武汉大学电气考研复试必备电机学(下)_期末A(答案)

武汉大学电气工程学院2011—2012学年第一学期期末考试试题《电机学》（下）姓名学号专业：电气工程及其自动化班号_____一、填空题(每题5分，共40分1．同步发电机电枢反应的性质取决于电枢磁动势基波Fa与励磁磁动势基波Ff1的空间相对位置，这一相对位置仅与励磁电动势和电枢电流之间的相位差有关，当为一任意锐角，用双反应理论分析电枢反应磁通a和电枢反应磁动势aF两个矢量是否同相?由于凸极电机交、直轴磁路不对称，直轴气隙小、交轴气隙大，因此直轴磁路的磁阻小于交轴磁路的磁阻。根据磁路的欧姆定律，磁通等于磁动势除以磁阻，因此adadaqaqFF，故φa与Fa不同相a与它所感应的电动势aE是否还相差90？由于Ead∝φad，Ead∝φad，因此Ea滞后于φa90°。2、水轮发电机要用阻尼绕组，而汽轮发电机却可以不用，原因是水轮机一般为凸极结构，为使转子产生异步转矩，即能异步启动，加阻尼绕组；汽轮发电机采用隐极转子结构，转子由整块钢锻造而成，在电机不对称运行以及动态运行过程中，整块转子感应的涡流能够起到水轮发电机(采用凸极结构)的阻尼绕组电流的作用，因此汽轮发电机可以不用阻尼绕组。3、同步发电机的外功率因数决定于电机的负荷性质，内功率因数角决定于电机的负荷性质及电机参数，功角决定于电机的输入功率或励磁电流大小。4、同步发电机并列的方法有两种：一种是准确同步法，另一种是自同步法。两种方法的根本差异是并网前先加激磁的为准确同步法，后加激磁的为自同步法。5、同步发电机定子突然短路电流中周期性分量之所以要衰减的原因是绕组实际存在电阻，导致非周期分量衰减，与之对应的另外一侧绕组中的周期分量要随之衰减，其非周期性分量衰减的原因是由于定子绕组本身的电阻引起。6、同步发电机的气隙越大，则dX越小、cK增加、U越小，电机制造成本增高，以及静态稳定性能变好。7、试比较他励和并励直流发电机电压变化率的大小:并励直流发电机电压变化率更大，其原因为并励发电机的励磁电流If随端电压U的下降而下降，从而导致每极磁通减小，感应电势和电压进一步减小。8、直流电机电枢电动势的表达式为naeEC，电磁转矩的表达式为emTaTCI；直流电动机电磁转矩的性质为拖动转矩；两个电机常数之间满足CE/CT=3.1415/30关系。A二、计算题和问答题（60分）1、（8分）为什么从空载特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？并说明如何测定直轴不饱和电抗值？答：凸极同步发电机的电动势方程为0dqadqEUIRjIXjIX，三相短路时0U，由于发电机的电枢电阻远小于同步电抗，短路电流可以认为是纯感性的，即90，0qI，dII，0dddEjIXjIX。所以由空载特性测出0E和短路特性测出I可求出直轴同步电抗dX。由于短路情况下的电枢磁动势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁动势，使气隙合成磁动势很小，对应的气隙合成磁通很小，电机磁路处于不饱和状态，这时求出的是dX的不饱和值。由于0qI，不能从空载和短路特性求出qX。2、（8分）画出凸极同步发电机失去励磁时的电动势相量图，并推导其功角特性，此时θ代表什么意义？答：忽略电枢电阻，凸极同步发电机失去励磁时的电压方程式为0dqdqUjIXjIX，向量图如图所示。功角特性推导如下：22coscos()(coscossinsin)cossinsincoscossin11()sin(2)2emqdqdqdPPmUImUImUImUImUIUUmUmUXXmUXX由于aUE，aE滞后于a90°，a与aB重合，因此，此时θ为电枢磁场aB与转子直轴之间的夹角。3、（12分）有一台三相1500kW水轮发电机，额定电压为6300V，Y形连接，额定功率因数cos0.8N（滞后），已知参数21.2dX，13.7qX，电枢电阻可略去不计，试绘出相量图并计算发电机在额定运行状态时的励磁电动势。解1：2cos21.173NNNNNNUUZPI,1ddNxxZ，0.646qqNxxZ10.646(9036.87)1.48120.43QqEUjIx则20.4357.3N。将参考向量改为QE，则有120.430.9370.349Uj，sin0.84290dIj，cos0.54qI则**00.9370.3490.8420.540.6461.78ddqqEUjIxjIxjj故0063001.786474.4V33NUEE解2：171.8A3cosNNPIU，/33637VNUU，0sin36370.6171.813.757.32cos36370.8qUIXU，57.3236.8720.450sin171.80.84144.6dII，0cos36370.937144.621.26473.32VddEUIX4、（12分）一台汽轮发电机，额定功率因数cos0.8N（滞后），*1.0tX，电枢电阻可以忽略不计，额定负载时的励磁电动势*01.789E，该发电机并联在额定电压的无穷大电网上，不考虑磁路饱和程度的影响，若保持额定运行时的励磁电流不变，当输出有功功率减半时，求定子电流标幺值*I和功率因数cos各等于多少？解：额定运行时，由cos0.8()N滞后得=36.87N，sin0.6N****sin1110.6arctanarctan63.4310.8cosNtNNNIXUU63.4336.8726.56NNN励磁电动势***0cossin1cos26.5611sin63.431.789NNNtNEUIX输出功率***coscos0.8NNNNNPUI保持额定功率运行时励磁电流不变，**00NEE不变，输出有功功率减半时，电磁功率减半，即**10.8/20.42emNPP根据功角特性，***0*sinemtEUPX，此时的功率角为11sinsinsin26.560.223722N，12.92，22*2*00()2costIXUEUE2*2*00222cos11.789211.789cos12.9210.844tUEUEIX功率因数*2*0.4cos0.4740.844PI(滞后)5、（10分）有一台凸极同步电动机接到无穷大电网，电动机的端电压为额定电压，*0.8dX，*0.5qX，额定负载时电动机的功率角25N，额定负载时的励磁电动势*01.334E，计算时定子电阻和所有的损耗忽略不计，试求：（1）求在额定励磁电动势下电动机的过载能力；（2）转子失去励磁时，求电动机的最大输出功率（标幺值）。解：(1)额定励磁电动势情况下的功角特性为***2*0*111.3341111sinsin(2)sinsin(2)20.820.50.81.6675sin0.375sin(2)emdqdEUUPXXX额定电磁功率：*1.6675sin0.375sin(2)1.6675sin250.375sin(225)0.992emNNNP令*1.6675cos0.75cos(2)0emdPd，有效解69.9，由此得到最大电磁功率为：*max1.6675sin69.90.375sin(269.9)1.808emP过载能力*max*1.8081.8230.992emMemNPkP(2)转子失去励磁，即00E时，当45时，电动机的输出功率最大。*2*max**111110.375220.50.8emqdUPXX6、（10分）有一台他激直流电动机，40NPkW，220NUV，210NIA，0.078aR，1000/minNnr。试求额定状态下：①输入功率1P和总损耗p；②铜耗Cuap和电磁功率emP；③额定电磁转矩、输出转矩和空载转矩。解：(1)输入功率122021046200WNNPUI总损耗1246200400006200WpPP(2)铜耗：222100.0783439.8WCuaaapIR电磁功率1462003439.842760.2WemCuaPPP(3)额定电磁转矩/42760.230/(1000)408.33NmememTP输出转矩22/4000030/(1000)381.97NmTP空载转矩0022/()/26.36NmememTpPPTT