电气基础知识100题教程.doc

1、同步发电机 （同步电机的“同步”是指什么? 答:“同步”是指定子磁场和转子磁场以相同的方向、相同的速度旋转。） 按照结构形式，同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。（特有，与直流电机、感应电机不同）前者的电枢装设在转子上，主磁极装设在定子上，这种结构在小型同步电机中得到一定的应用。对于高压、大型的同步电机，通常采用旋转磁极式结构。由于励磁部分的容量和电压常比电枢小得多，把主磁极装设在转子上，电刷和集电环的负载可大为减轻，工作条件得以改善，运行稳定、可靠。目前，旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构形式。 1）同步电机的基本结构（旋转磁极式、隐极） 转子是汽轮发电机很关键的部分，从机械应力和发热看是汽轮发电机最吃紧的部件。它既是电机磁路的主要组成部分，又高速旋转而承受很大的机械应力，所以材料既要求有好的导磁性能，又需要有很高的机械强度。所以转子一般用整块的具有良好导磁性的高强度合金钢锻成，转子表面约2/3部分铣有凹槽。用以嵌放励磁绕组，不开槽部分形成一个大齿，嵌线部分和大齿一起构成主磁极。槽内插有非磁性金属槽楔，端口套有高强度非磁性钢锻成的护环。护环的作用是保证绕组端口不会因离心力甩动而损坏。 2）同步电机的运行状态 若转子磁场超前于定子合成磁场δ0，则此时转子将受到一个与其旋转方向相反的制动性质的电磁转矩。为使转子能以同步速旋转，必须从轴上输入机械功率，电机作为发电机运行。 当δ=0时，此时电机内没有有功功率的转换电机处于补偿机状态，或空载状态。 当转子磁场滞后定子磁场，δ0，则此时转子上受到一个与转向相同的拖动性质的转矩。此时定子从电网吸收电功率，转子可拖动负载而输出机械功率，电机作为电动机运行。 3）同步电机的励磁 供给同步电机励磁的装置，称为励磁系统。获得励磁电流的方式称为励磁方式。为保证同步电机的正常运行，励磁系统应满足以下要求： （1）能稳定地提供同步电机从空载到满载到过载所需的励磁电流； （2）当电力系统发生故障使电网电压降低时，励磁系统能快速强行励磁以提高系统稳定性； （3）当同步机内发生短路故障时，应能快速灭磁。 目前采用的励磁系统可分为两类： （1）直流发电机励磁系统；（2）交流整流励磁系统 4）同步电机的空载运行 将发电机用原动机拖动，使转子达到同步速，励磁绕组通入直流励磁电流，电枢绕组开路时的情况，称为空载运行。空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋转磁场，并切割对称的定子三相绕组，于是定子绕组内将感生一组频率为f的对称三相电动势，称为激磁电动势，忽略高次谐波时，激磁电动势的有效值E0为 式中φ0为每极的主磁通量。 5）同步电机的电枢反应 电机带上负载后，电枢三相绕组中将流过三相电流，此时电枢绕组就会产生电枢磁动势及相应的电枢磁场，气隙内的合成磁场将由电枢磁动势和主极磁动势共同作用产生。电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化，这种影响称为电枢反应。 电枢反应的性质（增磁去磁或交磁），取决于电枢磁动势基波Fa和励磁磁动势基波Ff之间的相对位置。由于E0滞后Φ0（即Ff）900，而I与Fa相位相同。即电枢反应的性质与空载电动势E0和电枢电流I之间的夹角Ψ有关。Ψ称为内功率因数角，电枢反应的性质取决于Ψ，即负载的性质。 空载电动势E0和电枢电流Ia同相位时，电枢反应性质为交轴电枢反应。 空载电动势E0超前电枢电流Ia 90°时，电枢反应为直轴去磁电枢反应。 空载电动势E0滞后电枢电流Ia 90°时，电枢反应为直轴助磁电枢反应。 一般情况下的电枢反应既有交轴，还有直轴去磁/助磁电枢反应。 电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机---电能量转换的枢纽。（注意表中负载性质对电机的影响） 一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流的变化影响发电机的电压。为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。 综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机——电能量转换的关键。 5）同步电机方程 隐极同步发电机 同步发电机负载运行时，除了主极磁动势Ff之外，还有电枢磁动势Fa。如果不计磁饱和（即认为磁路是线性的，磁化曲线为直线），则可利用叠加原理，把Ff和Fa单独作用时所产生的磁通分别求出，再把它们的结果叠加起来。设Ff和Fa各自产生主磁通和电枢反应磁通，并在定子绕组内感应出相应的激磁电动势和电枢反应电动势，把和向量相加，可得电枢一相绕组的合成电动势（也成为气隙磁动势）。另一方面，电枢各相电流将产生电枢漏磁通，并感应出漏磁电动势。把作为负漏抗压降，有，其中为电枢漏