本科习题解答12.doc

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1、0第12章习题解答（Page238~241）本章内容包括同步发电机并网运行的条件与方法、同步发电机的功角特性、并网后的有功和无功调节、同步电动机和调相机等。由于电力系统是同步发电机并网形成的，因此，本章内容既是整个《电机学》课程的核心，又是电力系统的基础，必须认真掌握。12-1同步发电机与电网理想并联的条件是什么？如果任一个条件不满足，会产生什么后果？采取什么措施才能令该条件满足？【解】理想并网条件是，待并网电机端电压与电网端电压的大小、频率、相位、相序相同。如果任何一个条件不满足，则电机将出现电流冲击，具体看：若电压

2、大小不同，则稳定后电机将发出无功功率；若相位不同，则并网后总是趋于二者相位一致，这种现象被称为“自整步作用”；若频率不同，则当频率相差不大时，电机会被电网“牵入同步”，频率相差大则电机始终处于过渡过程，电流一直很大，有烧毁的危险；若相序不同，则绝对禁止并联。用调节励磁电流方法可以电压大小相同条件得到满足；调节原动机转速可以使频率相同条件得到满足；交换发电机任意两个出线端可以使相序相同条件得到满足；相位相同条件可以在频率略有不同的前提下，通过相位指示器（如灯光、同步表等）来确定相位何时相同。12-2什么是“无限大”电网？

3、并联在该电网上的同步发电机会受到什么约束？【解】单台同步发电机的容量远小于电网总装机容量，这样的电网就称为“无限大”电网。并在该电网上的同步发电机，其输出端电压的大小和频率将受到电网约束而保持不变。12-3功率角在时间和空间上各有什么物理意义？并联运行的同步发电机其电磁功率与功角有什么关系？如果是单台电机运行，电磁功率与功角关系会改变吗？单机与并联运行二者有何不同？（以隐极机为例）【解】物理意义是：功率角是时间相量励磁电动势超前于电压的时间相位差；功率角是空间相量主极基波励磁磁动势引前与定子等效合成磁动势的空间相位差。

4、对并网运行的同步发电机，电磁功率与功角之间的关系为隐极机：凸极机：无功分别为；单机运行与电网并联运行时功角特性表达式相同，但是表达式中各物理量表现不同。单机运行条件下，端电压随励磁大小改变，功率因数随负载性质而定，如果没有速度稳定装置，输入功率改变时电机转速也会改变，这样端电压和功率因数同时受到影响；并网运行时，端电压保持不变，而功率因数由励磁电流与输入功率共同决定。12-4一台与电网并联运行的同步发电机，只输出有功功率，无功功率输出为零，作出其时时空相量图，并说明此发电机电枢反应性质。【解】由于同步发电机只输出有功功

5、率、输出无功功率为零，它的功率因数或，即电压与电流相位相同，为此可设为参考相量，电枢磁动势与电流在同一方向，假设按隐极机来画相量图，则根据电压方程，可以得到空载电动势，它由主磁通产生并滞后，由励磁磁动势产生且二者相位一致，于是可在前位置画出，与合成得到气隙磁动势，从而得到右图所示的时空相量图。12-5并网的同步发电机，当保持励磁电流不变，改变其有功输出时，它输出的无功功率如何改变？若保持有功输出不变，改变励磁电流，其功率角是否改变？如何改变？请用相量图说明之（以隐极机为例，不计电枢电阻）。【解】根据隐极机相量图，并考虑

6、到电网电压U和同步电抗恒定，当同步发电机并网运行时：若励磁电流保持不变，则励磁电动势的大小就保持不变，故端点轨迹是以相量起点为圆心、其大小为半径的圆，当改变其有功输出时，它输出的无功功率按相反趋势改变，即当有功输出增加时，由图可见增加、减小，所以无功输出减小。应该指出，的端点轨迹也是一个圆，证明如下：假定以为参考相量且作为x轴，所以可设、，、，则即，所以的端点轨迹是以点（0，）为圆心，为半径的圆。如果保持有功输出不变，即常数、常数，所以和的端点轨迹都是一条直线。改变励磁电流时，功率角将发生改变，由图可见，当励磁电流增大

7、时，功率角将减小；当励磁电流减小时，功率角将增大。12-6以纯电感为负载，做零功率因数负载试验，做到、、时，发电机是处于欠励状态还是过励状态？若维持此时的励磁电流和转速不变，但逐渐去掉负载，到空载时，电机端空载电压是等于还是大于，还是小于？【解】对纯电感负载，可令，则、。若不计电枢电阻，则，所以在、、时，，，电机有去磁电枢反应而处于过励状态。由于和n不变，故去掉负载到空载时，电机端空载电压。12-7画出凸极式同步发电机失去励磁（）时的相量图，推导其功角特性，此时功率角表示什么物理意义？【解】当凸极式同步发电机失去励磁时

8、，其电压方程为。由于没有励磁，所以此时发电机具有超前的功率因数，即吸收感性无功，相量图如上。此时发电机的功角特性推导如下：因为、，所以功角特性为此时功率角表示q轴（励磁电动势方向）超前于电压的相位差。12-8解释并联运行同步发电机静态稳定的概念，并比较下列情况下，运行的稳定性哪种较好？⑴过励情况和欠励情况下。⑵轻载和满载情况。⑶同