电机学学习指导 第六章同步电机 角是激磁电动势相量与端电压相量之间的夹角。 6-8同步发电机与大电网并联运行时,其功率因数由什么决定?单机运行时呢? 答:当同步发电机与大容量电网并联运行时,电网电压及频率可认为是常数。发电机的有功电流由 其输入转矩的大小决定;而无功电流则由励磁电流及其产生的激磁电动势决定。在一定的有功电流 下改变励磁电流可以调节发电机的功率因数:在一定的励磁电流下改变有功电流时也调节了发电机 的功率因数。故调节输入转矩或励磁电流都可以改变发电机的功率因数。 同步发电机单机运行时,其功率因数由负载性质所决定。若为纯电阻负载,功率因数为1:若 为纯电感或纯电容负载则功率因数为0:若为感性阻抗混合负载则为滞后功率因数;容性阻抗混合 负载则为超前功率因数。改变发电机励磁电流大小时,将影响发电机的电势、端电压及输出功率的 大小,但不影响功率因数;若改变频率(转速),将影响发电机的电势、同步电抗和负载电抗,因而 将影响功率因数 69以同步发电机为例,解释为什么V形曲线的最低点连线随輸出有功的增加向右上方偏移 答:V形曲线的最低点对应于“正常励磁”情况,此时功率因数为1,定子电流最小且与电压同相 由于P2= mUI cosφ,当电压与功率因数为常数时,输出有功功率正比于电流,前者增大必然使得后 者增大。由于电枢绕组本身的感性性质,此时电枢反应呈去磁性。电流越大,去磁效果越明显,因 此需要更多的励磁电流才能保持端电压不变。 6-10同步电动机在异步起动时,如果转子绕组形成闭合回路,为什么会产生单轴转矩? 答:在异步起动时,可将同步电动机看作一台定子三相、转子单相的感应电动机。定子旋转磁场在 转子绕组中产生感应电动势,如果转子绕组形成回路,在其中会流过电流,其频率为s/。转子电流 产生的频率为s的脉振磁场可分解为正、反转两个旋转磁场,它们相对于转子的转速为±sm3。其中 正转磁场相对于定子的旋转速度为n,与定子磁场相对静止,产生普通感应电动机的异步转矩;反 转磁场相对于定子的转速为(1-2s)mn,在定子绕组中感应出频率为(1-2的电流并建立相应的旋转磁 场,该磁场与转子反转磁场相对静止,从而产生另一个异步转矩。将转子绕组中流过电流后产生的 上述两个转矩合并在一起称为“单轴转矩”。 6-11同步电动机与感应电动机相比,有什么优缺点? 答:同步电动机与感应电动机相比,最突出的优点是其功率因数可根据需要在一定范围内调节。另 外,感应电动机的最大转矩与电压的平方成正比,而同步电动机在不考虑凸极效应时最大转矩与电 压成正比,因此在电网电压下降时,同步电动机的过载能力比同容量的感应电动机高。同步电动机 的主要缺点是:起动比较复杂,并需要直流励磁电源,结构也更复杂,制造成本和维护成本都更高。 6-12试推导凸极同步电机无功功率的功角特性。 g=mUI sino=mUI sin(vo-8)=mUI sino cos8-mUl cosy sin =mUl, cos8-mUl, sins IX=Usins Ixd=Eo-Ucosd电机学学习指导 第六章 同步电机 角是激磁电动势相量与端电压相量之间的夹角。 6-8 同步发电机与大电网并联运行时，其功率因数由什么决定？单机运行时呢？ 答：当同步发电机与大容量电网并联运行时，电网电压及频率可认为是常数。发电机的有功电流由 其输入转矩的大小决定；而无功电流则由励磁电流及其产生的激磁电动势决定。在一定的有功电流 下改变励磁电流可以调节发电机的功率因数；在一定的励磁电流下改变有功电流时也调节了发电机 的功率因数。故调节输入转矩或励磁电流都可以改变发电机的功率因数。 同步发电机单机运行时，其功率因数由负载性质所决定。若为纯电阻负载，功率因数为 1；若 为纯电感或纯电容负载则功率因数为 0；若为感性阻抗混合负载则为滞后功率因数；容性阻抗混合 负载则为超前功率因数。改变发电机励磁电流大小时，将影响发电机的电势、端电压及输出功率的 大小，但不影响功率因数；若改变频率（转速），将影响发电机的电势、同步电抗和负载电抗，因而 将影响功率因数。 6-9 以同步发电机为例，解释为什么 V 形曲线的最低点连线随输出有功的增加向右上方偏移？ 答：V 形曲线的最低点对应于“正常励磁”情况，此时功率因数为 1，定子电流最小且与电压同相。 由于 P2 = mUI cosϕ ，当电压与功率因数为常数时，输出有功功率正比于电流，前者增大必然使得后 者增大。由于电枢绕组本身的感性性质，此时电枢反应呈去磁性。电流越大，去磁效果越明显，因 此需要更多的励磁电流才能保持端电压不变。 6-10 同步电动机在异步起动时，如果转子绕组形成闭合回路，为什么会产生单轴转矩？ 答：在异步起动时，可将同步电动机看作一台定子三相、转子单相的感应电动机。定子旋转磁场在 转子绕组中产生感应电动势，如果转子绕组形成回路，在其中会流过电流，其频率为 sf1。转子电流 产生的频率为 sf1 的脉振磁场可分解为正、反转两个旋转磁场，它们相对于转子的转速为±sns。其中 正转磁场相对于定子的旋转速度为 ns，与定子磁场相对静止，产生普通感应电动机的异步转矩；反 转磁场相对于定子的转速为(1-2s)ns，在定子绕组中感应出频率为(1-2s)f1 的电流并建立相应的旋转磁 场，该磁场与转子反转磁场相对静止，从而产生另一个异步转矩。将转子绕组中流过电流后产生的 上述两个转矩合并在一起称为“单轴转矩”。 6-11 同步电动机与感应电动机相比，有什么优缺点？ 答：同步电动机与感应电动机相比，最突出的优点是其功率因数可根据需要在一定范围内调节。另 外，感应电动机的最大转矩与电压的平方成正比，而同步电动机在不考虑凸极效应时最大转矩与电 压成正比，因此在电网电压下降时，同步电动机的过载能力比同容量的感应电动机高。同步电动机 的主要缺点是：起动比较复杂，并需要直流励磁电源，结构也更复杂，制造成本和维护成本都更高。 6-12 试推导凸极同步电机无功功率的功角特性。 答：Q = mUI sinϕ = mUI sin( ) ψ 0 −δ = mUI sinψ 0 cosδ − mUI cosψ 0 sinδ = mUI d cosδ − mUI q sinδ ∵ I q Xq = U sinδ I d Xd = E0 −U cosδ -44-