽发为隐极转子，水发为凸极转子。 原因：汽发的原动机为汽轮机，转速高，离心力大。
故采用整块钢通过锻压工艺把转子制成一个整体。 水发的原动机为水轮机，转速低，离心力小。故采
用相对简单的焊接工艺把转子制成由多个部分组成 的组合件。
ψ0既不等于0˚、又不等于90˚时，电枢 磁场基波Ba与电枢磁势基波Fa在空间
不同相。
原因：此时Fad、Faq都不等于零。Ba
由Bad、Baq合成而得。Bad与Fad成比
例，Baq与Faq成比例。d、q磁路的磁
阻不同，导致这两个比例不同，进而
Ba与Fa的相位不同。
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5-9 试述直轴和交轴同步电抗的意义。Xd和Xq的 大小与哪些因素有关？Xd*和Xq*通常在什么范围？
解答： 等效电路如图示。 因为Ψ0为锐角，故电枢
反应的性质为：去磁+ 交磁。
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5-8 为什么分析凸极同步发电机时要用双反应理论？凸极
同步发电机负载运行时，若ψ0既不等于0˚、又不等于90˚， 问电枢磁场的基波与电枢磁势的基波在空间是否同相？为
什么？
解答：
即使不计饱和，凸极机的气隙不均匀 仍导致磁阻不为常数。因此，电枢反 应电势Ea无法用一个负的电抗压降来 表示，从而无法引入电枢反应电抗。 所以分析凸极机时，必须采用“双反” 理论。
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5-13 试述同步电动机的异步起动法。表征异步起 动性能的主要数据是什么？
解答：不要求。
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5-14试述同步补偿机的原理和用途。同步补偿机应 当装设在送电端还是受电端？为什么？
解答： 补偿机原理：同步补偿机是空载运行的同步电动机。
其V型曲线相当于Pe=0时电动机的V型曲线。正励 时，补偿机的电枢电流接近于零；过励时，补偿机 从电网吸取超前的无功电流；欠励时，补偿机从电 网吸取滞后的无功电流。 补偿机用途：无功补偿。 同步补偿机应当装设在受电端。理由：避免无功电 流在线路上产生压降、功耗。
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5-10 试述同步发电机单独负载运行和与电网并联 运行时，性能上有哪些差别，原因何在？
解答：
性能差别：电压、频率的表现不同。单机的U、f易变；并机的U、 f不变。
差别原因：单机的U随负载电流变动而变动，单机的f随原动机转 速的波动而波动。并机的U、f都被电网固定。
关于：单机的U易变是因为I变时If未变。并机的U固定是因为I变时 If也变，联想V形曲线。
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5-2 同步电机有那几种运行状态？如何 区分？
解答：
同步机有三种运行状态：发电机、电动机、补偿 机。
区分：用功率角δ来区分。功率角定义为相量E0超 前相量U的角度。可以等价为主磁场空间矢量F1超 前合成磁场F的角度。具体区分如下：
δ>0为发电机；
δ=0为补偿机；
δ<0为电动机。
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5-3 同步电机有那些励磁方式？
Fad影响磁场，从而影响发电机的功率因数。
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5-6 试述电枢反应电抗Xa的意义。
解答： 电枢反应电抗Xa的意义是：单位电枢电流所生电
枢反应电势。电枢反应电抗Xa是反映电枢反应主 磁路（简称主磁路）、电枢绕组的一个参数。主 磁路磁导越大，则Xa越大；电枢绕组匝数越多， 则Xa越大。
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5-7 试画出隐极同步发电机在纯电阻负载时的相 量图。说明这种情况下电枢反应的性质。
解答： 助磁+交磁 去磁+交磁
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5-5 试述交轴和直轴电枢反应对同步发电机中能量转换 和运行性能的影响。
解答：
交轴电枢反应Faq与能量转换有直接关系。直轴电枢反应Fad与能 量转换有间接关系。 能量转换需要磁场。Fad直接影响磁场， 通过磁场影响能量转换。没有Fad仍然有能量转换，但如果 Faq=0，即Iq=0则没有能量转换。以隐极机为例， Pe=3E0IcosΨ0=3E0Iq=0
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5-11 试述同步发电机并网的条件和方法。
解答： 并网条件： 相序一致 幅值一致 频率一致 相位一致
并网方法： 准确同步法 自整步法
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5-12 试述同步发电机与电网并联时静态稳定的概 念。
解答： 发电机在某一状态下并行。设外界（电网或原动机）
给发电机一个微扰（微小的扰动）。如果微扰消失 后，发电机能回到原先的状态，那么该状态是静态 稳定的；否则，该状态是静态不稳定的。
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5-15 试述同步发机作为发电机和电动机运行时，φ、 Ψ0和δ角的变化范围。
解答：
φ发电机∈（-90°，90°] Φ电动机∈（-180°，-90°] U （90°，180°] Ψ0发电机∈（-90°，90°] Ψ0电动机∈（-180°，-90°] U （90°，180°] δ发电机∈（0°，180°] δ电动机∈（-180°，0°]
解答： 直轴同步电抗Xd的意义-----单位直轴电枢电流所生
直轴电枢反应电势、漏电势之和。 交轴同步电抗Xq的意义-----单位交轴电枢电流所生
交轴电枢反应电势、漏电势之和。 Xd和Xq的大小与磁路的磁阻、绕组的有效匝数、频
率有关。 Xd*和Xq*通常的范围：不要求。 参见5-6题：试述电枢反应电抗Xa的意义。
关于：单机的f易变是因为负载的无源性，U的f完全决定于E0。并 机的f不变是因为转子上有阻尼绕组---Damping winding，简为dw。 并网机转子磁场的转速记为nE0，并网机定子磁场的转速记为nU。 nU不变。当f机>f网，即nE0>nU时，站在转子上就会看到定子磁场向 后转。向后转的磁场在dw中产生向后转的电磁转矩，使nE0变小， 直到nE0=nU。当f机<f网，即nE0<nU时，可以类似说明。
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5-16 有一台同步电动机在额定电压、额定频率、额定负载下（功 率因数为超前）运行时，功率角δ=25˚，负载转矩不变。现因电网 发生故障，情况有如下改变。问功率角有何变化：（1）电网频率 下降5%；（2）电网电压和频率都下降5%。设励磁一直保持不变， 电枢电阻、凸极效应和饱和效应均忽略不计。