过o、A作直线，与KC延长线交于T点。
从图13-15中得
_CT
Xd饱和值=■-—
入$或In
此法比由开路及短路特性求取同步电抗的饱和
值更接近实际情况。
4）用转差法求Xd、Xq的不饱和值。
将同步电机拖到接近同步转速（转差率小于0.01）,转子励磁绕组开路。
用示波器同时拍摄电枢电压和电枢电流的波形。
得
Xd=Umax/I
min
Xq二Umin/Imax
7-11有一台三相同步发电机严=2500KW,Un=10.5KV,y接法，c°s'n=°.8
（滞后），作单机运行，已知同步电抗Xs=7.52门，电枢电阻不计.每相的励磁电势
E0=7520V.
求下列几种负载下的电枢电流，并说明电枢反应的性质。
（1）相值为7.52。
的三相平衡纯电阻负载；
（2）相值为7.52“的三相平衡纯电感负载
相值为7.52-j7.52门的三相平衡电阻电容负载.
（3）相值为15.04的三相平衡纯电容负载
解
（1）
jXs+Zl
j7.527.52
，为交轴与直轴去磁电枢反应;
l=E0二
7520.00
-500A/-900
，为直轴去磁电枢反应；
（2）
jxs+ZL
j7.52j7.52
E0-
7520.00
.0
_1000A.90，为直轴助磁电枢反应；
（3）
jxS+zL
j7.52j15.04
（4）
0
I
（4）
Eo
Eo
7520/0°
1000A.00
jXs，Zlj7.52T.52」7.52，为交轴电枢反应;
7520.00
7-12有一台三相凸极同步发电机，电枢绕组丫接法，每相额定电压Un=230V，额定相电流In=9.06A，额定功率因数cos，n=0.8（滞后），已知该机运行于额定状态，每相励磁电势行Eo=410V，内功率因数角匸二60，不计电阻压降.试求：
1d，1q，Xd,Xq各为多/少?
Xs=«「?
300V=2.32。
解同步电抗3I3572A
7-15三相同步发电机投入并联时应满足哪些条件？
怎样检查发电机是否已经满足并网条件，如不满足某一条件，并网时，会发生什么现象？
答并网运行的条件是：
（1）待并网发电机的电压与电网电压大小相等；
（2）待并网发电机的电压相位与电网电压相位相同；
（3）待并网发电机的频率与电网频率相等；
（4）待并网发电机电压相序与电网电压相序一致。
若不满足这些条件：
检查发电机是否已经满足并网条件，电压的大小可以用电压表来测量，频率及相序则可以通过同步指示器来确定。
最简单的同步指示器由三个同步指示灯组成，有灯光熄灭法和灯
光旋转法。
条件
（1）和条件
（2）不满足，发电机在并网瞬间会产生巨大的瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形；
条件（3）不满足，发电机在并网时会产生拍振电流，在转轴上产生时正、时负的转矩，使电机振动，同时冲击电流会使电枢绕组端部受冲击力而变形；
条件（4）不满足的发电机绝对不允许并网，因为此时发电机电压和电网电压恒差120°,
它将产生巨大的冲击电流而危及发电机，不可能使发电机牵入同步。
7-16功角在时间上及空间上各表示什么含义？
功角改变时，有功功率如何变化？
无功功率会不会变化，为什么？
答功角在时间上及空间上各表示为：
时间相位角：
发电机空载电动势E°与端电压U之间的相位角为功角&
空间相位角：
S可近似认为是主磁极轴线与气隙合成磁场轴线之间的夹角。
而对无功功率，由Q=mUI引口「,从同步发
从功角特性可知，当电网电压和频率不变，发电机励磁电流不变，在稳定运行范围内，当功角增大时，有功功率增加。
电机相量图可得
可知，当功角增大时，发电机向电网送出的无功功率减小。
也可从向量图看，如上图所示，"2'“疋01二E°2，Ia2Iai,但Ir21r1，因而向电网
送出的无功功率减小。
7-17并网运行时，同步发电机的功率因数由什么因素决定？
答并网运行时，同步发电机的功率因数由同步发电机的励磁电流的大小或励磁状态决定的。
当励磁电流较小，同步发电机处于欠励磁状态时，同步发电机的功率因数小于1,超
前；当励磁电流较大，同步发电机处于过励磁状态时，同步发电机的功率因数小于1,滞后；
同步发电机处于正常励磁状态时，同步发电机的功率因数等于1。
7-18为什么V形曲线的最低点随有功功率增大而向右偏移？
答V形曲线的最低点对应于正常励磁情况，此时cos「=1，定子电流最小且与定子电压同相位。
因Pm=3UICOS’，当电压为常数、COS「=1时，Pm尤I，随着Pm的增加，|必将增大，根据电动势平衡方程式E0二U•jlXs,l增大时，E0也增大，所需的励磁电流将会增加，故V形曲线最低点会随有功功率增大而向右偏移。
7-19一台凸极三相同步发电机，U=400V，每相空载电势E。
=37CV，定子绕组丫接法，每相直轴同步电抗Xd=3.51，交轴同步电抗X2.4。
该电机并网运行，试求：
0
（1）额定功角;'N=24时，输向电网的有功功率是多少？
（2）能向电网输送的最大电磁功率是多少？
（3）过载能力为多大？
（1）额定功角时，输向电网的有功功率
PM二PN二SncosN二75000.8二6000kW
..FMXs.600^10^1.6—
N=arcsinarcsin29.3
3UE03（3150/..3）3598
或由、；NJ-：
N求出（略）。
（2）不调节励磁，则E0不变，由
Pm=3UE0si^=1P^13U：
E0sin：
N
sin29.30）=14.20
=1180/62.10A
Xs22Xs，得
1"1arcsin（-sin、n）=arcsin（
E0-U=359814.2°-3150/3
jX
j1.60
.cos=cos62.1°=0.468
7-22有一台三相凸极同步发电机并网运行，额定数据为:
Sn=8750KVA,Un=11KV，定子绕组丫接法，COS=0.8（滞后），同步电抗
（1）额定运行状态时，发电机的功角
相励磁电势Eo；
（2）最大电磁功率Pmmax。
7-23怎样使得同步电机从发电机运行方式过渡到电动机运行方式？
其功角、电流、电磁转矩如何变化？
答当原动机向同步电机输入机械功率时为发电机运行，此时转子磁极轴线超前合成磁
场轴线一个§角度，如图15-1（a），电磁转矩与转子转向相反，是一个制动转矩。
如果逐渐
减少原动机的输出机械功率，从功率平衡观点来看，发电机所产生的电磁功率也减少，功角：
逐渐变小。
如果发电机所产生的电磁功率为零，则6=0,如图15-1（b）,电磁转矩便为零。
这是从同步发电机过度到电动机运行的临界状态。
a）b）c）
图15-1同步电机的运行方式
a）发电机运行b）理想空载c）电动机运行
如果将原动机从同步电机上脱离，电机本身轴承磨擦等阻力转矩和负载转矩的作用，转子开始减速，使得转子磁极轴线滞后于合成磁场轴线■■:
角度，如图15-1（c）。
此时电磁转矩的方向与转子转向一致，是一个拖动转矩，于是同步电机就成为电动机运行了。
设发电机运行时其功角、电流、电磁转矩为正，则电动机运行时其功角、电流的有功分量、电磁转矩为负。
7-24增加或减少同步电动机的励磁电流时，对电机内的磁场产生什么效应？
答当同步电动机处于过励磁状态时，电枢磁势对电机内的磁场起去磁的作用，增加或减少同步电动机的励磁电流时，电枢磁势对电机内的磁场去磁的作用增强或减弱。
当同步电动机处于欠励磁状态时，电枢磁势对电机内的磁场起助磁的作用，增加或减少同步电动机的励磁电流时，电枢磁势对电机内的磁场助磁的作用减弱或增强。
7-25比较同步电动机与异步电动机的优缺点。
答相对于异步电动机，同步电动机的最大优点是功率因数可以根据需要在一定的范围内进行调节，当电网电压下降时，同步电动机的过载能力的减低不像感应电机那样显著。
但同步电动机也有缺点：
起动比较复杂，要有直流励磁电源，结构复杂，价格较贵。
7-26为什么起动过程中，同步转矩的平均值为零？
答因为在起动过程中，由于定、转子磁场之间的相互作用，倾向于使转子逆时针方向旋转。
但由于惯性的影响，转子上受到作用力以后并不马上转动。
在转子还来不及转动以前，定子磁场已转过180°，此时定、转子磁场之间的相互作用，倾向于使转子顺时针方向旋转。
因此，转子上所受到同步转矩为交变转矩，其平均转矩为零，同步电动机不能起动。
7-27一台三相凸极丫接同步电动机，额定线电压Un二6000V，频率fN二50HZ，额定转速nN二300rmin，额定电流丨n=WA，额定功率因数c°S®二°.8（超前），同步电抗Xd=642\Xq二4。
.8"，不计电阻压降。
试求：
（1）额定负载时的励磁电势E。
；
P
T=9550M=9550
n300
7-28某企业电源电压为6000V，内部使用了多台异步电动机，其总输出功率为1500KW，平均效率70%，功率因数为0.8（滞后），企业新增一台400KW设备，计划采用运行于过励状态的同步电动机拖动，补偿企业的功率因数到1（不计同步电动机本身损耗）。
试求：
（1）同步电动机的容量为多大?
（2）同步电动机的功率因数为多少?
解：
（1）变电所原提供的无功容量
Q=$sin"二f2"島'吋=1607kVar
为补偿功率因数到1,应使同步电动机的无功容量Q=1607kVar
则同步电动机的额定容量为400KW，因不计同步电动机本身损耗，则pN=Pn，
视在容量为
Sn=JpN2+Qn2=J4002十16072=1656kVA
（2）同步电动机的功率因数为
coSP^P1^=-40^=0.2415
Sn1656
7-29某厂变电所的容量为2000KVA，变电所本身的负荷为1200kW，功率因数
COS：
：
二0.65（滞后）。
今该厂欲添一同步电动机，额定数据为：
Pn=500KW，cos—0.8（超前），效率口n=95%，。
问当同步电动机额定运行时，全厂功率因数是多少？
变电所是否过载？
解：
变电所原提供的无功容量
_R•苗P;2茁1200^：
小“2,,
Q1=sin%=p1—cos®=汉*1-0.65=1403kVar
cos1cos10.65
加入同步电动机后，同步电动机提供的无功容量
PN.500kW-
Qt=sin甲=火0.6=395kVar
Ncos0.950.8
加入同步电动机后，变电所需提供的无功容量
Q2二Qi-Qt=（1403-395）kVar=1008kVar加入同步电动机后，变电所需提供的有功容量
p500
F2N=（1200）kW=1726kW
n0.95
加入同步电动机后，全厂功率因数
P21726°”
COn少2=~^r"="壬=0.86
Jp2乜2J17262+10082
加入同步电动机后，变电所的视在容量为
S2=JP22+Q22=J17262+10082kVA=1999kVAc2000kVA，变电所不过载。
7-30同步发电机，各相序电抗为X••".871，XL=0.219，X沧=0.069，
计算其单相稳态短路电流为三相稳态短路电流的多少倍？
I卑3=——=——1——=0.534I*k1/1工3=1.39=2.6
X却1.871，0.534
XdXq
—2—，而
7-31为什么负序电抗比正序电抗小？
而零序电抗又比负序电抗小?
x二
答正序电抗X.=Xd，负序电抗-
1Xq=X/11
-一-
XadXFbXz（y
1''
X_q=X厉+—11~=Xq
XaqXp，其值很小。
由于各相零序电流所建立的磁势在时间上同相位、在空间相隔120电角度，在空气隙中三
相合成基波磁势为零，零序电流通过三相绕组时，只产生漏磁通，因此零序电抗的大小大体
上等于定子绕组的漏电抗，即X00
所以，负序电抗比正序电抗小，而零序电抗又比负序电抗小。
7-32同步发电机发生突然短路时，短路电流中为什么会出非周期分量？
什么情况下非周期性分量最大？
答如果忽略定子绕组的电阻，定子绕组为闭合的超导回路，当同步发电机发生突然短路时，若定子绕组磁链的初始值为'"0不为零，而‘0又按正弦规则作周期性变化，那么回路中的电流除了有一个正弦变化的电流分量来抵消外磁场变动的影响外，它还将产生一个直流分量来保持回路磁链初值不变。
当短路瞬间定子某相绕组的磁通达到最大值时，则该相绕组短路电流中的非周期性分量最大。
Fr"
7-33比较同步发电机各种电抗的大小：
Xd,Xd,Xd,Xq,Xq,Xq
答同步发电机的各种电抗都是绕组磁通对电路作用的等效量，在绕组匝数一定、频率
一定情况下，电抗值的大小与相关磁路的磁阻成反比。
在瞬态短路参数中，分超瞬态和瞬态两种，它们都是对应于转子感应电流对定子电枢反应磁场的反作用而存在的等效电抗。
超瞬态电抗决定于阻尼绕组和励磁绕组感应电流对电枢反应磁通的排挤作用，瞬态电抗决定于励磁绕组感应电流对电枢反应磁通的排挤作用。
定、转子的这种耦合关系与变压器相似。
超瞬态电抗相当于电枢反应电抗上并以阻尼绕组的漏抗和励磁绕组的漏抗构成，瞬态电抗相当于电枢反应电抗上并以励磁绕组的漏抗构成，
1
Xd=X「Xad,Xq=XqXaq,Xd=X二〔〔
无阻尼绕组时:
有阻尼绕组时:
XadXu
这样，若是隐极机：
Xd:
:
Xd:
:
Xd
11
Xd=X,Xq=X_
d111‘q、-11
+++
XadXf；-Xd；-XaqXq；_
若为凸极机：
X「：
Xq\X「：
Xq=Xq：
：
：
Xd
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