MissU001 / 发电机 / 电机知识问答

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电机知识问答

2012-10-16  MissU001

1、试比较同步电动机内功率因数角Ψ和外功率因数角ψ之差异
   答:Ψ为^E0和^I之间夹角,它与负载性质和电机内部阻抗有关;而ψ为^U和^I之间夹角,只与负载性质有关。
2、什么叫同步电抗?它对同步发电机运行性能有何影响?
   答:漏抗与电枢反应电抗之和叫同步电抗。
   它对同步发电机运行性能的影响如下:
 (1) 影响端电压大小。
 (2) 影响稳态短路电流的大小。
 (3) 在无穷大电网运行时,影响静态稳定性能。
3、同步发电机功率极限取决于什么?如何提高?
   答:以隐极同步发电机为例,功率极限为:Pemmax=m*E0*U/Xt
         
   因电网电压U=C,故其功率极限取决于空载电动势E0(If)和同步电抗Xt。
   提高方法:①运行中可增加励磁电流(既增大空载电动势E0);
  ②在设计制造时可减小同步电抗(既增大气隙等)。
4、凸极同步电机中,为什么直轴电枢反应电抗Xad大于交轴电枢反应电抗Xaq?
   答: 在凸极电机中沿电枢圆周的气隙是很不均匀的,分析其电枢反应时,要用双反应理论,即 把 电枢反应磁动势分解成垂直和平行于电动势^E0的两个分量~Fad和~Faq,它们分别产生直轴电枢反应磁通ψad和交轴电枢反应磁通ψaq,相应的电流也分解成两个分量。因此        或 Ead=IdXad  Xd=Ead/Id   Id∝Fad∝ψad∝Ead 或 Eaq=IqXaq  Xq=Eaq/Iq   Iq∝Faq∝ψaq∝Eaq,由于直轴磁路的磁导比交轴磁路的磁导要大得多,同样大小的电流产生的磁通和相应的电动势也大的多,所以电抗Xd>Xq。 
5.什么是同步电机的功角特性?θ角有什么意义?
  答: 当电网电压U和频率f恒定,参数Xd和Xq为常数、励磁电动势E0不变时,同步电机的电磁功率只决定于^E0 与^U 的夹角 θ,θ称为功率角,Pem=f(θ)为同步电机的功角特性。
由于电机的漏阻抗远小于同步电抗,从空间上看,功率角θ可近似认为时主磁极轴线与气隙合成磁场轴线之间的夹角;从时间上,功率角θ为励磁电动势E0与电压U之间的夹角。
6.什么叫同步电机电枢反应?同步发电机电枢反应的性质是由什么决定的?
  答:同步电机带对称负载时,电枢磁场基波对励磁磁动势基波的影响叫电枢反应。
电枢反应的性质取决于内功率因数角Ψ,而Ψ角既与负载性质有关,又与发电机本身的参数有关。
电枢磁动势的基波与励磁磁动势同转速、同转向,在空间上始终保持相对静止的关系,但电枢反应的性质取决于这两个磁动势幅值的相对位置,而这一位置与励磁电动势 E0和电枢电流Ia    之间的相位差,即角度Ψ有关,Ψ角又决定于负载的性质。当E0与I同相时,Ψ=0,电枢反应为交轴电枢反应,交轴电枢反应使气隙合成磁场幅值增加,而其轴线从主极轴线逆转子转向后移一个锐角。当I滞后E090度时,电枢反应为直轴电枢反应,其性质完全是去磁的。当I超前E090度时,也为直轴电枢反应,其性质完全是助磁的。一般情况下,0<Ψ<90度,此时的电枢反应兼有直轴去磁作用和交磁作用。  
7、同步发电机与电网并联运行的条件是什么?
   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;
8、与无穷大电网并联运行的同步发电机过励状态时发出什么性质的无功功率? 欠励运行时发出什么性质的无功功率?
   过励磁:cosψ滞后状态  对应励磁电流If’>If  ;
   欠励磁:cosψ超前状态。对应励磁电流If’<If   。
由于电网功率因数一般为滞后状态,并且发电机过励状态下运行时,静态稳定性好,故发电机一般处于过励磁运行状态。
调节励磁电流即可调节无功功率的大小。
在过励状态下运行比欠励状态下运行的同步发电机静态稳定性能好。
由Km=3E0U/Xt知,Km∝Kc。,显然,过励状态下运行的E0,较欠励大(过励状态下的励磁电流 If较欠励大)所以过励运行稳定性好(或根据Km正比1/sinδ分析,过励时的δ较欠磁小)。、   
9、试述直轴和交轴同步电抗的意义?
   答 在凸极同步电机中,由于气隙不均匀为了计算方便,将电枢磁动势Fa分解为Fad和Faq,分别除以直轴磁阻和交轴磁阻,可得到ψad和ψaq,它们分别在定子绕组感应电动势Ead和Eaq,写成电抗压降形式,即 ^Ead=-j^IdXad   Eaq=-j^IqXaq
 Xad和Xaq分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗,它们分别反映出上述直轴和交轴电枢反应磁通的强弱。
  直轴同步电抗为   Xd= Xad+Xσ
  交轴同步电抗为   Xq= Xaq+Xσ
10、保持转子励磁电流不变,定子电流I=IN,发电机转速一定,试根据电枢反
应概念,比较:(1)空载;(2)带电阻负载;(3)带电感负载;(4)带电容负
载时发电机端电压的大小?为保持端电压为额定值,应如何调节?
    答:(1)空载时,端电压为空载电动势,即UN=E0;
(2)和(3)情况下,电枢反应有直轴去磁作用,端电压将下降,低于空载电动势,但带纯感性负载(参看上题等效电路),内功率因数角ψ=90度,而带纯电阻负载时的ψ更接近0度,故纯感性负载时的电枢反应直轴去磁作用更强,端电压下降得更多;
(4)种情况由于负载的容抗大于发电机的同步电抗,使内功率因数角ψ<0度,  接近-90度,所以电枢反应的性质为直轴助磁,使端电压上升,即U>E0;
综上所述,电压从大到小的顺序为:U4>U1>U2>U3。
欲保持端电压为额定值,当U> UN时,应减小励磁电流;当U< UN时,应增加励磁电流。
11、同步发电机的功角θ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 与端电压 之间的相位角为功角θ。
空间相位角:θ是感应空载电动势主磁通 的主磁极轴线和产生端电压的定子等效假想合成磁通 的磁极轴线之间的夹角。
12、 试比较Ψ、ψ、θ这三个角的含义,同步发电机空载、负载运行各状态分别与哪个角有关?角的正、负又如何?
    答:ψ是端电压 ^U与电枢电流^I 之间相位角,^I 滞后 ^U 时, ψ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;
θ是空载电动势^E0 与端电压^U 之间的相位角, ^U滞后^E0时,θ为正;;
(1)与ψ 有关,当 ψ>0度滞后,ψ <0度超前
(2)与 ψ有关,当 ψ>0度过励,ψ <0度欠励
(3)与Ψ有关,当Ψ=0度交磁,Ψ=90度直轴去磁,Ψ=-90度直轴助磁
(4)与θ有关,θ>0度发电机,θ<0度电动机。
13、试比较下列情况下同步发电机的静态稳定性能。
 (1)短路比大和短路比小时;(2)过励和欠励时;(3)轻载和重载时。
   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。

14、一台同步发电机单独供给一对称负载,且发电机转速保持不变,问定子电流功率因数由什么决定?当与无穷大容量电网并联运行时,定子电流的功率因数又由什么决定?

    答:同步发电机单独供给一对称负载时,其功率因数是由负载的性质(阻抗)决定,既由负载所需的有功功率和无功功率决定。当发电机并与无穷大电网运行时,发电机与负载不发生直接联系,发电机向电网输送有功功率和无功功率,而负载由电网取得有功功率和无功功率,这时只要所有发电机送向电网的功率与所有负载由电网取得的功率保持平衡,就能维持电网频率和电压不变。因此并在无穷大电网运行的发电机,其功率因数就由该台发电机本身所发生的有功功率(取决于原动机的输出功率)和无功功率(取决于励磁电流)决定,因此,此时发电机定子电流的功率因数由原动机的输出功率因数由原动机的输出功率和发电机的励磁电流决定。
15.并励电动机和串励电动机的机械特性有何不同?为什么电车和电力机车都采用串励电动机?
   答:并励电动机的机械特性表达式n=U/Ceψ-RaMem/CeCtψ^2=n0-KMem.当忽略电枢反应时,磁通  为不随负载变化的常数,      是一条略下倾的直线,转速随负载增加而略有下降。如果电车和电力机车使用这种电动机,那么当电车载重或上坡时电机将过载较多。串励电动机的机械特性表达式      ,其中  。串励电动机的励磁电流等于电枢电流,磁路不饱和时   为一常数    磁路高度饱和时  基本不变  与  成反比,而    并励电动机的机械特性是一条转速随  增加而迅速下降的直线。当电车载重或上坡时,电动机的转速会自动下降,使得  增加不多,因而点击输入功率增加不像并励电动机那样快,所以电车和电力机车通常采用串励电动机拖动。
16.直流发电机和直流电动机的电枢反应有哪些共同点?有哪些主要区别?
   答:共同点:1.电刷在几何中性线时均产生交轴电枢反应,其结果(1)均使磁场发生畸变,物理中性线偏移(但偏移方向不同)
      (2)去磁(磁场饱和的话),使气隙磁场削弱。
17.电刷不在几何中性线时,除产生交轴电枢反应外,还产生直轴电枢反应,其结果是去磁还是助磁,这与发电机还是电动机以及电刷偏移的方向有关。
不同点:
1.交轴电枢反应使磁场发生畸变,物理中性线偏移,对发电机顺向偏移,电动机逆向偏移。
2.直轴电枢反应
              电刷顺向偏移     电刷逆向偏移
     发电机       去磁             助磁
     电动机       助磁             去磁
18:同步电机的运行原理:发电机由原动机拖动到同步转速转子测通入直流励磁电流,建立历次磁场,该磁场随着转子旋转,与钉子侧有相对运动,定子测就会产生感应电动势,在定子测接上负载就会有电流的产生,从而实现了能量的转换。
19:并励直流发电机建立电压的条件:(1)电机铁心中有一定的剩磁。如果电机中没有剩磁或磁过小可采用其他直流电源按他励的方式充磁(2)主磁极绕组与电枢绕组并联的正确性。即使得励磁电流产生的磁场与剩磁磁场的极性一致。如果极性不正确,可以改换励磁绕组的极性或电枢绕组的极性,也可以改变电枢的转向。(3)励磁回路的电阻总要小于规定转速下的临界电阻,这是电压稳定建立的必要条件。
20:为何实验测得的零功率因数负载特性曲线比由特性三角形与空载特性推到出来的低???
答:由于电枢磁动势的去磁作用使得带零功率因数负载时与空载时相比产生同样大小的气隙电动势,负载时需要的励磁电流比空载时要高,主磁极的漏磁通也要大一些,主磁极的铁心饱和程度比空载时要高,磁路的磁阻有所加大,因此在气隙合成磁动势相同的情况下负载时产生的气隙磁通以及电动势比空载时的要小,所以......

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