【正文】 負載阻抗ZL=+。的情況，其電樞反應性質都是：既有交軸電樞反應也有直軸去磁電樞反應。41一臺隱極式同步發(fā)電機與電網并聯運行，電網電壓為380V，定子繞組為Y接法，每相同步電抗為Xs=，發(fā)電機輸出電流為I=，發(fā)電機勵磁電勢E0=270V，cosj=(滯后)，若減少勵磁電流，使發(fā)電機勵磁電勢E0=250V，保持原動機輸入不變，并不計電樞電阻，試求：(1)改變勵磁電流前發(fā)電機輸出的有功功率和無功功率；(2)改變勵磁電流后發(fā)電機輸出的有功功率、無功功率、功率因數和電樞電流。也就是說，本題目的數據存在一定的矛盾之處。所以發(fā)電機輸出有功功率P不變，仍為：P=(W) 由于P不變，根據功角特性有E0sinθ不變，因此： sinθ2=XsP/(3E0U)=(3250) = cosθ2= 再由右圖所示的同步發(fā)電機相量圖，利用余弦定理有： (XsI)2=(E0)2+(U)22E0Ucosθ=(250)2+()22250 =(V 2) 電樞電流I=(XsI)/Xs=(A) 功率因數cosj=P/(UI)=(380)= ，則sinj= 無功功率Q=UIsinj=380=(Var) 答：⑴。由圖中可見，線段之間存在著關系為：tgψ=db/ab=(dc+bc)/ab。再由圖有：y=qj，因此，額定運行情況下的功角qN為： qN=ψNjN=176。+176。最大電磁功率時的功角為： q=176。 =+=(W)≈36718(kW)=(MW) 答：⑴該凸極式水輪發(fā)電機在額定運行情況下的功角qN約為：176。 定子上的主磁極是用來產生直流電機主磁場的；換向極則用于改善換向，減少因電磁原因而引起的電刷火花；機座和端蓋是直流電機的固定支撐和防護部件，同時機座還是磁路的一部分。 5直流電機中感應電勢與哪些因素有關？感應電勢的性質與電機的運行方式有何關系？其方向如何判斷？ 答：由公式Ea=CeΦn可知，對已制成的直流電機，電樞電動勢正比于每個極面下的磁通量Φ及電機的轉速n。所謂“正電勢”，就是電源的電動勢，是表現將其它能量轉換為電能具體的物理量。 要判斷直流電機感應電勢的性質，可以根據感應電勢與電樞電流的方向進行判斷：直流發(fā)電機，感應電勢與電樞電流方向相同；直流電動機，感應電勢與電樞電流方向相反。 直流電機中電磁轉矩的性質可分為驅動轉矩和制動轉矩兩種。 當直流電動機接上直流電源后，將有電樞電流流過轉子的電樞繞組，根據電動力定律電樞電流在定子主磁極產生主磁場的作用下將產生電磁轉矩T，使轉子轉動，通過轉軸向機械負載輸出機械功率。因此可以這么說，電源向直流電動機提供直流電功率UIa，扣除電樞繞組等產生的損耗外，剩下的電功率轉換成機械功率，即電磁功率：EaIa=TΩ，轉換成的機械功率還要克服轉子、轉軸等消耗的摩擦損耗，然后才從軸上輸出機械功率P2=T2Ω/這就是直流電動機中由電能（電功率）轉換為機械能（機械功率）的過程。對于直流發(fā)電機，電樞磁場與主極磁場的波形如下圖的c)、d)和e)所示。物理中性線偏離幾何物理中性線將影響直流電機的換向（使換向性能變壞），氣隙總磁通減小則發(fā)電機的端電壓減小，電動機的電樞電流增大。由于U0=E=CeΦ0n∝Φ0，Ff=2NfIN∝If，因此，空載特性曲線的實質就是磁路的磁化曲線。直流發(fā)電機自勵起壓的條件是：①發(fā)電機要有剩磁；②勵磁電流磁場與剩磁場方向相同（或者說，電樞繞組與勵磁繞組接線正確）；③勵磁電路的電阻要小于建壓臨界電阻（或者說，勵磁電路的電阻足夠?。τ谥绷靼l(fā)電機，I=IaIf，外部電流I是電樞電流Ia與勵磁電流If之差； 串勵：I=If=Ia；外部電流I、電樞電流Ia以及勵磁電流If完全相等； 短復勵：對于直流電動機，Is=I=Ia+If，串勵電流Is等于外部電流I是電樞電流Ia與并勵電流If之和。作為船舶主電源的直流發(fā)電機一般為平復勵發(fā)電機。若電樞回路不串聯起動電阻，在額定電壓下直接起動的電流為： Ist=UN/Ra=220/=440(A) 答：若電樞回路不串聯起動電阻在額定電壓下直接起動，則起動電流為440A。轉動時測速發(fā)電機（杯形）轉子切割勵磁繞組產生的脈振磁通，將在轉子導體中感應電勢、產生電流；此電流所產生的轉子磁通與輸出繞組軸線方向基本一致，輸出繞組與轉子這部分導體的關系就如變壓器原副繞組的關系一樣，因而輸出繞組將有電壓輸出。 6當直流伺服電動機電樞電壓，勵磁電壓不變時，如將負載轉矩減少，此時電動機的電樞電流，電磁轉矩、轉速將怎樣變化？ 答：①根據如右圖所示的直流伺服電動機機械特性曲線可知，電動機電樞電壓不變時，負載轉矩減小，轉速將升高。一直到電磁轉矩與負載轉矩平衡，直流伺服電動機轉速停止升高，電流停止減小，直流伺服電動機穩(wěn)定運行。工作時每一步，步進電動機轉子轉過的角度稱為步進電動機的步距角。轉動時測速發(fā)電機（杯形）轉子切割勵磁繞組產生的脈振磁通，將在轉子導體中感應電勢、產生電流；此電流所產生的轉子磁通與輸出繞組基本一致，輸出繞組與轉子這部分導體的關系就如變壓器原副繞組的關系一樣，因而輸出繞組將有電壓輸出。 【注】：此題與61的回答基本一樣，因為此題所問的問題也基本一樣 —— 交流測速發(fā)電機主要采用異步測速發(fā)電機，而其它類型書上又沒講，因此只能以異步測速發(fā)電機來回答。 步進電動機的可貴特點主要有：結構簡單、維護方便、精確度高、起動靈敏、停車準確，轉速與電壓、負載、溫度等因素無關，可通過改變脈沖頻率進行無級調速，調速范圍很寬等。主要不同點是：①無刷直流電動機的電樞通常在定子，而普通直流電動機通常在轉子；②無刷直流電動機采用位置傳感器控制電樞繞組的換。主要不同點是：①無刷直流電動機定子電樞繞組通入的是經過控制的脈沖電流，而永磁式同步電動機定子電樞繞組通入的則是多相對稱交流電流；②無刷直流電動機具有直接起動的能力，而永磁式同步電動機則無直接起動的能力；③無刷直流電動機的轉速由其結構（定子的相數和齒數等）決定，一般較難進行速度調節(jié)，而改變通入同步電動機電樞繞組電流的頻率，就可方便地對其進行速度調節(jié)。按照一定的規(guī)律，給步進電動機定子多相磁極繞組輪流通入電脈沖，就能控制其轉子的位置變化，即使其轉子按照一定的規(guī)律轉動或產生一定的角位移。再者，輸出繞組的輸出電壓與此感應電勢（按變壓器原理）成正比。所謂“單三拍”通電方式是指：步進電動機每次只有一個繞組通電，且完成一個輪流通電的周期需要三拍的工作方式。這是因為負載轉矩T2減小，T＞T2，轉速n將增大，電樞電勢E隨之增大，而電壓不變，I2減小，T也減小。③根據電磁轉矩公式T=CTΦIa可知，電樞電流減小，電磁轉矩也減小。 6改變交流伺服電動機轉向的方法有哪些？ 答：要改變交流伺服電動機的轉動方向，可單獨改變它的勵磁繞組的接線（即，將其兩根引線脫開對調一下再接上）；或可單獨改變它的控制繞組的接線（即，將其兩根引線脫開對調一下再接上）。 解： ⑴額定輸入功率P1N： P1N=UNIN=22080=(kW) ⑵額定輸出功率P2： P2=ηNP1N==(kW) ⑶總損耗ΣP： ΣP= P1NP2==(kW) ⑷勵磁回路銅耗PCuf： PC u f =UN2/Rf=2202/=(W) ⑸電樞回路銅耗PCua： PC u a =I a N2R a =(I NUN/Rf)2=(W) ⑹電刷接觸損耗PS： PS =2ΔUSI a N=2ΔUS(I NUN/Rf)=2(40220/)=76(W) ⑺附加損耗PΔ； PΔ=1%PN=14960=(W) ⑻機械損耗和鐵耗之和PΩ+PF e； PΩ+PF e=ΣPPC u f PC u aPSPΔ==(kW) 答：⑴；⑵；⑶；⑷；⑸；⑹電刷接觸損耗76W；⑺；⑻機械損耗和鐵耗之和PΩ+PF e約為1832W。 5某直流電動機銘牌的參數為：UN=220V, nN=1000r/min ,IN=40A, 電樞電路電阻Ra=。對于直流發(fā)電機，Is=I=IaIf，串勵電流Is等于電樞電流Ia是外部電流I與并磁電流If之和。其中，復勵還可根據串勵繞組的位置不同分為短復勵和長復勵。它們的區(qū)別主要表現在具體所表示的含義上，磁化曲線的是電機磁路的磁性能，空載特性曲線則主要表示直流電機端電壓調節(jié)的性能等。不考慮磁路飽和時，這個磁通就是勵磁繞組產生的每極主磁通，考慮飽和時，則這個磁通小于勵磁繞組產生的每極主磁通。若考慮磁路的飽和，則發(fā)電機的后極尖（電動機的前極尖）增磁量就小于發(fā)電機的前極尖（電動機的后極尖）的去磁量，因此，氣隙每極產生的總磁通減小，即呈去磁性質。簡單地說，電樞磁場對氣隙磁場的影響就是電樞反應。而從機械角度看，轉子受到電磁轉矩T的驅動，產生角速度Ω，因此，直流電動機通過機電轉換得到的電磁功率為TΩ，通過轉軸的傳送，就可向機械負載輸出機械功率了。 5直流電機的電磁功率是指什么？如何說明在直流電動機中由電能轉換為機械能？ 答：直流電機是將直流電能和機械能相互轉換的電氣裝置，其電磁功率就是指通過氣隙進行轉換的功率。當電機勵磁If不變，則每個主磁極產生的磁通Φ也不變，電磁轉矩T與電樞電流Ia成正比；若電樞電流Ia不變，則電磁轉矩T與勵磁If或磁通Φ有關。感應電勢的性質與電機的運行方式直接相關：對于直流發(fā)電機，軸上輸入的機械能轉換成電能后，在電樞繞組中就感應出電動勢，當與負載連接，就可向外部電路提供電能，因此直流發(fā)電機電樞繞組的電動勢是“正電勢”，是電源的電動勢。也就是說，調節(jié)勵磁電流If，可改變每個主磁極產生的磁通Φ，從而可調節(jié)電樞電動勢Ea的大小。 轉子的電樞鐵心與主磁極鐵心、機座等組成直流電機的磁路，且用于嵌放電樞繞組；電樞繞組的作用是用以感應電動勢和通過電流，它是實現機電能量轉換的重要部件；換向器是直流電機的一個典型部件，與電刷裝置配合起“機械整流器”的作用，可將電樞繞組中的交流電量（感應電動勢、電流）變換為電刷兩端的直流電量（電壓、電流），或者將電刷兩端的直流電量變換為電樞繞組中的交流電量。5直流電機有哪些主要部件？各部件分別起什么作用？ 答：直流電機的基本組成為定子和轉子兩部分。代入功角特性，最大電磁功率PM為： PM=3UE0sinq/Xd+[(1/Xq)(1/Xd)]sin2q =311000176。(+4)]/2，解得：Y1=，Y2=(舍棄)。=176。因此： tanψN=(INXq+UNsinjN)/UNcosjN =(9+11000)/(11000)= 所以，ψN=arc =176。41一臺三相50Hz、Y形接法，11kV、8759kVA凸極式水輪發(fā)電機，當額定運行時，cosj=(滯后)，每相同步電抗Xd=17W，Xq=9W，并不計電樞電阻，試求：(1)該機在額定運行情況下的功角qN及空載電勢；(2)該機的最大電磁功率Pmax及產生最大電磁功率時的功角q。 解：電網電壓為380V，則發(fā)電機每相定子繞組的端電壓為：U=380/=。因為，不考慮電樞電阻時，E0=[(UN+XsIsinj)2+(XsIcosj)2]≈，而不是270V。每相負載阻抗為ZL=+。 ⑴： 此時，根據基爾霍夫電壓定律，一相電路的電壓平衡方程式為：?0=?(RL+jXs)，因此： I=E0/(RL2+Xs2)=410/(+)=(A) ⑵每相負載阻抗為ZL=+： I=E0/[RL2+(Xs+XL)2]=410/(+)=(A) ⑶由于同步電抗Xs的存在，電樞電流I仍然是滯后勵磁電動勢E0一個角度。在同步電動機轉速還未達到同步轉速時，電樞繞組產生的旋轉磁場與轉子磁極存在相對移動，因此能夠感應電動勢、感生電流、產生電磁轉矩。4增加或減少同步電動機的勵磁電流時，電動機內部磁場產生什么效應？ 答：增加（或減少）同步電動機的勵磁電流時，電動機內部的磁通增加（或減少），感應的電動勢增大（或減小），為了使電動機電樞繞組感應的電動勢與電源電壓相平衡，電樞繞組的電流相位將發(fā)生變化，因此可以改變電動機從電網吸收電流的性質和大小。產生的電磁轉矩的方向也變反。當θ減小到0時，原動機提供的機械轉矩正好克服發(fā)電機維持轉動所必須克服的摩擦轉矩，發(fā)電機處于空載運行狀態(tài)，輸出電流的有功分量為0。 由于同步發(fā)電機輸出的有功功率還可用公式P=UIcosj表示，而若改變有功輸出時保持勵磁電流不變，則發(fā)電機的端電壓不變，P改變則Icosj，Isinj和無功功率Q=UIsinj也將同時改變。電樞反應的性質（交磁反應、直軸增磁反應或直軸去磁反應）與這兩個磁場在空間的相對位置有關，也就是與負載電動勢和電樞電流間的夾角（內功角）有關，其實質是與負載的性質有關。因此，分析電樞磁動勢的作用時，不能簡單地以其磁路參數進行分析，而應該將其分解成直軸和交軸兩個方向上的磁通分量，然后再分別進行分析。4同步發(fā)電機在對稱負載下運行時，氣隙磁場由哪些磁勢建立，它們各有什么特點？ 答：轉子直流勵磁磁動勢（機械旋轉磁場磁動勢）和電樞磁動勢（電氣旋轉磁場磁動勢），兩個磁動勢在氣隙中疊加，形成新的氣隙磁動勢（合成磁動勢）。一般適用于中、低速運行。在磁路上的特點是其氣隙均勻。根據公式n=60f/p，若柴油機的轉速n為750r/min時，發(fā)電機的極對數p為4；當n為600r/min時，發(fā)電機的極對數p為5；當n為500r/min時，發(fā)電機的極對數p為6；，發(fā)電機的極對數p為7；當n為375r/min時，發(fā)電機的極對數p為8；當n為333r/min時，發(fā)電機的極對數p為9；當n為300r/min時，發(fā)電機的極對數p為10。第4章 同步電機4同步發(fā)電機的轉速為什么必須是常數？頻率為50Hz的柴油發(fā)電