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山东科技大学2023—2023学年第一学期
《电机与电力拖动》考试试卷〔A卷〕
班级 姓名 学号
题号
一
二
三
总得分
评卷人
审核人
得分
一、填空题〔每题2分,共10分〕1、在沟通磁路的分析计算时,磁通量和磁通密度用它们的 表示,磁动势、磁场强度则分别用它们的 表示
N
N
2、异步机的额定功率是指电机在额定状态下运行时 轴端输出的机械 功率3、三相异步机绕组,原并联支路数为1,电机的A相额定电流为I ;现将该电机的极相组重联接,并联支路数变为4,此时A相额定电流变为: 4I4、异步机的主磁路中存在气隙,因此异步机的激磁电流要比变压器 大 (填大或小)
5、同步发电机的调整特性中,当负载为感性或纯阻性时,为补偿电枢电流所产生的去磁填去磁或增磁〕性的电枢反响和漏阻抗压降,随着电枢电流的增加,必需相应地增加励磁电流,因此调整特性是上升的
二、问答题(每题10分,共60分)
1、在直流发电机中,电刷顺电枢旋转方向移动一个角度,电枢反响的性质是怎样的?假设逆电枢旋转方向转过一个角度,电枢反响的性质又会怎样?〔10分〕
2、以以以下图为某三相异步电动机定子A相绕组的四个线圈,请将四个线圈连接成一个并联支路数为1的绕组。假设将四个线圈挨次串联行不行?为什么?(10分)
A1
1 2 3
X1
10 11 12
A2
19 20 21
X2
28 29 30
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3、异步机工作于电动机状态时的转速与同步速、转子磁场与电枢磁场、电磁转矩与转向是怎样的关系?结合异步机工作于电动机运行状态时的工作原理分析:异步电动机空载运行时定子磁动势F1与激磁磁动势Fm的关系。〔10分〕
4、试说明隐极同步发电机带上容性负载时,可能消灭的电枢反响〔10分〕5、同步电机有几种运行状态?试分析每种运行状态下的功率角,电磁转矩,机械功率与电功率的转换状况。〔10分〕
6、同步发电机无功功率的调整,绘出激磁磁动势与电流的相量图,并分析电机在“正常励磁”“过励”“欠励”三种状态下的输出功率性质;在过励与欠励两种状况下发电机的激磁电流、激磁电动势、电枢电流及电枢电流的有功与无功重量的变化状况。〔10分〕
三、计算题(每题15分,共30分)
1、某工厂电力设备所消耗的总功率为2400KW,cosφ=(滞后),今欲添置功率为400KW的电动机。现有400KW,cosφ=(滞后)的感应电动机和400KW,cosφ=(超前)的同步电动机可供选用,试问在这两种状况下,工厂的总视在功率和功率因数各为多少?(15分)
2、有一台Y接、380V、50Hz、额定转速为1444r/min的三相绕线型感应电动机,其参数为
R1=,R2΄=,X1σ=X2σ΄=1Ω,Xm=40Ω,Rm略去不计,定转子的电压比为4。试求:额定负载时的(1)转差率;(2)定、转子电流;(3)转子的频率和每相电动势。〔15分〕
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答案〔A卷〕
一、填空题〔每空1分,共10分〕
1 大 小
2 、
3 3 20度
75r/min
电枢反响电枢漏磁
二、分析(60)
答:发电机的空载电压:E =CnF,当励磁不变转速提高20%时,空载电压会提高20%
a e
假设为并励发电机,励磁绕组的励磁电压等于发电机的端电压,当转速提高20%时,发电机的端
电压会上升,同时励磁电压也会同步上升,即E =CnF中n与Φ都比原转速状况大。其中
a e
n上升了20%,并励发电机,电压上升的百分值比他励发电机多。
7答:不能挨次串联,正确的接线如下:
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A1
A 1 2 3
X1 A2 X2
10 11 12
28 29 30
19 20 21 X
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由于极相组A的电动势与极相组X的电动势方向相反,电流方向也相反,为避开电动势在相抵消或者电流形成的磁动势相抵消,串联时应把极相组A和极相组X反向串联。
答:
异步机工作于电动机状态时,转子转速低于同步速;转差率0<s<1;转子受旋转磁场的切割而感生电流;转子电流与磁场相作用产生驱动性的电磁转矩。
2
异步机电动机空载运行时,转子转速接近于同步速,此时旋转磁场切割转子导体的相对速度接近于零,所以转子电流很小,可以近似认为I »0,即F2近似为零。所以空载时F1与Fm近似相等。
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答:隐极同步发电机的主极励磁后产生Fv
0
,Fv
0
在电枢绕组内感生E·
E· 滞后于Fv
0
,
0 0
0
90度
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0
电角。电枢绕组中的E· 会在电枢与负载组成的回路中产生电枢电流I·
。I·
与E· 的相角关系取
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v v v
决于电枢与负载组成的回路总的阻抗。在时空统一矢量图中,I与F同相位,将F分解作F
a a ad
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和Fv
aq
。电机带容性负载后,电枢与负载组成的回路中包含了电机感性的同步电抗及负载的容
· · v v
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性阻抗。当外电路容性负载较小即回路总负载呈感性时,I滞后于E0,F
ad
是去磁的F 是交
aq
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· · v ·
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磁的;当回路总负载呈纯阻性时,I与E0同相位,F
a
是交磁的;当回路总负载呈容性时,I
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v v
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超前于E0,F
ad
是增磁的F
aq
是交磁的;
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A
答:发电机运行于A点,其功率角为δA,0<δ<900。输入功率有扰动ΔP后,功率角将增大Δδ;功率角增大后,依据功角特性曲线可知电磁功率将相应地增加ΔPe,因此制动的电磁转矩也将增大,以抑制功率角的进一步增大,当外界的扰动消逝,多余的制动转矩将使电机回到A点运行。所以A点是稳定的。
答:
E
¢
0
E
·
·¢
0
E
0
I
·¢
j·X
I
s
I
·
U
·
I
·¢
正常励磁时:发电机的输出功率全部为有功功率。
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¢
· ·
过励: I >I
f f
平线AB上;
,此时激磁电动势增加为
¢,因
E E
0
sind=const所以其端点应落在水
0
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¢
·
相应的电枢电流变为I
,因Icosj=const
所以其端点落在垂直线CD上;
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此时电枢电流将落后于电网电压,电枢电流中除有功重量外还含有滞后的无功重量;发电机的输出功率除有功功率外还含有滞后的无功功率
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·
欠励: I
平线AB上;
·
¢
<I ,此时激磁电动势减小为
f f
¢,因E
E
0 0
sind=const所以其端点应落在水
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I
相应的电枢电流变为
¢,因Icosj=const所以其端点落在垂直线CD上;
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此时电枢电流将超前于电网电压,电枢电流中除有功重量外还含有超前的无功重量;
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发电机的输出功率除有功功率外还含有超前的无功功率
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答:
等效电路如以以以下图:
Ra Xs
X
Xfs
XDs
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R
Z ad R
-d f D
2 2
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直轴超瞬态同步电抗为:X
¢=X + 1
d s 1 + 1 + 1
X X X
ad fs Ds
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同步发电机A相对中点短路,B、C两相空载可知:
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ì· ì·
· · ·
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+
-
0
ïUA=0
ïUA
=0=U
+U +U
(1)
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ï· ï·
· · ·
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íIB
ï
=0即íI
ïB
=0=a2I
+aI
-+I0
(2)解(2)(3)两式可得:
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· · · · ·
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ïI =0 ïI
îC îC
=0=aI
+a2I
-+I0
(3)
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· · · 1·
· · ·
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+ - 0
I =I =I =
I 考虑到U +U +U =0可得出如下等效电路:
3 A + - 0
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Z
+
E0
·
I
·
·
+
Z
U+
-
I
·
·
-
Z0
U-
I
·
·
0
U
0
U +U +U =0
· · ·
+ - 0
由等效电路可解得:
· ·
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· · · E
· · · · 3E
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I+=I-=I0
= 0 所以短路电流I
+ +
· · · A
Z+ Z- Z0
=I++I-+I0
= 0
+ +
· · ·
Z+ Z- Z0
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三、计算(20分)
解:工厂原有的功率状况为:有功功率: P=2400KW
视在功率: S=P/cosφ=2400/=3000KVA
因cosφ=(滞后)故sinφ=,于是无功功率为:Q=S×sinφ=3000×=1800kVAr
(1)中选用感应电动机时
总有功功率 P΄=(2400+400)KW=2800KW
总无功功率Q΄=(1800+400/×)kVAr=2100kVAr(滞后)
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P2+Q2
28002+21002
总视在功率S΄= =
=3500kVA
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总功率因数不变,cosφ΄=(滞后)(2)选用同步电机时
总有功功率P΄΄=(2400+400)kW=2800kW
总无功功率 Q΄΄=(1800-400/×)kVAr=1500kVAr(滞后)
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P¢2+Q¢2
28002+15002
总视在功率 S΄΄= =
=3176kVA
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总功率因数: cosφ΄΄=P΄΄/Q΄΄=2800/3176=(滞后)
解:
R= X1s=1 X¢s=1R¢=
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1
I
· R
1
I m
m
U
2 2
¢ 1-sR¢
=
·¢ · I2 s 2
E E
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1 X 2 1
m
额定负载时的转差率
电机的额定转速为1444可确定电机的同步速为1500
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s =ns
-n=1500-1444=%
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N n 1500
s
额定负载时的定转子电流定子阻抗:
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Z =R
1 1
+jX1s=+j1
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转子阻抗:
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Z¢=R¢ +jX¢
=+j1
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2 2s 2s
激磁阻抗
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Z =R
m m
jX
m
=j40
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所以定子电流
U·
I· 1
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1=Z +Z
1 m
//Z¢
2
=Ð-
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转子电流
I·¢ I· Z
2= 1´Z +mZ¢=Ð-
m 2
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变压比为4所以I
2
=I¢´k=´4=
2
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额定负载时转子的频率和每相的电动势值
f =sf =
2 1
E·¢ I·¢Z·¢
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2= 2
2=Ð-
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E2=¸4=
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