第四篇 同步电机习题解答
15-1 一台三相隐极同步发电机，25000kW N P =,10.5kV N U =,Y 接，
cos 0.8N ?=滞后，已知7.52, 0t a x R =Ω≈，每相励磁电动势07520V E =。求下列
几种情况下的电枢电流，并说明其电枢反应的性质：（1）每相接7.52Ω的三相对称纯电阻负载；（2）每相接7.52Ω的三相对称纯电感负载；（3）每相接15.04Ω的三相对称纯电容负载；（4）每相接7.547.54j -Ω的三相对称电阻电容负载。
解：0a t L a t L t E U IR jIx IZ IR jIx IZ jIx =++=++≈+
L t
E I Z jx =
+, 令0075200V E =∠
（1）7.52L Z =Ω
0075200701.145(A)7.527.52L t E I Z jx j ∠===∠++ 为直轴和交轴电枢反应；
（2）7.52L Z j =Ω
007520050090(A)7.527.52L t E I Z jx j j ∠===∠-++ 为直轴去磁电枢反应；
（3）15.04L Z j =-Ω
0075200100090(A)15.047.52L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为直轴增磁电枢反应；
（4）7.527.52L Z j =-Ω
007520010000(A)7.527.527.52L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为交轴电枢反应。
15-2 一台凸极同步发电机，72500kW N P =,10.5kV N U =，Y 接，
cos 0.8N ?=滞后，1, 0.554, 0d q a x x R **
==≈。试求额定负载下运行时发电机的
0, , d q I I E ψ及。
解：Y 接，0cos 0.8, 36.87N N ??==
3
4983(A)pN
N I I ====
3
6062(V)pN
U ===
0sin 1110.6
55.27cos 10.8
q I x U arctg
arctg
U ?
ψ?
****+?+?===?
0sin 4983sin55.294095.3(A)d pN I I ψ==?= 0cos 4983cos55.292838.9(A)q pN I I ψ==?=
0cos()sin d E U I x ψ?ψ****=-+
0001.0cos(55.2936.87)11sin 55.29 1.771=?-+??=
300 1.77110.51018.58(kV)N E E U *=?=??=(线电动势)。
15-3 一台汽轮发电机，31250kVA N S =,6300V N U =，Y 接，cos 0.8
N ?=滞后，已知 2.0t x *=，0a
R *
≈。试求额定负载下运行时的0E 。 解：cos 0.8N ?=，sin 0.6N ?=
3
2863.9(A)N I ===
3637.4(V)pN U =
==
0E *
=
2.72==
00 2.723637.49.9(kV)pN E E U *==?=(相电动势) 或00 2.72630017.14(kV)N E E U *
==?=（线电动势）。
15-4 三相水轮发电机，72500kW N P =,10.5kV N U =，Y 接，cos 0.8N ?=滞后。已测得电机的空载、短路和零功率因数负载特性如下：
空载特性
短路特性 零功率因数特性（N I I =）
试求：（1）d x *（不饱和值）；（2）短路比c k ；（3）p x *；
（4）d x *
（饱和值）。 解：（1）短路特性为直线，110.965k k f I I I ***==110.95
k k f
I I I **
*
==，1
1.04f k I I **
==
气隙线为一条直线，0
00.551.00.52
f E E I ***''=
=
,01
1.06
f I E **='=
1.06 1.021.04
d
k E x I ***'===
3
4983(A)N I === Y 接的阻抗基值：3
1.22()b Z ===Ω
1.02 1.22 1.24()d d b x x Z *
=?=?=Ω（不饱和值）
（2）000(1)1 1.036(1)0.965
f k c N fk k I U I k I I I **
**====== （3）
（4）由零功率特性U *=1，f I *=2.115
气隙线为一条直线，000.55
2.1150.52f E E I ***''==
，0 2.237E *'=
16-1 一台汽轮发电机，cos 0.8?=滞后， 1.0t x *=，0a
R *
≈，并联运行于额定电压的大电网上 。试求：（1）保持额定运行时的励磁电流fN I 不变，当输出有功功率减半时，定子电流I *和cos ?将变为多少？（2）有功输出仍为额定功率的一半，减少励磁电流使0E 为额定运行时的一半，发电机能否静态稳定运行？为什么？此时I *和cos ?变为多少？
解：隐极式同步发电机电动势方程和相量图
()0 0t a E U jI x R *
***=+=
令：01.00U *=∠，则cos sin 0.80.6N N I j j ??*=-=-
()00110.80.6 1.7926.57E j j *=+??-=∠
026.57N θ=
（1）f I 不变则0E 不变
0sin em t mE U P x θ=
，由题知1
2
em emN P P = 所以，01
sin sin 0.224, 12.922
N θθθ===
00
00 1.7612.92100.84461.761.0t E U I jx j ***
-∠-∠===∠-?
0.844I *=， 0cos cos61.760.473?==（滞后）
（2）1
2em emN P P =，0
012
E E '= 所以，sin sin N θθ=，026.57N θθ==
090θ<，所以发电机能静态稳定运行
00
01
26.570.80.42
E E j *'=∠=+ 000.80.410.44726.571.0t E U j I jx j ***
-+-===∠?
0.447I *=， cos cos26.570.894?==（超前）
16-2 一台汽轮发电机并联于大电网，额定负载时功率角025N θ=，现因输电线路故障使电网电压降为70%N U ，如想使θ保持在030，应加大励磁使0E 上升为原来的多少倍？
解：额定负载不变，则发电机输出功率（电磁功率）保持不变。
设当电网电压降为70%N U （发电机端电压也降为70%N U ），此时发电机功率角变为θ；加大励磁后，0E 变为0E '
00
sin sin N em N t t
mE U mE U P x x θθ'=
= 0
00
0sin sin 25 1.21sin 0.7sin30N N E U E U θθ'===
16-3 一台水轮发电机并联于大电网，已知50000kW, 13800V N N P U ==，Y 接，
cos 0.8N ?=滞后， 1.15, 0.7, 0d
q a x x R **
==≈，并假设其空载特性为一直线。试求：（1）当输出功率为10000kW ，cos 1.0?
=时发电机的f I *及
θ角；（2）若保持上问的输入有功功率不变，逐渐减少励磁电流直至零时，θ应为多少？发电机还能否稳定运行？此时I 和cos ?各为多少？
解：额定电流3
32.61510(A)N I =
==? （1）当210000kW P =，cos 1.0?=，0?=时
3418.4(A)I =
== 418.40.162615
N I I I *=
== 0sin 0.160.7
6.39cos 1 1.0
q I x U arctg
arctg
U ?
ψ?
****+?===?
06.39θψ?=-=
000cos()sin 1.0cos6.390.16 1.15sin 6.39 1.014d E U I x ψ?ψ****
'=-+=+?=
通常取空载电势等于额定电压时的励磁电流作为转子励磁电流的基值，又假设其空载特性为一直线，即0E 与f I 成正比
000
1.014 1.0141
N
f E f
N fN
E U I kE I kU I *'**='=
=== （2）202
11
sin ()sin 22em
d q d
mE U U P P x x x θθ****
****
≈=+- 当0f I =时，00E =
50000
62500(kVA)cos 0.8N N N P S ?=
==，22100000.1662500
N P P S *=== 22
11()sin 22q d
U P x x θ****=-
21.0110.16()sin 220.7 1.15
θ=-
sin20.5724θ=，017.46θ=
090θ<，所以发电机能静态稳定运行
0d d q q U jI x jI x *****
++=
cos d d
I x U θ**
*
= cos 1cos17.46
0.8301.15
d
d U I x θ***
?=== sin q q
I x U θ**
*
= sin 1sin17.46
0.4290.7
q
q U I x θ***
?===
0.934I *=
0.93426152443(A)N I I I *=?=?=
00.830
62.670.429
d q I arctg arctg I ψ*
*===
00062.6717.4680.13?ψθ=+=+=
cos 0.171?=（超前）
16-4 一台隐极同步发电机并联于大电网，已知7500kVA N S =，3150V N U =， Y 接，cos 0.8N ?=滞后， 1.6x =Ω，0a R ≈，试求：（1）该机运行在额定状态时的电磁功率emN P ，功率角N θ，过载能力M k ；（2）fN I 不变，输出有功功率减半时的
em P ，θ及cos ?。
解：0a R ≈
2cos 75000.86000(kW)emN N N N P P S ?≈==?= cos 0.8N ?=，036.87N ?=
1818.65(V)pN U =
=
3
1374.6(A)N I ===
sin 1374.6 1.61818.650.6
() 2.262sin 1818.650.8
t pN N
N N pN N
Ix U tg U ?θ??+?+?+=
=
=?
066.15N N θ?+=
00066.1536.8729.3N θ=-=
1
2.04sin M N
k θ=
= （2）13000(kW)2
em emN P P ==
fN I 不变，则0E 不变，由sin em t
mEU
P x θ=
，可得
011
sin sin sin 29.30.244722
N θθ===
014.16θ=
令01818.650(V)U =∠
00
cos 1818.650.8
3598.2(V)cos()cos66.15N N N U E ?θ??=
==+
或03598.2(V)E
00
003598.214.161818.650118862.23(A)1.6
t E U I jx j -∠-∠===∠-
1188(A)I =
0cos cos62.230.466?==（滞后）
17-1 一台同步电动机在额定电压下运行，从电网吸收cos 0.8?=超前的额定
电流，已知该机的参数为：0.8, 0.5, 0d q a x x R **==≈，试求（1）励磁电动势0E *
及
功率角θ；（2）该机运行在什么励磁状态？
解：方法一
cos 0.8?=超前，036.87?=
0sin 10.610.5
53.97cos 10.8
q I x U arctg
arctg
U ?
ψ?
**
**+?+?===?
00053.9736.8717.1θψ?=-=-=
000cos sin 1cos17.110.8sin53.97 1.6d E U I x θψ****=+=?+?=
00θ>，U 超前E ，电动机运行于过激状态。
方法二：设010U *=∠，cos 0.8?=超前，036.87?= 0136.87I *=∠
00136.870.5 1.3617.1q
U jI x j ***
-=-∠?=∠-，该相量与E 同相位 017.1θ=
00036.8717.153.97ψθ?=+=+=
sin 0.809d
I I ψ*
*== 0() 1.360.809(0.80.5) 1.6q d d q E U jI x I x x *******
=-+-=+?-=
17-2 三相隐极同步发电机60kVA N S =，Y 接，380V N U =， 1.55t x =Ω，0a R ≈。 当电机过励cos 0.8N ?=滞后，37.5kVA S =时（1）作相量图，求0E 和θ；（2）原动机移去，不计损耗，作相量图，求I ；（3）改作电动机运行，em P 同（1）中数值，调节励磁使cos 1?=，作相量图，求I 和0E 。、
解：3
57(A)I =
== cos 0.8?=滞后，036.87?= sin ()(
)sin t Ix U arctg acrtg arctg U ?
ψθ??
+=+=
57 1.552200.651.3822008arctg ?+???==
????
00051.3836.8714.51θψ?=-=-=
0E
()282V =
=
（2）10P =，00p ≈，20, 0P θ==
0t E U Ix =+
0282220
40(A)1.55
t E U I x --=
== （3）003282220
sin sin14.5130085.3(W)1.55
em t mE U P x θ??=
=?= cos 1?'=，I 与U 同相
em P 不变，cos I ?=常数，cos cos I I ??''=
cos 570.845.6cos 1
I I ???'=
=='(A)
231(V)
E=
17-3 某工厂变电所变压器容量为2000kVA，该厂电力设备消耗的总功率
1200kW，cos=0.65
?滞后。由于生产发展，欲新添一台400kW, cos=0.8
?超前，
95%
N
η=的同步电动机，问当电动机处于额定运行状态时，全厂的功率因数为多少？变压器过载否？
解：电力设备从电源吸引的有功功率为
1
1200kW
P'=
电力设备从电源吸引的无功功率为1
1
sin
Q1403(kVar)
cos
P?
?
'
'==
同步电动机从电源吸引的有功功率为
1
400
421kW
0.95
N
N
P
P
η
''===
同步电动机从电源吸引的无功功率为12
1
2
sin42106
Q315.8(kVar)
cos0.8
P?
?
''?
''=-==-
电源提供的总有功功率为
111
12004211621kW
P P P
'''
=+=+=
电源提供的总无功功率为
111
Q Q1403315.81082.2(kVar)
Q'''
=+=-
=
电源提供的视在功率
1
1951.8kVA
S==
1
1
1621
cos0.83
1951.8
P
S
?===（滞后）
1
1951.8kVA<2000kVA
S=，变压器没有过载。
17-4 从某电厂的35kV、30km长的输电线供给某工厂20000kVA的功率（见图17-7），cos0.707
?=滞后，设输电线每km长度电阻为0.17Ω，试求（1）不装调相机时输电线的电流及功率损耗；（2）如用户端装设一台调相机，将总功率因数提高到0.96滞后，问此调相机的容量为多少kVA（调相机的有功电流可忽略）？补偿后线路的功率损耗为多少？
解：（1）变压器次级侧线电流
7
1832.9(A)I =
== 变压器初级侧线电流 6.3 6.3
1832.9330(A)3535
I I =
?=?=线 2233(330)300.171666.2(kW)P I R ==???=
（2）cos 0.707?=，sin 0.707?=；1cos 0.96?=，sin 0.28?'= 工厂消耗的有功功率cos 200000.70714140(kW)P S ?==?= 工厂需要的无功功率sin 200000.70714140(kVar)Q S ?==?= 总功率提高至0.96时 电厂需要提供的视在功率1414014729(kVA)cos 0.96
P S ?'=
==' 电厂需要提供的无功功率sin 147290.284124.12(kVA)Q S ?'''==?= 调相机的容量14140412410016(kVA)S Q Q '''=-=-=
线路上的电流 6.3 6.3243(A)3535I '===线
2233(243)300.17903.45(kW)P I R ''==???=
第五篇 直流电机习题解答
20-1 一台直流发电机，已知。200(kW)N P =，230V N U =，1450/min N n r =，
90%N η=。求该发电机的额定输入功率1P 及额定电流N I 。
解：5
1210222.2(kW)0.9
N
N P P η?=
==
5
210869.6(A)230
N N N P I U ?===
20-2 一台直流电动机，已知。
160(kW)N P =，220V N U =，1500/min N n r =，90%N η=。求该电动机的额定电流N I 。
解：5
110808(A)2200.9
N
N N N P I U η?===?
重庆大学电机学（1）第4次课堂测验 2012~2013学年第一学期 考试方式： 测验日期：2012.12.28 测验时间： 45 分钟 一、 单项选择题（每小题2分，共20分） 1．同步发电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．同步发电机带三相对称负载稳定运行时，转子励磁绕组 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．同步发电机稳态运行时，若所带负载性质为感性，则其电枢反应的性质 为 C 。 A ．交磁电枢反应； 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．同步电抗表征同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综合参数； D ．励磁磁场和励磁漏磁场的一个综合参数。 5．在对称稳态运行时，凸极同步发电机电抗大小的顺序排列为 D 。 A ．q aq d ad X X X X X >>>>σ； B ．σX X X X X q aq d ad >>>>； C ．σX X X X X ad d aq q >>>>；D ．σX X X X X aq q ad d >>>>。 6．判断同步发电机是过励磁运行状态的依据是 D 。 A ．0E ? 超前于U ? ； B ．0E ?滞后于U ?； C ．I ?超前于U ?；D ．I ?滞后于U ? 。 7．一台并联于无穷大电网的同步发电机，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同步发电机，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，增大发电机的输出功率； 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同步发电机，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 。 A ．渐大； B ．先增大后减小； C ．渐小； 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 ．改善电网功率因数； C ．作为用户的备用电源； D ．作为同步发电机的励磁电源。 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，水轮发电机转子一般为凸极式。 2．同步发电机内功率因数角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作用。 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．在不计磁路饱和的情况下，如增加同步发电机的转速，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%，则空载电压不变。 5．同步发电机并网的条件是：（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电网电压大小相等、相位相同。 6．同步发电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；同步电动机在过励时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，又可作电动机运行，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、拒绝作弊 封 线 密
同步电动机的起动 1.同步电机的基本原理 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。 图1.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场) 气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120 分布的线圈代表三相对称交流绕组。 图1.1同步电机结构模型 1.1工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主
磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 感应电势有效值：每相感应电势的有效值为E0 =4.44fNψ Φ 感应电势频率:感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p ，即 f=pn/60 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 1.2同步转速 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： n=60f/p=3000/p 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。 1.3运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 分析表明，同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间的夹角δ，δ称为功率角。
第5章 感应电机 一、 填空 1. 如果感应电动机运行时转差率为s ，则电磁功率、机械功率和转子铜耗之间的比例是 2::Cu e p P P Ω= 。 答 s :s)(1:1- 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 Hz 50，Hz 50，sHz 50，sHz 50 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时m s = ,转子总电阻值约为 。 答 1， σσ21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ? ,主磁通比， 正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 0.02，Hz 1，min /720r ，Hz 2 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为1n ，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与1n 反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为 160Hz f =的三相感应电动机，用在频率为Hz 50的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。
5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z ，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n 0=60f/p S=(n -n)/ n =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f 2=Sf 1 =0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？为什么？ 如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C 两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N =1470r/min,电源频率为50H Z 。设在额定负载 下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 5.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？
因为负载增加n 减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。 试求：①线电压为380V 时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n 0,p,S N ,T N ,T st ,T max 和I st ； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ① 线电压为380V 时，三相定子绕组应为Y 型接法. ② T N =9.55P N /n N =9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ T N =2 Tst=2*29.8=59.6 Nm T max / T N =2.0 T max =59.6 Nm I st /I N =6.5 I st =46.8A 一般n N =(0.94-0.98)n 0 n 0=n N /0.96=1000 r/min SN= (n 0-n N )/ n 0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n 0=60*50/1000=3 ③ η=P N /P 输入 P 输入=3/0.83=3.61 5.7 三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？ 电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.
1 电动机分为（交流电动机）（直流电动机），交流电动机分为（同步电动机）（异步电动机）异步电动机分为（三相电动机）（单相电动机） 2电动机主要部件是由（定子）和（转子）两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等 部件。定子铁心：由内周有槽的（硅钢片）叠成三相绕组，机座：铸钢或铸铁。 3根据转子绕组结构的不同分为：（笼型转子转子）铁心槽内嵌有铸铝导条，（绕线型转子）转子铁心槽内嵌有三相绕组。 4笼型电机特点结构简单、价格低廉、工作可靠；（不能人为）改变电动机的机械特性。绕线 式转子电机特点结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子（外加电阻可人为改变）电动 机的机械特性。 5分析可知：三相电流产生的合成磁场是一（旋转的磁场），即：一个电流周期，旋转磁场在空 间转过（360°）旋转磁场的旋转方向取决于（三相电流的相序），任意调换两根电源进线则旋 转磁场（反转）。 6若定子每相绕组由两个线圈（串联），绕组的始端之间互差（60°），将形成（两对）磁 极的旋转磁场。旋转磁场的磁极对数与（三相绕组的排列）有关。旋转磁场的转速取决于磁 场的（极对数）。 p=1 时 (n0=60f 1)。旋转磁场转速n0 与（频率f1）和（极对数p）有关。 7 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为（转差率S）异步电动机运行中S=（ 1--9）％。 8 一台三相异步电动机，其额定转速 n=1460 r/min ，电源频率 f1=50 Hz 。试求电动机在额定负载 下的转差率。 解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1500 r/min ,即 s n0 n 100% 1500 1460 100% 2.7% n0 1500 9 定子感应电势频率 f 1 不等于转子感应电势频率 f 2。 10 电磁转矩公式 sR2 U 12 T K ) 2 R2 (sX 20 2 2 由公式可知 :1. T 与定子每相绕组电压 U 成（正比）。 U 1 ↓则 T↓ 。 2.当电源电压 U1 一定时， T 是 s 的函数 , 3. R2 的大小对T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变（转子电阻R2 ），从而改变转距。 11 三个重要转矩：(1) ( 额定转矩 TN) 电动机在额定负载时的转矩(2) (最大转矩Tmax) 电机带动最大负载的能力,(3) ( 起动转矩Tst)电动机起动时的转矩。 12 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4 型 ) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为（T P N 9550 7 . 5 N . m ）。 N 9550 49 . 7 n N 1440 13 转子轴上机械负载转矩T2 不能（大于 Tmax ），否则将造成堵转(停车 )。 过载系数 (能T m ax 一般三相异步电动机的过载系数为 1.8 ~ 2.2 T N 力 ) 14 K st T st 启动条件（ Tst>TL ）否则电动机不能启动，正常工作条 起动能力 T N 件：所带负载的转矩应为（TL 大型高压同步电动机，由于其具有一系列优点，特别是能向电网发送无功功率，改善电网质量，在各行各业得到广泛应用。我公司球磨机用同步电动机曾在一段时期内频繁损坏，直接影响到我公司的生产和设备的安全运行。因此正确分析判断同步电机的故障原因，并提出相应对策，就成了我们的当务之急。 一、事故征象 我公司现有16台1300KW/6KV同步电动机。在2000年以前平均每年要出现2～3次电机烧损的事故。其事故主要征象为：定子绕组端部绑线崩断，电机定子绕组过热，起动绕组笼条开焊、断裂，电机起动及运行中出现异常声响，经常启动失败等现象。 尤其是在1999年1月12日我公司7#同步电动机运行过程中突然放炮，造成7#同步电动机定子线圈局部严重烧坏，高压电缆接头烧损，电流互感器崩坏，由于7#同步机脱扣装置拒动，保护不能正常动作，持续大电流引起密地变电所密27选Ⅱ线保护动作跳闸，影响到选Ⅱ所带其它用电设备停机。 二、事故原因的基本判断分析 1、电机质量分析： 电机的正常使用寿命一般应在20年左右。统计我公司所损坏的同步电动机，运行寿命大多在10年以下，尤其是这台7#同步电动机大修后，投运仅4个月便出现了这次放炮烧损事故。 在事故分析中，部分电气技术人员将事故的主要原因归结到电机的大修上。这种大面积的电机损害事故，将事故原因归结到电机质量上，我对此提出异议。建议将视线转移到对励磁系统的分析上；事实证明，电机修理厂在电机返修中对其重点部位进行了种种加强措施，甚至于提高了绝缘等级，但效果并不显著。损坏事故仍不断出现。 2、励磁系统原因分析： 针对同步电动机起动运行过程中发生异常声响、电机定子绕组过热、起动绕组笼条开焊、断裂等诸多现象，在排除电机质量原因引起事故的条件下，有必要对现行的励磁系统进行合理的分析，从而找出电机频繁损坏的真正原因：励磁系统设计不合理。 三、励磁系统存在的主要问题与电机故障原因的内在联系 1、励磁装置起动回路设计不合理，使同步电机经常处在脉振情形下起动。 原主电路为桥式半控励磁装置，其原理图如图1所示。 电机在起动过程中，在转子线圈内将感应一交变电势，其正半波通过ZQ形成回路，产生+if；而其负半波则通过KQ及RF形成回路，产生-if。由于负载电路不对称，形成+if与-if 电流不对称，if曲线如图2所示。电机定子电流因此也产生强烈脉振，其曲线如图3。电机因而遭受到脉振转矩的强烈振动。造成整个厂房大厅内都可以听到电机起动过程发出的强烈振动声。这种声音一直持续到电机起动结束才消失。 《电机与电气控制技术》第2版习题解答 第二章三相异步电动机 2-1三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？ 答：在三相异步电动机的定子三相对称绕组中通入三相对称电流，根据三相对称电流的瞬时电流来分析由其产生的磁场，由于三相对称电流其大小、方向随正弦规律变化，由三相对称电流建立的磁场即合成磁极在定子内膛中随一定方向移动。当正弦交流电流变化一周时，合成磁场在空间旋转了一定角度，随着正弦交流电流不断变化，形成了旋转磁场。 2-2三组异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速为多少？ 答：三相异步电动机旋转磁场的转速由电动机定子极对数P交流电源频率f1决定，具体公式为n1=60f1/P。 对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速即旋转磁场的转速n1分别为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min。 2-3试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步”的意义。 答：首先，在三相异步电动机三相定子绕组中通入三相交流电源，流过三相对称电流，在定子内膛中建立三相旋转磁场，开始转子是静止的，由于相对运动，转子导体将切割磁场，在转子导体中产生感应电动势，又由于转子导体是闭合的，将在其内流过转子感应电流，该转子电流与定子磁场相互作用，由左手定则判断电磁力方向，转子将在电磁力作用下依旋转磁场旋转方向旋转。 所谓“异步”是指三相异步电动机转子转速n与定子旋转磁场转速n1之间必须有差别，且n?n1。 2-4旋转磁场的转向由什么决定？如何改变旋转磁场的方向？ 答：旋转磁场在空间的旋转方向是由三相交流电流相序决定的，若要改变旋转磁场的方向，只需将电动机三相定子绕组与三相交流电源连接的三根导线中的任意两根对调位置即可。如果来绕组U1接电源L1、V1接L2、W1接L3为正转，要想反转U1仍接L1，但V1接L3、W1接L2即可。 2-5当三相异步电动机转子电路开路时，电动机能否转动？为什么？ 答：三相异步电动机转子电路开路时，电动机是不能转动的。这是因为，三相交流电源接入三相定子绕组，流过了三相对称定子电流，建立起来了三相定子旋转磁场，转子导体与三相旋转场相互切割，在转子电路中产生了转子感应电动势，但由于转子电路开路，没有转子感应电流，转子导体中无电流，也就不会与定子磁场相互作用产生电磁力，电磁转矩了，转子也就无法转动起来了。 2-6何谓三相异步电动机的转差率？额定转差率一般是多少？起动瞬间的转差率是多少？ 答：三相异步电动机的转差率S是指电动机同步转速n1与转子转速n之差即转速差n1?n与旋转磁场（同步转速）的转速的比值，即S=（n1?n）/n1。 额定转差率S N=~，起动瞬间S=1。 2-7试述三相异步电动机当机械负载增加时，三相异步电动机的内部经过怎样的物理过程，最终使电动机稳定运行在更低转速下。 答：三相异步电动机原稳定工作在n A转速下运行，当机械负载增加时，由于负载转矩大于电磁转矩，电动机转速n将下降，由于n的下降，使转子导体切割定子磁场运动加大。转子感应电势与转子电流相应加大，电磁转矩加大，直到电动机电磁转矩与负载转矩相等时，电动机将在新的稳定转速n B下运动，且n B?n A。 2-8当三相异步电动机的机械负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？ 答：当三相异步电动机的机械负载增加时，转子电流将增加，转子电流所建立的转子磁通势总是力图削弱主磁通，而当定子绕组外加电压和频率不变时，主磁通近似为一常数。为此，定子 同步电机与异步电机区别说的非常好 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N] 一、同步电机和异步电机在设计上的不同： ①同步与异步的最大区别就在于看他门的转子速度是不是与定子旋转的磁场速度一致，如果转子的旋转速度与定子是一样的，那就叫同步电动机，如果不一致，就叫异步电动机。。。 ②当极对数一定时，电机的转速和频率之间有严格的关系，用电机专业术语说，就是同步。异步电机也叫感应电机，主要作为电动机使用，其工作时的转子转速总是小于同步电机。 ③所谓“同步”就是电枢（定子）绕组流过电流后，将在气隙中形成一旋转磁场，而该磁场的旋转方向及旋转速度均与转子转向，转速相同，故为同步。 异步电机的话，其旋转磁场与转子存在相对转速，即产生转距。 二、为什么会同步，为什么会不同步呢？ 同步电机和异步电机的定子绕组是相同的，主要区别在于转子的结构。同步电机的转子上有直流励磁绕组，所以需要外加励磁电源，通过滑环引入电流；而异步电机的转子是短路的绕组，靠电磁感应产生电流。相比之下，同步电机较复杂，造价高。 同步和异步电机均属交流动力电机，是靠50Hz交流电网供电而转动。异步电机是定子送入交流电，产生旋转磁场，而转子受感应而产生磁场，这样两磁场作用，使得转子跟着定子的旋转磁场而转动。其中转子比定子旋转磁场慢，有个转差，不同步所以称为异步机。而同步电机定子与异步电机相同，但其转子是人为加入直流电形成不变磁场，这样转子就跟着定子旋转磁场一起转而同步，始称同步电机。 简单的说就是：异步电机的转子上没加直流励磁电流，同步电机的转子上加了一个直流励磁电流使转子的转速与定子与转子切割产生的磁场转速一致。 三、同步发电机转子为什么要通入直流励磁电流，而不通入交流励磁电流？ 按工频50HZ考虑，转子通入直流励磁电流，可在定子绕组中感应出50HZ电势。 转子通入交流励磁电流后，可分解为正向与反向两个旋转磁场，正向旋转磁场旋转速度与转子旋转速度迭加，在定子绕组中感应出100HZ电势；反向旋转磁 第六章 同步电机 一、填空 1. ★在同步电机中，只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。 答 交轴 2. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3） 。 答 发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致 3. ★同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出 ，产生 电枢反应。 答 超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁 4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；二是 和 空间夹角。 答 主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压 5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。 答 增加 6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。 答 减小 7. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为 。 答 δs i n 2)X 1X 1( mU d q 2 - 二、选择 1. 同步发电机的额定功率指（ ）。 A 转轴上输入的机械功率； B 转轴上输出的机械功率； C 电枢端口输入的电功率； D 电枢端口输出的电功率。 答 D 2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =?，则其电枢反应的性质为（ ）。 A 交轴电枢反应； B 直轴去磁电枢反应； C 直轴去磁与交轴电枢反应； D 直轴增磁与交轴电枢反应。 答 C 3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。 A 漏阻抗较大； B 短路电流产生去磁作用较强； C 电枢反应产生增磁作用； D 同步电抗较大。 答 B 4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ ）。 A q aq d ad X X X X X >>>>σ； B σX X X X X q aq d ad >>>>； C σX X X X X ad d aq q >>>>； D σX X X X X aq q ad d >>>>。 答 D 5. 同步补偿机的作用是（ ）。 A 补偿电网电力不足； B 改善电网功率因数； C 作为用户的备用电源； D 作为同步发电机的励磁电源。 答 B 三、判断 1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零 。 （ ） 答 错 2. 同步发电机的功率因数总是滞后的 。 （ ） 答 错 3. 一并联在无穷大电网上的同步电机，要想增加发电机的输出功率，必须增加原动机的输入功率，因此原动机输入功率越大越好 。 （ ） 答 错 4. 改变同步发电机的励磁电流，只能调节无功功率。 （ ） 答 错 5. ★同步发电机静态过载能力与短路比成正比，因此短路比越大，静态稳定性越好。（ ） 答 错 6. ★同步发电机电枢反应的性质取决于负载的性质。 （ ） 答 错 7. ★同步发电机的短路特性曲线与其空载特性曲线相似。 （ ） 答 错 8. 同步发电机的稳态短路电流很大。 （ ） 答 错 9. 利用空载特性和短路特性可以测定同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。（ ） 答 错 10. ★凸极同步电机中直轴电枢反应电抗大于交轴电枢反应电抗。 （ ） 答 对 11. 与直流电机相同，在同步电机中，U E >还是U E <是判断电机作为发电机还是电动机运行的依据之一。 （ ） 答 错 12. ★在同步发电机中，当励磁电动势0 E 与I 电枢电流同相时，其电枢反应的性质为直轴电枢反应 。 （ ） 答 错 四、简答 1. ★测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降至0.951n ，对试验结果有什么影 同步电机习题与答案 6.1 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？[答案见后] 6.2 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？ [答案见后] 6.3 在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应？ [答案见后] 6.4 凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗X ad大于交轴电枢反应电抗 X aq？ [答案见后] 6.5 测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来0.95n N，对试验结果有什么影响？ [答案见后] 6.6 一般同步发电机三相稳定短路，当I k=I N时的励磁电流I fk和额定负载时的励磁电流I fN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者X d取不饱和值而后者取饱和值？为什么X q一般总是采用不饱和值？ [答案见后] 6.7 为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多？为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关？ [答案见后] 6.8 在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？ [答案见后] 6.9 当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独运行时，其cosφ是分别由什么决定的？为什么？ [答案见后] 6.10 试利用功角特性和电动势平衡方程式求出隐极同步发电机的V形曲线。[答案见后] 6.11 两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率怎样分配和调节？ [答案见后] 6.12 同步电动机与感应电动机相比有何优缺点？ [答案见后] 6.13 凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式 [答案见后] 6.14 试述直流同步电抗X d、直轴瞬变电抗X′d、直轴超瞬变电抗X"d的物理意义和表达式，阻尼绕组对这些参数的影响？ [答案见后] 6.15 有一台三相汽轮发电机，P N＝25000kW，U N＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后），作单机运行。由试验测得它的同步电抗标么值为X*t＝2.13。电枢电 异步电机例题与解答 第三篇 异步电机例题 一、 填空 1. 如果感应电动机运行时转差率为s ，则电磁功率、机械功率和转子铜耗 之间的比例是 2::Cu m em p P P = 。 答 1：(1-s )：s 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于50HZ 的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为S ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 50HZ ，50HZ ，50S HZ ，50S HZ ， 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时S m = ,转子总电阻值约为 。 答 1， 21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率S = ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ? ,主磁通比，正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率50HZ ，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 0.02，1HZ ，720r /min ，2HZ 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率P 1与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为n 1，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与n 1反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法 有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为60HZ 的三相感应电动机，用在频率为50HZ 的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。 答 265??? ??，265?? ? ?? 11. 感应电动机最大转矩公式 =max T 。 答 []22111121 1)X X (R R f 4pU m '+++π 12. 一台三相异步电动机的额定功率N P 是指额定运行时的 功率，如果撤换其定子绕组，将每相匝数减小了，在电源电压不变的条件下，气隙中的每极磁通将 。 答 输出的机械功率，减小 第十一章三相交流同步发电机 在使用交流电制的船舶中，均采用三相交流同步发电机作为主电源设备。交流同步发电机是一种能量转换装置，它将原动装置发出的机械能转换成电能。根据原动机的形式，通常有中速柴油机发电机组，有的也配有转速较高的汽轮机发电机组。随着现代船舶的大型化，船用发电机的单机容量不断增大，船舶自动化程度大幅提高，对发电机运行的稳定性及可靠性提出了更高的要求。 4.1三相交流同步电机的构造与工作原理 4.1.1三相交流同步电机的构造 三相交流同步电机是由定子部分及转子部分组成。定子铁芯、转子铁芯和定转子间的气隙构成同步电机的磁路。以转子绕组形式分类，有旋转电枢式和旋转磁极式。对于高压、大容量的同步电机，通常采用旋转磁极式结构，即主磁极装设在转子上，电枢装设在定子上。由于励磁部分的容量和电压较电枢少得多，电刷和集电环的负载就大为减轻，工作条件得以改善。目前，旋转磁极式结构已经成为包括船舶发电机在内的中、大型同步电机的基本结构形式。 1 定子电枢构造： 定子电枢的同步电机，定子铁心是由硅钢片叠成。定子铁心槽内嵌放的三相对称绕组也是依次相差120空间电角度或120空间机械角度，其中p为极对数。三相绕组又称电枢绕组，电力发电机基本上都采用Ｙ联接。 定子结构由铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成，与异步电机定子基本相同。甚至相同机座号时，若与异步机互换定子，仍然可以运行。与异步电机的主要区别是尺寸方面，相同外形情况下，同步电机通常容量较大，而同步机的容量相对较小。从表面上看，同步机机壳表面较光，无散热片，而异步机表面带有散热槽。 2 转子： 旋转磁极式同步电机的转子有两种结构形式：一种有明显的磁极，成为凸极式，另一种转子为一个圆柱体，表面上开有槽，无明显的磁极，称为隐极式。而这两种转子绕组均时直流绕组，通以直流电流，产生恒定的磁极主磁通，并随原动机的运转而形成旋转磁动势。 同步发电机的转子可以采用凸极式和隐极式。由于水轮机、低速柴油机的转速较低（1000r/min及以下），通常把发电机的转子做成凸极式的；对于汽轮发电机，包括中高速柴油机发电机，由于转速较高（1500r/min乃至3000r/min以上），为了很好地固定励磁绕组，通常把发电机的转子做成隐极式的。无论是隐极式转子还是凸极式转子，其磁极均以N—S —N—S机顺序排放，励磁绕组的两个出线端分别接到固定的转轴上彼此绝缘的两个滑环上或旋转整流器的直流侧上，以产生磁极主磁通。对应的励磁供电可以通过固定的电刷装置与滑环的滑动接触将直流电流引入励磁绕组中，或通过自带的励磁机整流后向励磁绕组供电。 为了降低转子表面线速度，隐极式转子通常制成细长的圆柱体。隐极式转子的磁极一般为一对极或二对极。通常凸极式同步发电机的转子可制成一对极、二对极、三对极等，每个磁极上套放励磁绕组。 4.1.2三相交流同步电机的工作原理 当同步发电机的转子在原动机的拖动下达到同步转速n0时，由于转子绕组是由直流电流I f励磁，所以转子绕组在气隙中所建立的磁场相对于定子来说是一个与转子旋转方向相同、转速大小相等的旋转磁场。该磁场切割定子上开路的三相对称绕组，在三相对称绕组中产生三相对称空载感应电动势E0。若改变励磁电流的大小则可相应地改变感应电动势的大小，此时同步发电机处于空载运行。 当同步发电机带负载后，定子绕组构成闭合回路，产生定子电流，该电流是三相对称电 第五篇同步电机·第二十章概述·第一节同步电机的基本结构和额定值 1.转子本体与基波旋转磁场同速的电机称为同步机。对 2.转子本体与基波旋转磁场异速的电机称为同步机。错 3.实际应用的同步机多是转枢式。错 4.同步电机实际运行状态取决于定、转子磁场的相对位置。对 5. 无刷励磁需要刷-环机构。错 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第一节同步发电机的空载运行1. 空载电势又叫励磁电势。对 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第二节对称负载时的电枢反应 1.电枢反应改变的是主极磁场。对 2.内功因角是空载电势与电枢电流之间的夹角。对 3. 电枢反应与内功因角无关。错 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第三节隐极同步发电机的数学模型 1.计及饱和时，可以引入电枢反应电抗的概念。错 2. 不计饱和时，电枢反应电势可以写成负的电抗压降形式。对 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第四节凸极同步发电机的数学模型 1.计及饱和时，可以应用双反应理论。错 2.引入虚拟电势后，可以画出凸极同步发电机的等效电路。对 3.直轴同步电抗下雨交轴同步电抗。对 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第五节同步发电机的功率和转 矩 1.对同步发电机言，输入功率扣掉铁耗、机耗，剩下的就是电磁功率。对 2.对同步发电机言，电磁功率就是空载电势发出的电功率。对 3.对同步发电机言，空载转矩对应铁耗与机耗之和，电磁转矩对应电磁功率。对 4. 功率角既是空载电势与端电压之间的夹角，又近似地是主磁场与合成磁场之间的夹角。对 第五篇同步电机·第二十二章同步发电机的特性·第一节同步发电机的基本特性 1.空载特性反映了定子量与转子量之间的关系。错 2.短路特性不是直线。错 3. 零功率因数负载特性和空载特性之间相差一个特性三角形。对 第五篇同步电机·第二十二章同步发电机的特性·第二节同步发电机的参数测定 1.短路试验时磁路是饱和的。错 2.短路比反映了一定条件下短路电流的大小。对 3.短路比等于饱和直轴同步电抗的倒数。对 4.零功率因数特性的实测曲线要比理想曲线高。错 5. 坡梯漏抗比实际漏抗略大。对 第五篇同步电机·第二十二章同步发电机的特性·第三节同步发电机的运行特性 1.感性负载的调整特性是降低的。错 2.感性负载的外特性是升高的。错 3. 额定效率是同步发电机的性能指标之一。对、、 第五篇同步电机·第二十三章同步发电机的并联运行·第一节投入并联运行的条件和方法 第五章 三相异步电动机绕组 一、填空（每空1分） 1. 一台50HZ 的三相电机通以60 HZ 的三相对称电流，并保持电流有效值不变，此时三相基波合成旋转磁势的幅值大小 ，转速 ，极数 。 答：不变，变大，不变。 2. ★单相绕组的基波磁势是 ，它可以分解成大小 ，转向 ，转速 的两个旋转磁势。 答：脉振磁势，相等，相反，相等。 3. 有一个三相双层叠绕组，2p=4, Z 1=36, 支路数a=1，那么极距τ= 槽，每极每相槽数q= ，槽距角α= ，分布因数1d k = ，18y =，节距因数1p k = ,绕组因数1w k = 。 答：9，3，20°，，， 4. ★若消除相电势中ν次谐波，在采用短距方法中，节距1y = τ，ν 次谐波磁势在定子绕组中感应电势的频率是 。 答：1,νν -1f 5. ★三相对称绕组通过三相对称电流，顺时针相序（a-b-c-a ）,其中ia ＝１０Sin(wt)，当Ia=10A 时，三相基波合成磁势的幅值应位于 ；当Ia =-5A 时，其幅值位于 。 答：A 相绕组轴线处，B 相绕组轴线处。 6. ★将一台三相交流电机的三相绕组串联起来，通交流电，则合成磁势为 。 答：脉振磁势。 7. ★对称交流绕组通以正弦交流电时，υ次谐波磁势的转速为 。 答：1 n ν 8. 三相合成磁动势中的五次空间磁势谐波，在气隙空间以 基波旋转磁动势的转速旋转，转向与基波转向 ，在定子绕组中，感应电势的频率为 ，要消除它定子绕组节距1y = 。 答：1/5,相反，f 1,45τ 9. ★★设基波极距为τ，基波电势频率为f ，则同步电动机转子磁极磁场的3次谐波极距为 ； 在电枢绕组中所感应的电势频率为 ；如3次谐波相电势有效值为E 3，则线电势有效值为 ；同步电机三相电枢绕组中一相单独流过电流时，所产生的3次谐波磁势表达式为 。三相绕组流过对称三相电流时3次谐波磁势幅值为 。 答：3τ ，f,0,3F cos3cos x t φπωτ ,0 异步电机(感应电机)的工作原理是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流, 产生电磁转矩,转子中并不直接产生磁场.因此,转子的转速一定是小于同步速的(没有这个差值,即转差率,就没有转子感应电流),也因此叫做异步电机. 而同步电机转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或直流电流产生),定 子旋转磁场"拖着"转子磁场(转子)转动,因此转子的转速一定等于同步速,也因此 叫做同步电机. 作为电动机时,大部分是用异步机;发电机都是同步机。 同步电机和异步电机的区别 三相交流电通过一定结构的绕组时,要产生旋转磁场.在旋转磁场的作用下, 转子随旋转磁场旋转.如果转子的转速同旋转磁场的转速完全一致,就是同步电机;如果转子的转速小于磁场转速,也就是说两者不同步,就是异步电机.异步电机结 构简单,应用广泛.同步电机要求转子有固定的磁极(永磁或电磁),如交流发电机和 同步交流电动机. 电机的转速（定子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率， ns为磁场转速，n为转子转速。 基本原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对 称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。 (2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感 应电动势并产生感应电流。 （3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。 特点: 优点：结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便。 缺点：功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。 主要做电动机用，一般不做发电机！ 异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。 普通异步电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优 每相感应电势的有效值为 (15.2) ◆ 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 同步转速 ◆同步转速 从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： (15.3) ◆要使得发电机供给电网50Hz 的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min ，4极电机的同步转速为1500r/min ，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。 运行方式 ◆同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 ? 西安交通大学电机教研室 版权所有，侵权必究 2000.12? 水轮发电机 水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为1～2mm 的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形连接，如图15.4所示。 隐极式转子 隐极式转子上没有凸出的磁极，如图15.2b 所示。沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽，构成所谓大齿，是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现 N 极和 S 极。在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。大型高压同步电动机
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