第四章
4 .1 如果电源频率是可调的,当频率为50 Hz及40 Hz时,六极同步电动机的转速各 是多少? 解: n=n1=
60f160?50?1000r/min; 六极同步电动机P=3,当f1=50HZ时,n?3p60?40?800r/min 3 当f1=40HZ时,n?
4 . 2 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中是否存在感应电动势?在起动过程中 是否存在感应电动势?为什么?
答: 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中不存在感应电动势。正常运行时转子的转
速等于定子旋转磁场的转速,转子励磁绕组与定子旋转磁场之间没有相对切割运动,所以
转子励磁绕组中不会产生感应电动势。在起动过程中转子励磁绕组中存在感应电动势,因为
起动时转子的转速低于定子旋转磁场的转速,转子励磁绕组与定子旋转磁场之间有相对
切割运动,所以转子励磁绕组中会产生感应电动势。
4 . 3 为什么异步电动机不能以同步转速运行而同步电动机能以同步转速运行?
答: 若异步电动机以同步转速运行,则转子的转速等于定子旋转磁场的转速,两者之间没有
相对切割运动,在转子绕组中不会产生感应电动势,没有电流,没有电磁转矩,异步电动机不
能运行,所以异步电动机不能以同步转速运行。
同步电动机的定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场,而转子励磁绕组通入直流电产生
恒定磁场,只有当转子转速等于同步转速时,同步电动机才能产生固定方向的电磁转矩,从而
带动负载运行;如果转子转速不等于同步转速,则产生的电磁转矩的方向是交变的,时而是顺
时针方向,时而是逆时针方向,平均电磁转矩为零,所以同步电动机只能以同步转速运行。
?和电枢电流I?分解为直轴和交轴两个分4 . 4 为什么要把凸极同步电动机的电枢磁动势Fa量?
答: 凸极同步电动机结构上的特点是转子具有明显突出的磁极,使得定、转子之间的气隙是
不均匀的,这给分析工作带来困难。为便于分析,在转子上放置垂直的两根轴,即直轴和交轴,
直轴与转子轴线重合,交轴与转子轴线垂直,这样使得沿直轴或交轴方向的磁路是对称的,同
时由于直轴与交轴互相垂直,计算直轴方向的磁通时不必考虑交轴磁动势的影响,同样,计算
交轴方向的磁通时也不必考虑直轴磁动势的影响,可使计算工作简化,所以常把凸极同步电动
?和电枢电流I?分解为直轴和交轴两个分量。 机的电枢磁动势Fa
4 . 5 何谓直轴同步电抗Xd?何谓交轴同步电抗Xq?Xd和Xq相比哪个大一些?
答: 直轴同步电抗Xd是表示同步电动机定子电流的直轴分量Id在定子绕组中产生感应电动势大小的电抗,交轴同步电抗Xq是表示定子电流的交轴分量Iq在定子绕组中产生感应电动势大小的电抗,Xd和Xq相比,Xd大。
4 . 6 何谓同步电动机的功角?怎样用功角?来描述同步电动机是运行在电动机状态还 是运行在发电机状态?
?与励磁磁动势在定子绕组中产生的感应电动势E?之间的 解: 同步电动机外接电源电压U0?超前E?,同步电动机运行在电动机状态; 相角?称为同步电动机的功角。功角?为正，表明U0?滞后E?,同步电动机运行在发电机状态。 功角?为负，表明U0
4 . 7 什么是同步电动机的功角特性?同步电动机在什么功角范围内才能稳定运行?
答: 同步电动机的电磁功率PM随功角?的变化规律PM?f(?)称为同步电动机的功角 特性。当0
4 . 8 隐极同步电动机的过载倍数?m=2 ,在额定负载运行时,电动机的功角为多大?
解: 隐极同步电动机的矩角特性为
T=
003E0Usin?
?1XC0当?=90时,T=Tm=
3E0U
?1XC3E0Usin?N ?1Xc设同步电动机带额定负载TL?TN时的功角为?N,则有TN??m?Tm11??2sin?N??N=300
2TNsin?N
4 . 9 为什么同步电动机经常工作在过励状态?
答: 同步电动机的的功率因素随励磁电流的大小而变化:正常励磁时功率因素等于1;
过励状态时,励磁电流大于正常励磁,定子电流在相位上超前电源电压,同步电动机相当于
一个电阻电容性负责,可以改善电网的功率因素,所以同步电动机经常工作在过励状态。
4 .10 一台三相六极同步电动机的数据为:额定功率PN = 250 kW ,额定电压UN = 380 V ,额定功率因数cos?N=0 .8 ,额定效率?N=90 %,定子每相电阻R1=0. 025 Ω,定子 绕组为星形联结。试求:
( 1 )额定运行时定子输入的功率P1 ;
( 2 )额定电流IN;
( 3 )额定运行时电磁功率PM; ( 4 )额定电磁转矩TN。
解: ( 1 )额定运行时定子输入的功率P1=
PN?N?250?277.8KW 0.9( 2 )PUNINcos?NIN?1=3P13UNcos?N?277.8?1033?380?0.8?527.6A
2( 3 )PM=P.8?3?527.62?0.025?10?3 1-Pcu1=P1?3INR1?277
=277.8-20.87=256.923 KW
PMPM60?256.923?103( 4 )TN=???2453N.m
?12?n1/602?3.1416?1000
4 . 11 一台隐极同步电动机,额定电压UN=6 000 V ,额定电流IN =72 A ,额定功率因 数cos?N=0. 8 (超前),定子绕组为星形联结,同步电抗XC=50 Ω,忽略定子电阻R1。当 这台电动机在额定运行时,且功率因数cos?N=0 . 8 (超前)时,试求: ( 1 )空载电动势E0 ; ( 2 )功角?N; ( 3 )电磁功率PM; ( 4 )过载倍数?m。
解: ( 1 )cos?N=0. 8?N?3652? 忽略电阻的隐极同步电动机的电压平衡方程式为
0??E??jI?X 其相量图如题4.11图,由题4.11图可知jXI?超前I?900,所 U0cc