电机习题与解答

（a） (b)

第二种情况，空载电动势为E0= UN , 对应的励磁电流为If0，负载时由于电枢磁动势Fa的去磁作用电压降为U，ΔU降= UN -U；折算到转子绕组励磁电流减少的部分If0- If2，就是用来平衡Fa的，根据上述，

If1-If0= If0- If2， 由于第一种情况的励磁电流比第二种情况的更大些，其磁路的饱和程度就更大;

由图可见，在同样大的励磁电流If1-If0下，对应的电压差ΔU升= E0- UN就比第二种情况ΔU降= UN -U

小， 即ΔU升 （=E0-UN ）<ΔU降（=UN-U）。

11-13一台三相汽轮发电机，PN=25000千瓦，UN=10。5千伏，cos?N?0.8（滞后），Y接线，作单机运行，同步电抗xt*?2.13,ra 忽略不计。试求每相空载电动势为7250伏，分下列几种财政部接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明电枢反应的性质？ 解:额定电流IN?PN3UNcos?NUN

2UNcos?N(10.5?103)2?0.8额定阻抗ZN????3.528? 3PN25000?103IN同步电抗的有名值： xt?xt*ZN?2.13?3.528?7.52?

?0 以空载电动势为基准相量，即E0?7520。0E07520?00??707?450A (1) 电枢电流I?ZL?jxt7.52?j7.52..I=707A，ψ=450，所以电枢反应既有交轴，又有直轴去磁。

E07520?00??500?900A （2）电枢电流I?ZL?jxtj7.52?j7.52..I=500A，ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁。

E07520?00??1000??900A （3）电枢电流I?ZL?jxt?j15.04?j7.52..I=1000A，ψ= -900，所以电枢反应为直轴助磁。

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E07520?00??1000?00A （4）电枢电流I?ZL?jxt7.52?j7.52?j7.52..I=1000A，ψ=00，所以电枢反应为交轴。

第十二章 三相同步发电机的并联运行 同步电动机

12－1 试述三相同步发电机准同期并列的条件？为什么要满足这些条件？怎样检验是否满足？ 答： 条件是：（1）待并发电机的电压Ug与电网电压Uc大小相等； （2）待并发电机的电压相位与电网电压相位相同； （3）待并发电机的频率fg与电网频率fc相等； (4) 待并发电机电压相序与电网电压相序一致； 若不满足这些条件：

条件（1）不满足，发电机在并列瞬间会产生有害的滞后（或超前）发电机电压900（即无功性质）的巨大瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形；

条件（2）不满足发电机在并列瞬间会产生有害的滞后（或超前）发电机电压一相位角的巨大瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形，同时，冲击电流的有功分量还会在发电机的转轴上产生冲击机械扭转矩，使机轴扭曲变形，大的冲击电流还会使电枢绕组过热；

条件（3）不满足，发电机在并列时会产生拍振电流，在转轴上产生时正、时负的转矩，使电机振动，同时冲击电流会使电枢绕组端部受冲击力而变形，还会使电枢绕组发热；

条件（4）不满足的发电机绝对不允许并列，因为此时发电机电压Ug和Uc恒差1200，△U恒等于3Ug，它将产生巨大的冲击电流而危及发电机，也可能使发电机不能牵入同步。

12－2 同步发电机并列时，为什么通常使发电机的频率略高于电网的频率？频率相差很大时是否可以？为什么？

.答： 当发电机的频率略高于电网频率时并列，即fg。>fc或ωg>ωUg略超前电 c，并列瞬间，发电机电压的。?U ?U .。。.网

Ug UcUg U c ωg . ωc ωg .电压Uc，图（a）在电

Ih 压差的作用下产生冲击 电流，其有功分量Iha 与发电机的电压Ug同 相位，此时P2?UgIha?0,

发电机向电网发出有功功率，并且有功电流

...。.Iha (a)

(b) .。.Ih Iha 。分量对转轴产生制动性质的转矩，使转子减速，发电机电压Ug与电网电压Uc之

间的夹角减小，直至为零，电压差为零，反之，fg

12－3同步发电机的功角在时间和空间上各有什么含义？

答： 时间相位角：发电机空载电动势E0与端电压U之间的相位角为功角δ。

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..空间相位角：δ是感应空载电动势主磁通?0的主磁极轴线和产生端电压的定子等效假想合成磁通

.?u的磁极轴线之间的夹角。

12-4 与无限大电网并联运行的同步发电机，如何调节有功功率，试用功角特性分析说明？ 答：改变原动机的输出功率或转矩，以改变功率角δ的大小。

见图示：在0－a－m区域内，改变P1或T1，即可改变功率角δ的大小，调节有功功率P2. （1） 原工作于a点，此时P1=P2≈Pem（忽略Σp），

pem 功角为δ； （2）当增大原动机转矩T1，即增大输入功率至P1’， m 由于输出功率瞬时未变，出现功率差额△P=P1’-P1,

a’ 在相应于功率差额△P的剩余转矩作用下，转子加 P1’ P2’ a 速，使功角由δ增至δ’，这时输出功率P2’也相 P1 P2 应增大，直至与输入功率达到新的平衡（P2’=P1’）， 于是电机就稳定运行在新的工作点a’点。

0 δ δ’

12-5用功角特性说明与无限大电网并联运行的同步发电机的静态稳定概念？

pem 答：忽略电机的各种损耗。

在b 点，P1?Pem，T1?Tem，当受到某些原因， 使功角增大，则P1?Pem，T1?Tem，功角继续 增大，发电机功率越小，电磁转矩越小，运行点

离b点越来越远，最后发电机失步。同理，当某 原因使功角减小时，运行点也不能回到b点。 所以在b 点运行时，电机不具有静态稳定性。

a a’ b P1 b’ δ

m .δ

0 δ δ’ 在a 点，P1?Pem，T1?Tem，当受到某些原因，

使功角增大，则P1?Pem，T1?Tem，功角减小 ，发电机功率越小，电磁转矩越小，电机能重新回到a运行点.同理，当某原因使功角减小时，运行点也能回到a点。 所以在a 点运行时，电机具有静态稳定性。

12-6试比较在与无限大电网并联运行的同步发电机的静态稳定性能：并说明理由？

1） 有较大短路比或较小短路比；

2） 在过激状态下运行或在欠激状态下运行； 3） 在轻载状态下运行或在重载状态下运行；

4） 直接接到电网或通过升压变压器、长输电线接到电网。 答：（1）有较大短路比，稳定性好，原因由于KM∝Kc，所以短路比大，过载能力大，静稳定性好。 （2）过励状态稳定性好，原因 ：过励磁时励磁电流大，E0大，功率极限值大，过载能力大，所以稳定性

好。

（3）轻载状态稳定性好，电机轻载时的运行点比重载时运行点远离功率极限点（超过功率极限点为不稳

定区），所以稳定性好。

（4）直接接到电网时稳定性好，直接接到电网时电抗小，功率极限大，所以稳定性好。

12－7 与无限大容量电网并联运行的同步发电机如何调节无功功率？试用相量图分析说明？

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答：调节励磁电流即可调节无功功率的大小。

电机输出的无功功率（以隐极机为例）为：

.E0UU2， Q?mcos??mxtxt在相量图上可用E0cosδ―U来表示，即aU段，

当增加励磁电流时空载电动势E0增大，由于调 节励磁电流时有功功率不变化，E0相量的顶点 只能向上移动，达至点E0’，此时表示无功功率的 线段部分变为a’U段，说明调节励磁电流即可改变 无功功率的输出。

E .'0 '.a’ jIxt .E0 a .jIxt U δ .I I' .

12-8什么是U形曲线？什么时候是正常激磁、过激磁和欠激磁？一般情况下发电机在什么状态下运行？ 答： U形曲线：与无穷大电网并联运行的同步发电机，在输出有功功率不变的情况下， 改变励磁电流If ，测出相应的定子电流I，得到的关系曲线I＝f(If) 因形状象字母“U”， 故称为U形曲线。

正常励磁：cos? =1的状态 对应励磁电流为If ；

?滞后状态 对应励磁电流If’>If ； 过励磁： cos欠励磁： cos?超前状态。对应励磁电流If’

12-9 试比较ψ、?、δ这三个角的含义，同步电机下列各种运行状态分别与哪个角有关？角的正、负又如何？

答：?是端电压U与电枢电流I之间相位角，I滞后U时，?为正； ψ是空载电动势E0与电枢电流I之间相位角，I滞后E0时，ψ为正； δ是空载电动势E0与端电压U之间的相位角，U滞后E0时，δ为正；； （1）与?有关，当?>0滞后，?<0超前

00

（2）与?有关，当?>0过励，?<0欠励

0

0

。。。。。。。。。。。。（3）与ψ有关，当ψ=0交磁，ψ=90直轴去磁，ψ=-90直轴助磁

00

（4）与δ有关，δ>0发电机，δ<0电动机。

12-10 与无穷大电网并联运行的同步发电机，当调节有功功率输出时，如果要保持无功功率输出不变，问此时此刻功角δ和激磁电流如何变化，定子电流和空载电动势又如何变化，用同一相量图画出变化前、后的相量图。

答：功角δ增大，励磁电流If增加，定子电流和空载电动势增大 . E0 δ’>δ

. E0’>E0 jIxt I’>I .''E0 jIx . tU .

I'

20 δ’ .I δ 000