同步发电机习题二 一、填空题 1、我国生产的72500千瓦的水轮发电机，其转速为125转／分，那么，极对数p=__________________(24) 2、三相同步发电机带有纯电感负载时，如不计电枢电阻的作用，则电枢反应作用是_________________(直轴去磁) 3、装在用户附近的一台调相机，在负载比较小的夜间为改善长线末端的电压应使调相机处于 状态。（欠励） 4、调节同步发电机励磁电流就能改变发电机输出的________ 。（无功功率） 5、同步发电机用暗灯法并联合闸，当频率不等时所出现的现象___________ 。（三相灯出现同时暗，同时亮的交替变化现象） 9．同步发电机内功率因数角ψ=90时的电枢反应为________________。_(直轴去磁) 10、同步发电机用暗灯法并联合闸，当电压不等时所出现的现象 ___________ 。（一个相灯没有绝对熄灭的时侯，在最亮和最暗范围内闪烁） 11．同步发电机处于“欠励磁”状态时发出无功的性质为___________.（容性） 12．并联于无限大电网的运行的同步发电机，要改变有功功率输出，只需调节______________________.（原动机的转速） 13．同步发电机气隙增大，其同步电抗将 。（减小） 14．同步发电机内功率因数角ψ=0时的电枢反应为________ 。（交轴电枢反应） 15、同步发电机在过励时从电网吸收 容性无功功率 ，产生 直轴去磁的电枢反应 电枢反应 16、同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；是 和 空间夹角。（电动势和电压；励磁磁动势和气隙磁动势） 17．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 2q d mU 11()sin22X X δ-Ω 18、一台并网运行的同步发电机，按发电机惯例，已知原运行点的功率因数是超前的，则电机运行在______励状态，此时电机从电网吸收_____性质的无功功率；若不调节原动机输出而将励磁电流单方向调大，则电机可变化到_____励状态，此时电机向电网发出_______无功功率。（欠励，感性，过励，感性） 19、同步发电机按转子结构分，有 , ；按原动机类型分，主要有 , ；（凸极式和隐极式；汽轮层峦叠嶂电机和水轮发电机） 20、同步电机空载运行指仅有_____________输出，________________输出为零(无功功率输出，有功功率) 二、单项选择题
三相同步发电机的运行特性
一、实验目的 1.掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因素负载特性的实验求取法 2.学会用试验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳态参数 二、实验参数 实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以直流电动机作为原动机，带动同步电动机转动，配置常规仪表进行实验参数进行测量，本次同步发电机运行试验，仅采用常规控制方式。 同步发电机的参数如下 额定功率2kw 额定电压400v 额定电流 3.6A 额定功率因素0.8 接法Y 三、实验原理 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 ◆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 ◆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： ◆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。
14-1水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？ 14-2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？ 14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？ 14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz电网上，转速为150r/min的水轮发电机的极数为多少？ 14-5 一台三相同步发电机S N=10kV A，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N和额定运行时的发出的有功功率P N和无功功率Q N。 14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？ 14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？ 14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？ 14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？ 答案： 14-3 2p=40 14-4 I N=14.43A，P N=8kW，Q N=6 kvar
15-1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每相的值？ 15-2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响：（1）铁心饱和程度增加；（2）气隙增大；（3）电枢绕组匝数增加；（4）励磁绕组匝数增加。 15-9 (1) * 0E =2.236， (2) *I =0.78（补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) *0E =1.771, 0E =10.74kV ， 4.18=θ 15-11 0 2.2846E * =, 013.85kv E =，32.63θ= 15-12 012534.88v E =，57.42ψ=，387.61A d I =，247.7A q I = 16-1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降到0.5n 1则短路特性，测量结果有何变化？ 16-2 什么叫短路比，它与什么因素有关？ 16-3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘd 非和Kc 的方法。 16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组Y 接法，额定容量S N =7500kV A ，额定电压U N =6300V ，额定功率因数cos φN =0.8（滞后），频率f =50Hz 。由实验测得如下数据： 空载实验 短路实验测得N k I I =时，A 208fk =I ，零功率因数实验I =I N ，U =U N 时测得A 433fN0=I 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性求出X σ和I fa ；（3）额定运行情况下的I fN 和u ?。 16-5 一台15000kV A 的2极三相Y 联接汽轮发电机， kV 5.10N =U ，8.0cos N =?（滞 09.2*** （2）额定负载时的励磁电流标么值。
实验实训报告 院系：机电工程学院 班级：电气工程及其自动化1班 姓名：郑栋梁 学号：2018014846 课程：电机与拖动 实验室名称：
图 6-1 同步电动机实验接线原理图 合 分 直流机励磁电源 a b c 合 分 + - W W V2 A4 A2 M ～ G — 外接电阻盒 320Ω/400W V3 V1 直流接触器 A3 A1 + - 合 分 + - 实验负荷箱 同步机励磁电源 实验实训老师： 张岩 实验实训地点： 实验实训日期： 2020年6月4日 实验实训题目： 三相同步电动机 一、实验目的 掌握三相同步电动机的异步起动方法，测取三相同步电动机的V 型曲线及工作特性。 二、主要仪器设备 三相调压器、实验工作台、三相同步电动机、直流发电机、实验负荷箱。 三、 实验内容与步骤 1. 实验内容 （1）同步电动机的异步起动； （2）同步电动机的V 型曲线，即在U =U N ，f =f N ，输出功率 P 2=常数的条件下， 测取定子电流与励磁电流的关系曲线I =f (I f )。 2. 实验步骤 1) 同步电机异步起动 （1） 参照实验图 6-1正确接线。 （2） 同步电机异步起动前，先检查同步电动机励磁绕组是否已与外接 调压器
的电阻盒（400W/320 欧）连接好（合上直流接触器）。 （3）将三相调压器置输出电压为零的位置，然后按下三相调压器的“合闸”按钮，慢慢增加调压器的输出电压，电机转动时注意观察电机的转向是否符合电机规定的旋转方向。随着三相电压的升高，电机转速增加，定子电流也会上升，当外加电压升高到一定值时，电机定子电流在达到最大值后会回落，在电机转速升到额定转速附近时（此时外加电压约为250V），定子电流已从较大值减小到很小。按下同步机励磁电源“合闸”按钮。 （4）断开励磁绕组的外接电阻盒（断开直流接触器），再按下DL-II 微机型电机励磁电源机箱面板上的“启动”按下，面板上的“合闸”指示灯将会点亮，点击“增加电压”按钮给转转子绕组加入励磁电流，电机牵入同步。 （5）调节电源电压至额定值（即调节调压器的输出电压到380V），同时调节同步机励磁电流，使定子电流达到最小值。这时同步电机异步起动即告结束。 2)V形曲线测定 （1）测量P2=0时的V形曲线 同步电动机运行在空载状态下，U=UN，f=fN，P2=0（直流发电机空载运行，且不加励磁），增大同步电动机励磁电流，使定子电流增加到额定值（3.5A）为止记录数据，然后慢慢减小励磁电流，直到定子电流达到其最小值（此点数据必须记录），再继续减小励磁电流，定子电流又上升，但必须注意定子电流不要超过其额定值。在过励与欠励情况下各测取5~6 组数据，记录在表6-1 中。 （2）测量P2=0.5P N时的V形曲线 接着上述实验，接通实验负荷箱中的四组负荷，通过调节直流发电机的励磁电流来改变直流发电机的负荷大小，使同步电动机输出功率P2=0.5PN，保持此功率不变，将测量数据记录在表格6-2中。 增大同步电动机励磁电流，使定子电流增加到额定值（3.5A）为止，记录数据，然后慢慢减小励磁电流，直到定子电流达到其最小值（此点数据必须记录）再继续减小励磁电流，定子电流又上升，但必须注意定子电流不变超过其额定值。 在过励与它励情况下各测取5～6组数据，记录在表6-2中。
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 1 X 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 >>>>；
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
三相同步电动机 一、实验目的 1、掌握三相同步电动机的异步起动方法。 2、掌握三相同步电动机的异步起动控制线路。 二、预习要点 1、三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。 2、三相异步电动机控制线路的设计 三、实验项目 1、三相同步电动机的异步起动。 2、三相同步电机励磁绕组电阻的选择。 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D33、D32、D34-3、D41、D52、D51、D31 1、三相同步电动机的异步起动
图1-1 三相同步电动机实验接线图
1)按图1-1接线。其中R的阻值为同步电动机ＭＳ励磁绕组电阻的10倍(约 选用D41上90Ω串联90Ω加上90Ω并联90Ω)，选用D41上90Ω固定电阻。R f 90Ω共225Ω阻值。MS为DJ16(Y接法，额定电压U N=220V)。 2)用导线把功率表电流线圈短接，开关S闭合于励磁电源一侧(图5-5中为上端)，励磁电源为15V直流。 3)把开关S闭合于R电阻一侧(图5-5中为下端)。 4)选择接触器控制开关S先闭合电阻R,延时一秒后，闭合励磁电源。 5)当转速接近同步转速1500r/min时，把开关S迅速从下端切换到上端让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行，异步起动同步电动机的整个起动过程完毕。 6) 把功率表、交流电流表短接线拆掉，使仪表正常工作。 五、实验报告 1、绘出三相同步电机起动控制线路图。 六、思考题 同步电动机异步起动时先把同步电动机的励磁绕组经一可调电阻R 构成回路，这可调电阻的阻值调节在同步电动机的励磁绕组电阻值的10倍，这电阻在起动过程中的作用是什么？
同步电机 一、填空题: 1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于 __________________________。 电枢磁动势;励磁磁动势;内功率因数角ψ 2. 同步发电机当?=0°时,除产生____________________电枢反应外,还产生__________________________ 电枢反应。 交轴电枢反应;直轴去磁电枢反应 3. 利用同步发电机的_____________与_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗,利用______ ______与_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性;短路特性;空载特性;零功率因数负载特性 4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗与交轴同步电抗。 转差法 5. 同步发电机与电网并联运行的条件就 是:(1) ;(2) ;(3) ;(4) 。 发电机的频率等于电网的频率;发电机的电压幅值等于电网电压的幅值且波形一致;发电机的电压相序 与电网的电压相序相同;在合闸时,发电机的电压相位与电网电压的相位一样 6. ★同步电机的功率角θ有双重物理含义,在时间上就是 与 之间的夹角;在空间上就是 与 之间的夹角。 励磁电动势0E &;电压U &;励磁磁动势1 f F &;等效合成磁动势F δ'& 7. 同步发电机静态稳定的判据就是___________,隐极同步发电机静态稳定极限对应的功率角 θ= 。 0dT d θ >,90? 8. 同步发电机并联在无穷大容量电网上运行时,要调节输出的有功功率,必须调节___________________ ________;如果只调节其输出的无功功率,可通过调节______________实现。 原动机的输入功率(或输入转矩);励磁(电流) 9. 一台并联在无穷大容量电网上运行的同步发电机,功率因数就是超前的,则电机运行在______状态,此时 发电机向电网发出__________的无功功率;若不调节原动机的输入功率而使励磁电流单方向调大,当发 出的无功功率为零时,励磁状态为 状态;进一步增大励磁电流,电机变化到_____状态,此 时发电机向电网发出_______无功功率。 欠励;超前(或容性);正常励磁;过励;滞后(或感性) 10. 凸极同步发电机功角特性的表达式就是_________________________________________。 20sin sin 22d q M d d q X X E U P m mU X X X θθ-=+ 11. ★凸极同步发电机与电网并联,如将发电机励磁电流减为零,则发电机电磁转矩为 。
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： 闭卷 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
一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2)
图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如 U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中为电流上升至稳态值倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短 ,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方
第六章 同步电机的稳态分析 6-4 同步发电机电枢反应的性质取决于什么？交轴和直轴电枢反应对同步发电 机的运行有何影响？ 答：同步发电机电枢反应的性质取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置，即激磁电 动势0? E 和负载电流? I 之间的相角差0ψ。交轴电枢反应产生交轴电枢磁动势，与产生电磁转矩及能量转换直接相关；直轴电枢反应产生直轴电枢磁动势，起到增磁或者去磁的作用，与电机的无功功率和功率因数的超前或滞后相关。 6-6 为什么分析凸极同步电机时要用双反应理论？凸极同步发电机负载运行 时，若0ψ既不等于 0，又不等于 90，问电枢磁场的基波与电枢磁动势的基波在空间是否同相，为什么（不计磁饱和）？ 答：因为凸极电机的气隙不均匀，分析时需用双反应理论。当负载运行时，若0ψ既不等于 0，又不等于 90，电枢磁场的基波与电枢磁动势的基波在空间的相位不同，因为交、直轴的磁路不同，相同大小的磁势产生的磁通不同，如右图。 6-8 有一台70000KV A ，60000KW ，13.8KV ，(星形联结)的三相水轮发电机， 交直轴同步电抗的标幺值分别为,7.0,0.1==* *q d x x 试求额定负载时发电机的激磁电动势*0E (不计磁饱和与定子电阻)。 解：额定功率因数7 6 cos == N N N S P ? ，∴ 31=N ? 设 01∠=* ?U ，则 31 1-∠=* ?I 8.23486.17.03101∠=?-∠+∠=?+=* * ?*?*?j x I j U E q Q ∴ 8.23=N δ 8.548.23310=+=+=N N δ?ψ ) (sin )(00*********-?+=-+=q d Q q d d Q x x I E x x I E E ψ 731.1)7.00.1(8.54sin 486.1=-+= 6-15 有一台* d x =0.8， .0=*q x 5 的凸极同步发电机与电网并联运行，已知发电机 1 aq ad F ad B 1aq
题目 1：永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真 一．实验目的 1．加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理 2．掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法 二．实验要求： 1.永磁同步电机双闭环控制系统建模 2.电流控制器设计 3.电流环动态跟随性能仿真实验 4.转速控制器设计 5.转速环抗负载扰动性能仿真实验 6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论 三．预习内容 注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索 Simulink的启动在MATLAB中键入>>Simulink，进入Simulink library，2014 版本的可直接点击MATLAB界面上的 Simulink library，在Simulink界面上选择 File->New->Model 。如图 1 所示： 图 1 Simulink界面 在 Simulink一级标题下点击source 将 step( 阶跃函数 ) 拖入空白文件作为
转速给定，也可用两个ramp 函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图2： 图2 转速给定 在 Simulink一级标题下点击Ports & Subsystems 选择Subsystem 放入空白文件并双击，删除In1 和 Out1 的连线，如图 3： 图3 子函数模块 选择 Simulink>Continuous下的integrator、Simulink>discontinuous下的 Saturation、Simulink>math operation下的gain和Add，连好线后保存并返回，作为 PI 调节器，其中 saturation可设置上下限为100和-100，如图4：
同步电机 一、填空题： 1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于__________________________。 电枢磁动势；励磁磁动势；内功率因数角ψ 2. 同步发电机当?=0°时，除产生____________________电枢反应外，还产生__________________________电枢反应。 交轴电枢反应；直轴去磁电枢反应 3. 利用同步发电机的_____________和_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗，利用______ ______和_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性；短路特性；空载特性；零功率因数负载特性 4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。 转差法 5. 同步发电机与电网并联运行的条件是：（1） ； （2） ； （3） ； （4） 。 发电机的频率等于电网的频率；发电机的电压幅值等于电网电压的幅值且波形一致；发电机的电压相序与电网的电压相序相同；在合闸时，发电机的电压相位与电网电压的相位一样 6. ★同步电机的功率角有双重物理含义，在时间上是 和 之间的夹角；在空间上是 和 之间的夹角。 励磁电动势0E &；电压U &；励磁磁动势1 f F &；等效合成磁动势F δ'& 7. 同步发电机静态稳定的判据是___________，隐极同步发电机静态稳定极限对应的功率角= 。 0dT d θ>，90 8. 同步发电机并联在无穷大容量电网上运行时，要调节输出的有功功率，必须调节___________________ ________；如果只调节其输出的无功功率，可通过调节______________实现。 原动机的输入功率（或输入转矩）；励磁（电流） 9. 一台并联在无穷大容量电网上运行的同步发电机，功率因数是超前的，则电机运行在______状态，此时发电机向电网发出__________的无功功率；若不调节原动机的输入功率而使励磁电流单方向调大，当发出的无功功率为零时，励磁状态为 状态；进一步增大励磁电流，电机变化到_____状态，此时发电机向电网发出_______无功功率。 欠励；超前（或容性）；正常励磁；过励；滞后（或感性） 10. 凸极同步发电机功角特性的表达式是_________________________________________。 20sin sin 22d q M d d q X X E U P m mU X X X θθ-=+ 11. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，则发电机电磁转矩为 。
重庆大学 电机学（1） 课堂测验五 2011~2012学年 第一学期 考试方式： 闭卷 测验日期：2011.12.30 测验时间： 45 分钟 一、 单项选择题（每小题2分，共20分） 1．凸极同步发电机的电抗大小排列顺序为 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 >>>>。 2．当同步发电机的负载减少时，其转速和功率角的变化情况是 C 。 A ．转速不变，功率角增加； B ．转速下降，功率角下降； C ．转速不变，功率角下降； D ．转速增加，功率角增加。 3．三相同步发电机稳定运行，外接纯电阻性负载，则该电机的电枢反应性质为 D 。 A ．交轴电枢反应； B ．直轴去磁电枢反应； C ．直轴增磁与交轴电枢反应； D ．直轴去磁与交轴电枢反应。 4．保持同步发电机的激磁电流不变，增加其有功功率的输出，则激磁电动势将 B 。 A ．变大； B ．不变； C ．变小； D ．无法确定。 5．凸极同步发电机带感性负载运行，电枢绕组感应的电动势由 D 产生。 A ．转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同； B ．转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同； C ．交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同； D ．转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同。 6．一台并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变，减小励磁电流，发现其电枢电流减小，则发动机原来的运行状态为 A 。 A ．过励； B ．正常励磁； C ．欠励； D ．无法确定。 7．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。 8．已知一台隐极同步发电机额定运行时的功率因数为0.8(滞后)，定子电流直轴分量与交轴分量之比为2.8，则该发电机的过载能力最接近于 C 。 A ．1.6； B ．1.7； C ．1.8； D ．1.9。 9．一台同步发电机在额定负载时增加励磁电流，则 A 。 A ．电磁功率不变，功率角下降； B ．电磁功率下降，功率角下降； C ．电磁功率增加，功率角增加； D ．电磁功率不变，功率角增加。 10．同步电动机带某一负载运行时功率因数为1，在不改变励磁电流的情况下撤去负载，则此时该电机的电枢电流为 B 。 A ．0； B ．容性电流； C ．感性电流； D ．纯有功电流。 二、 填空题（每空1分，共20分） 1．同步发电机并网的条件是：(1) 发电机的相序与电网的相序要一致 ；(2) 发电机的频率应与电网相同 ；(3) 发电机的激磁电动势应与电网电压大小相等、相位相同、波形相同 。 2．同步发电机在过励时向电网发出 滞后 无功功率，产生 直轴去磁 电枢反应；同步电动机在过励时从电网吸收 超前 无功功率，产生直轴增磁电枢反应。(超前或滞后；直轴去磁或增磁) 3．同步电机功率角的物理意义在时间上为 励磁电动势与电压夹角 ；在空间上为 主极轴线与气隙合成磁场轴线夹角 。 4．在不考虑磁路饱和的情况下，如增加转速，则同步发电机空载电压 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%，则同步发电机的空载电压 不变 。(减小、不变或增加) 5．一台同步电动机拖动一恒转矩负载，额定运行时的功率因数为0.8(超前)，在其他条件不变的情况下增大励磁电流，则带来以下变化：电机的电枢电流 增大 ，电磁转矩 不变 ，激磁电动势 增大 ，功率因数 减小 。(减小、不变或增加) 6．某公司电力设备的总功率为6000kW ，cos φ=0.75(滞后)。由于发展需要增添一台1500kW 的同步电动机，并使系统的功率因数提高到0.8(滞后)，则该同步电动机 吸收 (吸收或发出)的无功功率为 333.5 kVar ；功率因数为 0.9798 ；容量为 1531 kV A 。 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
。 + 。- I f 。 。 + - . 电机学实验报告 实验五 三相同步发电机并网运行 班级： 姓名： 学号： 同组成员： 实验时间： 实验地点： 一、实验目的 1．掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。 2．掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。 二、实验内容 1．用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。 2．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。 (1) 测取输出功率等于零时三相同步发电机的 V 形曲线。 (2) 测取输出功率等于 0.5 倍额定功率时三相同步发电机的 V 形曲线。 三、实验接线图 1．图 5-1 三相同步发电机与电网并联运行接线图 电 枢 电 源 S1 V A M ˉ A1 A2 G ~ B1 B2 A A B C . V . * * * W . W * A A A A B1 R f1 B2 励磁电源 并车开关 1 3 2 T 三 相 交 流 电 源 . V A 0 B 0 断 开 C 0 A g B g 闭 C g 合 四、实验设备 1. T 三相感应调压器 2. G 同步发电机 P N =2kW U N =400V I N = 3.61A I fN =3.6A n N =1500r/min 3. M 直流电动机 P N =2.2kW U N =220V I N =12.4A U fN =220V n N =1500r/min
4.变阻器励磁变阻器Rf10/500Ω1A 5.并车开关 6.直流电流表30A(电枢) 7.直流电流表4A(励磁) 8.直流电压表400V 9.交流电压表500V 10.交流电流表10A 11.功率表 五、实验数据记录 1．P2≈0时无功功率调节实验数据 2．P2=0.5PN时无功功率调节实验数据 六、计算及问题分析 1.根据实验操作过程，简要说明发电机与电网并联运行时无功功率调节的方法。 在保持同步发电机的有功功率不变的情况下，调节同步发电机的励磁电流 I f，改变了功率因数角，调节电机的无功功率输出。在励磁电流变化的过程中，在励磁电流取某一值的时候，定子电流会出现一个最小值，这时功率因数角为
实验二：同步发电机综合实验 三相同步发电机并网运行 一、 实验目的 1、学习三相同步发电机投入并网运行的方法。 2、测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。 3、研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。 4、测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。 二、 实验原理 1. 同步发电机的并网运行 发电机与电网是否符合下列条件： a 、双方应有相同的相序； b 、双方应有相同的电压； c 、双方应有相同或接近相同的频率； d 、双方应有相同的电压初相位。 在实际并网中，这些条件并不要求完全达到，只要在一定的 误差范围之内就可以进行并网，比如转速（频率）相差约??（2%～5%）。 总之，在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。 2. 同步发电机的静态稳定性 发电机输出的电磁功率与功角的关系为： 静态稳定的条件用数学表达为0>??δM P ,我们称δ ??M P 为比整步功率,又称为整补功率系数,其大小可以说明发电机维护同步运行的能力，既说明静态稳定的程度，用P ss 表示。
δ角越小，P ss 数值越大，发电机越稳定。由δ d dP E 和P E 可知，当δ小于90°时，δ d dP E 为正值，在这个范围内发电机的运行是稳定的，但当δ愈接近90°，其值愈小，稳定的程度越低。当δ等于90°时，是稳定和不稳定的分界点，称为静态稳定极限。在所讨论的简单系统情况下，静态稳定极限所对应的功角正好与最大功率或称功率极限的功角一致。对应的o 90=δ时达到静态稳定功率极限。为了安全可靠，极限功率应该比额定功率大一定的倍数，即发电机的额定运行点都远低于稳定极限，以保持有足够的静稳定储备。P em 与P en 之比称为静过载能力K m ，即： 一般要求K m >1.7，也可以说发电机带额定有功负荷运行时静态稳定储备应该在70% 以上，因此额定功角n δ一般应该是30°左右。 三、 实验线路 四、 实验结果及分析 a 、 在短路器断开的情况下，测出电网和发电机的电压波形，找到并联条件满 足的点，确定并网的时间，进行并网实验，测试并网时的冲击电流； 实验参数： 图1：励磁电流图2：相位 实验结果： 图3：电网与发电机的电压波形图4：调整后的电网与发电机电压波形 图5：并网时间图6：冲击电流波形 b 、 调整发电机的运行条件，分别在初相位不同和电压幅值不同时，进行并网 实验，测试并网时的冲击电流 实验参数： 图7：相位不同，幅值相同图8：并网时间 实验结果：
第二章交流电机练习 一、判断题（对的打√，错的打×） 1、三相异步电动机不管其转速如何改变，定子绕组上的电压、电流的频率及转子绕组中电势、电流的频率总是固定不变的。（×） 2、交流电动机由于通入的是交流电，因此它的转速也是不断变化的，而直流电动机则其转速是恒定不变的。（×） 3、单相电机一般需借用电容分相方能起动，起动后电容可要可不要。（√） 4、异步电机转子的转速永远小于旋转磁场的转速。（×） 5、三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路保护。（×） 6、转差率S是分析异步电动机运行性能的一个重要参数，当电动机转速越快时，则对应的转差率也就越大。（×） 7、三相异步电动机在起动时，由于某种原因，定子的一相绕组断路，电动机还能起动，但是电动机处于很危险的状态，电动机很容易烧坏。（√） 8、异步是指转子转速与磁场转速存在差异。（√） 9、三相异步电动机为交流电机，同步电机为直流电机。（×） 10、正在运行的三相异步电动机突然一相断路，电动机会停下来。（×） 二、填空题 1、笼型异步电机的降压起动方法有：定子绕组串自耦变压器（电阻、电抗）、星三角、延边三角形的降压起动。 2、三相同步电动机所带的负载越轻，转子转速不变。同步电动机的常用启动方法是异步起动，同步运行。 3、电机转子转速和旋转磁场的转速的差称为转差。当三相异步电动机的转差率S=1时，电动机处于停止状态，当S趋近于零时，电动机处于同步状态。 4、三相异步电动机的调速方法有：改变电源频率调速、改变转差率调速、改变极对数调速。 5、反接制动时，当电机接近于转速为零时，应及时退出反接制动防止电机反转。 6、三相异步电动机的制动方法列举出三种方法：反馈制动、能耗制动、反接制动。 7、三相异步电动机进行变极调速时，将定子绕组串联时，磁极对数大（大或小），电动机可