同步电机章节作业： 1. 有一台TS854-210-40的水轮发电机，P N =100兆瓦，U N =13。8千伏，9.0cos =N ?，f N =50赫兹，求（1）发电机的额定电流；（2）额定运行时能发多少有功和无功功率？（3）转速是多少？ 解：（1）额定电流A U P I N N N N 6.46489.0108.13310100cos 336=????==? （2）有功功率MW P N 100= 无功功率 var 4.48)9.0tan(arccos 100tan M P Q N N =?==? （3）转速 min /15020 506060r p f n N N =?== 2.同步发电机的电枢反应性质主要决定于什么？在下列情况下（忽略电机自身电阻），电枢反应各起什么作用？ 1） 三相对称电阻负载； 2） 电容负载8.0*=c x ，发电机同步电抗 0.1*=t x ； 3） 电感负载 7.0*=L x 答： 电枢反应的性质取决于内功率因数角ψ， 而ψ角既与负载性质有关，又与发电机本身的参数有关。 由等效电路图可知（忽略电枢绕组电阻r a ）： ①当负载阻抗为Z L =R 时，阻抗Z=jx t +R ，其阻抗 角ψ在900>ψ>00范围内，即空载电动势. 0E 和 电枢电流。I 之间的相位角ψ在900>ψ>00范围内， 所以电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应； ②当负载阻抗为Z L =-jx c 时，阻抗Z=jx t -jx c ，由于x t *=1.0>x c *=0.8, 阻抗角ψ=900，即空载 电动势.0E 和电枢电流。 I 之间的相位角ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁电枢反应； ③当负载阻抗为Z L =jx L 时，阻抗Z=jx t +jx L 的阻抗角为ψ=900，即空载电动势. 0E 和电枢电流。 I 之间的相位角ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁电枢反应。 3. 试述直轴和交轴同步电抗的意义。X d 和X q 的大小与哪些因素有关？ 直轴（交轴）同步电抗表征了当对称三相直轴（交轴）电流每相为１Ａ时，三相联合产生的直轴电枢反应磁场和漏磁场在一相电枢绕组中感应的电动势。 直轴（交轴）同步电抗是表征对称稳态运行时直轴（交轴）电枢反应基波磁场和漏磁场综合效应的电磁参数。 Xd 正比于频率f,电枢相绕组的串联匝数的平方N ２以及直轴气隙磁导Λd ；
ＧＵＡＮＧＸＩＤＩＡＮＹＥ２００７．９（总第９０期）交流与探讨 广西电业 发电机转子一点接地故障处理 黄大健 （广西宜州水电厂，广西宜州市５４６３００） ［摘要］发电机转子一点接地是发电机一种常见的故障。本文针对一起误发发电机转子一点接故障信号的事件，分析处理故障的过程。 ［关键词］转子；一点接地；叠加电源；故障处理 发电机组励磁保护越来越多地使用了微机型保护。本厂 的１ＧＳ－１ＴＭ发变组保护使用南京自动化设备总厂的ＷＦ－ＢＺ－０１微机型发电机变压器组保护装置，其功能包含有转子一点接地保护。原理是用叠加直流方法，叠加电源电压为５０Ｖ，内阻大于５０ｋΩ，利用微机智能化测量克服了传统保护中绕组正负极灵敏度不均匀的缺点，能准确计算出转子对地的绝缘电阻值，范围可达２００ｋΩ，保护动作延时１至１０秒。转子分布电容对测量无影响。发电机起动过程中转子无电压时保护并不失去作用。保护引入转子负极和大轴接地线。 １转子一点接地的危害 发电机的励磁绕组高速旋转极易发生一点接地故障。发生一点接地后，无电流流过故障点，不形成电流通路，无电流流过故障点，励磁电流仍保持正常，对发电机并无直接危害，但转子绕组对地已产生电压，当系统发生各种扰动时，电压可能出现较大值，极易造成另外一点接地，从而形成两点接地短路，一部分励磁绕组被短接，其后果是：（１）转子磁场发生畸变，力矩不平衡，引起机体震动，无功出力降低；（２）故障点流过很大的短路电流，接地电弧将烧坏励磁绕组和转子本体。接地电流可能使轴系和汽缸磁化；（３）转子本体局部通过转子电流，引起局部发热，使转子发生缓慢变形，而形成偏心加剧机体震动。 当一点接地信号发出，同时判断为永久性接地故障后，人为投入转子两点接地保护作用于跳闸，或者人为安排停机处理。 ２实例分析及处理 发电机转子一点接地故障原因很多，不同的故障原因有不同的解决方法。如拉浪电站１号机组从２００２年１月以来，两年间多次出现转子一点接地故障信号，出现此故障信号时，维护人员用毛巾蘸酒精来抹转子滑环，但故障并不能复归。测量转子回路正对地为＋４０Ｖ，负对地为－３６Ｖ，正负间为＋７６Ｖ，正常时测量转子回路正对地为＋２９６Ｖ，负对地为＋２２０Ｖ，正负间为＋７６Ｖ，正、负极对地电位改变，但正负极之间电压差保持不变。之后有停机机会时，用５００Ｖ的摇表来测量转子回路对地绝缘，但电阻均大于５ＭΩ，说明转子并未真正接地。分别甩开转子、励磁功率柜，分段测量励磁动力电缆对地绝缘，并没有发现任何异常。每次发电机出现转子一点接地报警信号时，检查发电机运行正常，机组有功、无功功率和振动水平正常，励磁系统调节信号平稳，没有异常的波动信号，也没有其他的异常情况。 转子一点接地故障信号时有时无，虽然没有直接影响机组正常运行，不致于停机，但总是一个谜，需要解开。 经研究总结发现，每次转子一点接地信号出现时，都是厂用电４００ＶⅠ段切换到Ⅱ段后发生的，估计是切换厂用电引起的故障，决定用试验来证明。试验结果是：厂用电４００ＶⅠ段切换到Ⅱ段时，有时出现转子一点接地信号，有时没有出现转子一点接地信号，故障并不是稳定出现，虽然找不出规律，但总算找到了一点关系，往前迈了一步，将查找范围缩小了。经查看、分析１ＧＳ主励磁回路图、１ＧＳ励磁交、直流回路图，转子一点接地测量原理图等，绘制出图１。根据图１可知，１ＧＳ励磁调节柜的交流电源引自厂用电４００ＶⅠ段电源和１号机组励磁变压器１０３ＴＭ低压侧。其交流负荷有柜内的照明灯、励磁功率Ａ、Ｂ柜内的风扇，风扇使用的是三相电源，照明灯１ＥＬ使用的是单相电源。 １３０
同步电机 一、填空题: 1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于 __________________________。 电枢磁动势;励磁磁动势;内功率因数角ψ 2. 同步发电机当?=0°时,除产生____________________电枢反应外,还产生__________________________ 电枢反应。 交轴电枢反应;直轴去磁电枢反应 3. 利用同步发电机的_____________与_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗,利用______ ______与_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性;短路特性;空载特性;零功率因数负载特性 4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗与交轴同步电抗。 转差法 5. 同步发电机与电网并联运行的条件就 是:(1) ;(2) ;(3) ;(4) 。 发电机的频率等于电网的频率;发电机的电压幅值等于电网电压的幅值且波形一致;发电机的电压相序 与电网的电压相序相同;在合闸时,发电机的电压相位与电网电压的相位一样 6. ★同步电机的功率角θ有双重物理含义,在时间上就是 与 之间的夹角;在空间上就是 与 之间的夹角。 励磁电动势0E &;电压U &;励磁磁动势1 f F &;等效合成磁动势F δ'& 7. 同步发电机静态稳定的判据就是___________,隐极同步发电机静态稳定极限对应的功率角 θ= 。 0dT d θ >,90? 8. 同步发电机并联在无穷大容量电网上运行时,要调节输出的有功功率,必须调节___________________ ________;如果只调节其输出的无功功率,可通过调节______________实现。 原动机的输入功率(或输入转矩);励磁(电流) 9. 一台并联在无穷大容量电网上运行的同步发电机,功率因数就是超前的,则电机运行在______状态,此时 发电机向电网发出__________的无功功率;若不调节原动机的输入功率而使励磁电流单方向调大,当发 出的无功功率为零时,励磁状态为 状态;进一步增大励磁电流,电机变化到_____状态,此 时发电机向电网发出_______无功功率。 欠励;超前(或容性);正常励磁;过励;滞后(或感性) 10. 凸极同步发电机功角特性的表达式就是_________________________________________。 20sin sin 22d q M d d q X X E U P m mU X X X θθ-=+ 11. ★凸极同步发电机与电网并联,如将发电机励磁电流减为零,则发电机电磁转矩为 。
同步电机 一、填空题： 1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于__________________________。 电枢磁动势；励磁磁动势；内功率因数角ψ 2. 同步发电机当?=0°时，除产生____________________电枢反应外，还产生__________________________电枢反应。 交轴电枢反应；直轴去磁电枢反应 3. 利用同步发电机的_____________和_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗，利用______ ______和_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性；短路特性；空载特性；零功率因数负载特性 4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。 转差法 5. 同步发电机与电网并联运行的条件是：（1） ； （2） ； （3） ； （4） 。 发电机的频率等于电网的频率；发电机的电压幅值等于电网电压的幅值且波形一致；发电机的电压相序与电网的电压相序相同；在合闸时，发电机的电压相位与电网电压的相位一样 6. ★同步电机的功率角有双重物理含义，在时间上是 和 之间的夹角；在空间上是 和 之间的夹角。 励磁电动势0E &；电压U &；励磁磁动势1 f F &；等效合成磁动势F δ'& 7. 同步发电机静态稳定的判据是___________，隐极同步发电机静态稳定极限对应的功率角= 。 0dT d θ>，90 8. 同步发电机并联在无穷大容量电网上运行时，要调节输出的有功功率，必须调节___________________ ________；如果只调节其输出的无功功率，可通过调节______________实现。 原动机的输入功率（或输入转矩）；励磁（电流） 9. 一台并联在无穷大容量电网上运行的同步发电机，功率因数是超前的，则电机运行在______状态，此时发电机向电网发出__________的无功功率；若不调节原动机的输入功率而使励磁电流单方向调大，当发出的无功功率为零时，励磁状态为 状态；进一步增大励磁电流，电机变化到_____状态，此时发电机向电网发出_______无功功率。 欠励；超前（或容性）；正常励磁；过励；滞后（或感性） 10. 凸极同步发电机功角特性的表达式是_________________________________________。 20sin sin 22d q M d d q X X E U P m mU X X X θθ-=+ 11. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，则发电机电磁转矩为 。
§2.3负载时直流电机的磁场――电枢反应 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，简称电枢磁场，而电枢磁场对主磁场的影响就称为电枢反应。具体分析如下： 当电机带上负载后，电枢绕组中有电流通过，电枢电流将产生电枢磁动势，此时电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同决定。电枢磁动势的出现，使气隙磁场发生畸变，即电枢反应。在直流电机中，不论电枢绕组是哪种型式，各支路电流都是通过电刷引入获引出，因此电刷是电枢表面上电流分布的分界线。电枢磁势的轴线总是与电刷轴线相重合。 一、交轴电枢磁势Faq 电枢磁场如左图，若电枢上半周的电流为流出， 下半周为流入，根据右手螺旋定则，该电枢磁动 势建立的磁场如虚线所示。从图可见，电枢磁动 势的轴线总是与电刷轴线重合。与主极轴线正交的轴线通常称为交轴，与主极轴线重合的轴线称为直轴；所以当电刷位于几何中性线上时，电枢磁动势时交轴电枢磁动势。 左图是直流电机电流分布和电枢磁场情况示意图，为便于分析让其展开成右图。 设直轴线上与电枢外圆的交点为0点，在距0点的 x 处作一闭
合磁力线回路。 据安培回路定律研究该闭路，该闭路可包围的总电流数即为总磁势Fa：因为设 A 是沿电枢表面周长方向单位长度上的安培导体数： Zaia A=-------（安培导体数/cm) ∏Da 式中： Za――电枢绕组的总导体数； D――电枢外径； ia――电枢电流。 则闭路总磁势为Fa＝2xA ，略去铁内磁阻则每个气隙所消耗的磁势为Faq＝A×x。
交轴电枢磁势Faq（x）的分布为呈三角波（略去齿槽影响时），则电枢磁密的分布波形是――"马鞍形"波。如上右图ba（x）。 二、直轴电枢磁势Fad 如下图此图当电刷不在几何中线时，设移过一个小角度β，除了交轴电枢磁动势外，还会产生直轴电枢磁动势。 电枢磁势分解成两个分量Faq和Fad 即Fa＝Fad＋Fad 三、直轴电枢反应 若电机为发电机时，电刷顺转向移动β角。直轴 电枢反应仅存在于电刷不与几何中线处导体接触 时，此时也存在交轴电枢反应（以后分析），现
发电机转子接地保护 正常运行时，发电机转子电压（直流电压）仅有几百伏，且转子绕组及励磁系统对地是绝缘的。因此，当转子绕组或励磁回路发生一点接地时，不会构成对发电机的危害。但是，当发电机转子绕组出现不同位置的两点接地或匝间短路时，很大的短路电流可能烧伤转子本体；另外，由于部分转子绕组被短路，使气隙磁场不均匀或发生畸变，从而使电磁转矩不均匀并造成发电机振动，损坏发电机。 为确保发电机组的安全运行，当发电机转子绕组或励磁回路发生一点接地后，应立即发出信号，告知运行人员进行处理；若发生两点接地时，应立即切除发电机。因此，对发电机组装设转子一点接地保护和转子两点接地保护是非常必要的。 规程规定，对于汽轮发电机，在励磁回路出现一点接地后，可以继续运行一定时间（但必须投入转子两点接地保护）；而对于水轮发电机，在发现转子一点接地后，应立即安排停机。因此，水轮发电机一般不设置转子两点接地保护。 一发电机转子一接地保护 1 转子一点接地保护的类别 转子一点接地保护的种类较多，主要有叠加直流式、乒乓式及测量转子绕组对地导纳式（实质是叠加交流式）。目前，在国内叠加直流式转子一点接地保护及乒乓式转子一点接地保护得到了广泛应用。 2 叠加直流式转子一点接地保护 （1）构成原理 叠加直流式转子一点接地保护的构成原理是：在发电机转子绕组的一极（正极或负极）对大轴之间，加一个直流电压，通过计算直流电压的输出电流，来测量转子绕组或励磁回路的对地绝缘。其构成原理框图如图43所示。 U = 图43 叠加直流式转子一点保护原理图 在图42中： U－外加直流电压； = I－计算及测量元件； p R－转子接地电阻。 正常工况下，发电机转子绕组或励磁回路不接地，外加直流电压不会产生电流；当转子绕组或励磁回路中发生一点接地时（设接地电阻为R），则外加直流电压通过部分转子绕组、接地电阻、发电机大轴构成回路，产生电流 i。接地电阻越小，p i越大；反之亦反。 p 测量计算装置根据电流 i的大小，便可计算出接地电阻值。 p
同步电机电枢反应 磁场分析 一．课题内容 通过电磁场仿真计算明确同步电机电枢反应概念，仿真，分析和理解在同步电机定子电流为交轴，直轴去磁，直轴助磁情况下电机磁场的
分布情况，并重点分析气隙磁场的分布波形以及电枢反应对磁场大小的影响，总结电机电枢反应的规律。 二．课题背景 在同步电机中，电枢反应既是学习的难点也是重点。当同步电机作为发电机运行时，在空载时只有励磁绕组通有电流，主极磁场为直轴磁场，对称分布。若带三相对称负载，电枢绕组中通过三相对称电流时，会产生相应的电枢磁场。气隙内的磁场由电枢磁场和主极磁场合成。电枢反应的性质取决于电枢磁场和主磁场在空间的相对位置，其变化情况较为复杂，因此，利用仿真软件对同步电机的电枢反应进行分析，有利于加深对电枢反应的理解，并熟练掌握不同的情况下电机内磁场的分布规律。 三．探究方式 利用Maxwell 电磁场数值计算软件，建立两极同步电机的二维模型。通过改变定转子绕组电流，利用软件自带的作图系统，分布绘制电枢磁场分布，气隙磁场分布等图，对比分析得出同步电机磁场分布以及电枢反应影响的规律。 探究步骤 1单独给转子绕组通电流进行电磁场计算，画出空载时磁力线分布图和气隙磁场的磁密分布波形； 2单独定子绕组通交轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子绕组通电流，观察交轴电枢反应时磁场的扭斜情况，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形；
3单独定子绕组通去磁直轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子通电流，画出磁场的分布，观察直轴电枢反应时磁场是否减小，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形； 4单独定子绕组通助磁直轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子绕组电流，画出电枢磁场的分布，观察直轴电枢反应时磁场的变化，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形； 5比较上述几种情况下的磁力线分布和气隙磁密分布波形，对照电枢电流情况总结同步电机电枢反应规律。 6根据上述结果，分析当发电机负载为阻感性负载时，电枢反应情况.并自己设定电枢电流数值，计算此种情况下的气隙合成磁场分布，画出磁力线图，气隙磁密分布图，比较计算结果与理论分析结果是否相符。 四．仿真结果 交轴电流，去磁直轴电流，助磁直轴电流三种情况下，在所建模型中每相电流的数值如下：（取转子电流1000A定子最大200A） I A I B I C 交轴100 -200 100 直轴去磁173 0 -173 直轴助磁-173 0 173 1.单独给转子绕组通电流 空载时磁力线分布图如下
发电机转子接地 发电机转子是直流系统，通过滑环与外部直流电源连接，转子绕组有绝缘保护，与转子间没有电的联系。如果有一点接地，说明转子绕组绝缘有破坏，绕组与转子有接触，这种情况可能引起发电机损坏，应当停机进行检修。所以要设置转子一点接地保护，此保护仅用于报警，有运行人员到现场观察后，根据实际情况确认是否停机.发电机一点接地保护在运行时就投入，不是停机后才投入的 发电机励磁回路一点接地故障是常见的故障形式之一,励磁回路一点接地故障,对发电机并未造成危害,但相继发生第二点接地,即转子两点接地时,由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体,并使磁励绕组电流增加可能因过热而烧伤；由于部分绕组被短接,使气隙磁通失去平衡从而引起振动甚至还可使轴系和汽机磁化,两点接地故障的后果是严重的,故必须装设转子接地保护。 发电机转子一点接地保护 ??采用乒乓式开关切换原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻阻值Rf和接地位置α。实质：在发电机运行时轮流测量转子绕组正极、负极的对地电流，并根据测得的结果计算出转子绕组或励磁回路的对地电阻，从而判断出接地故障的位置及接地电阻的量值。 图为乒乓式原理图，其中：S1、S2 为由微机控制的电子开关，Rg 为接地电阻，α为接地点位置，E 为转子电压，两个测量电阻R。 发电机转子两点接地保护? ?发电机励磁回路一点接地故障，对发电机并未造成危害，但若再相继发生第二点接地故障，则将严重威胁发电机的安全。保护原理：在一点接地故障后，保护装置继续测量接地电阻和接地位置，此后若再发生转子另一点接地故障，则已测得的α值变化，当其变化值Δα超过整定值时，保护装置就确认为已发生转子两点接地故障，发电机经转子两点接地延时时间跳闸。
发电机转子接地原因、危害、处理发电机转子接地有转子一点接地和两点接地，另外还会发生转子层间和匝间短路故障。与定子接地一样，转子接地有瞬时接地、断续接地、永久接地之分，也有内部接地和外部接地，金属性接地和电阻性接地之分。 发电机在长期运行过程中，由于转子内部受潮、冷却介质泄漏、绝缘老化以及机械振动等诸多方面的原因，容易造成转子对地绝缘水平的降低进而引发转子接地故障。当转子发生一点接地故障时，虽然不会对发电机本身造成直接的危害，但若再相继发生两点接地，则将严重威胁发电机的安全。 一转子接地的原因 工作人员在励磁回路上工作时，因不慎误碰或其他原因造成转子接地；转子滑环，槽及槽口、端部、引线等部位绝缘损坏；长期运行绝缘老化，因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片位移，将转子通风孔局部堵塞，使转子绕组绝缘局部过热老化引起转子接地；鼠类等小动物窜入励磁回路，定子进出水支路绝缘引水管破裂漏水，励磁回路脏污等引起转子接地。 二转子一点接地的危害 发电机转子一点接地故障是常见的故障形式之一，发生一点接地故障时励磁绕组与地之间尚未形成电气回路，转子的励磁电压和流过转子的转子电流受到的影响很小，所以并不对发电机造成危害，此时可通过转移负荷，平稳停机后再检查故障。
三转子两点接地的危害 1、破坏发电机气隙磁场的对称性，使气隙磁场发生畸变，气隙磁通失去平衡，引起发电机剧烈振动，使电机损坏、无功出力降低。汽轮发电机励磁回路两点接地还可引起轴系和汽机磁化，后果严重。若装有横差保护，还会引起其误动，因此，转子一点接地保护动作后要将横差保护加上一个短的延时，防止误动。 2、两点接地造成非短路的绕组电流增大，如果流过转子本体的短路电流大( 通常以1500 A 为界限)，热效应烧损转子的同时还会使转子发生缓慢变形，造成偏心增大，加剧振动。另外，还可能损坏其他励磁装置，导致失磁故障，危及发电机和系统的安全。为确保发电机的安全运行，当发电机转子绕组发生一点接地时，应发出信号，运行人员立刻进行处理；若发生两点接地应立即停止发电机的运行。因此，发电机装设转子一点和两点接地保护是非常必要的。 四转子一点接地的现象及处理 发电机发生转子一点接地时，中央信号警铃响，“发电机转子一点接地”光字牌亮，表计指示无异常。转子回路一点接地时，因一点接地不形成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，故不影响机组的正常运行。此时，应检查“转子一点接地”保护信号是否能够复归。若能复归，则为瞬时接地；若不能复归，应检查转子一点接地保护是否正常，若正常，则可利用转子电压表通过切换开关测量正、负极对地电压，鉴定是否发生了接地。若发现某极对地电压降到零，另一极对地电压升至全电压( 正、负极之间的电压值)，
同步电机
第八章同步电机 8.1 同步电机原理和结构 1．同步发电机原理简述 （1）结构模型： 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。最常用的转场式同步电机的定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁 磁场（也称主磁场、转子磁场）。除了 转场式同步电机外，还有转枢式同步发 电机，其磁极安装于定子上，而交流绕 组分布于转子表面的槽内，这种同步电 机的转子充当了电枢。图8-1-1给出了 典型的转场式同步发电机的结构模型。 图中用AX、BY，CZ 共3个在空间错 开120°电角度分布的线圈代表三相对称 交流绕组。 （2）工作原理 同步电机电枢绕组是三相对称交流绕 图8-1-1 同步电机结构模型 组，当原动拖动转子旋转时，通入三相对 称电流后，会产生高速旋转磁场，随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场），会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势，每相感应电势的有效值为， E0＝4.44f NФf k w （8-1-1） 式中f——电源频率；Фf——每极平均磁通； N——绕组总导体数；k w——绕组系数； E0是由励磁绕组产生的磁通Фf在电枢绕组中感应而得，称为励磁电势（也称主电势、空载电势、转子电势）。由于三相电枢绕组在空间分布的对称性，决定了三相绕组中的感应电势将在的时间上呈现出对称性，即在时间相位上相互错开1/3周期。通过绕组的出线端将三相感应电势引出后可以作为交流电 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
同步电机习题与答案 6.1 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？[答案见后] 6.2 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？ [答案见后] 6.3 在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应？ [答案见后] 6.4 凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗X ad大于交轴电枢反应电抗 X aq？ [答案见后] 6.5 测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来0.95n N，对试验结果有什么影响？ [答案见后] 6.6 一般同步发电机三相稳定短路，当I k=I N时的励磁电流I fk和额定负载时的励磁电流I fN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者X d取不饱和值而后者取饱和值？为什么X q一般总是采用不饱和值？ [答案见后] 6.7 为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多？为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关？ [答案见后] 6.8 在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？
[答案见后] 6.9 当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独运行时，其cosφ是分别由什么决定的？为什么？ [答案见后] 6.10 试利用功角特性和电动势平衡方程式求出隐极同步发电机的V形曲线。[答案见后] 6.11 两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率怎样分配和调节？ [答案见后] 6.12 同步电动机与感应电动机相比有何优缺点？ [答案见后] 6.13 凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式 [答案见后] 6.14 试述直流同步电抗X d、直轴瞬变电抗X′d、直轴超瞬变电抗X"d的物理意义和表达式，阻尼绕组对这些参数的影响？ [答案见后] 6.15 有一台三相汽轮发电机，P N＝25000kW，U N＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后），作单机运行。由试验测得它的同步电抗标么值为X*t＝2.13。电枢电
发电机注入式转子一点接地保护 一、保护原理 保护采用注入直流电源原理，直流电源由装置自产。因此，在发电机运行及不运行时，均可监视发电机励磁回路的对地绝缘。该保护动作灵敏、无死区。 考虑到双套化配置方案中，转子接地保护由于保护原理的要求不能双套化，否则会相互影响导致测量失误。如采用一套运行一套备用方式，需要时应可靠安全地带电切换。 要说明的是：对于励磁系统是可控硅整流系统时，由于励磁电压中有较高的谐波分量（例如ABB 公司生产的励磁装置，运行时产生的6次谐波、12次谐波电压远大于直流分量电压），可能影响转子一点接地保护的测量精度。 保护的输入端与转子负极及大轴连接。保护有两段出口供选用。 其保护逻辑如图一； 大负号 号 单元件横差加延时及投入转子两点接地保护机 图一 转子一点接地保护逻辑框图 二、一般信息 2.3出口跳闸定义（方式） 注：对应的保护压板插入，保护动作时发信并出口跳闸；对应的保护压板拔掉，保护动作时 只发信，不出口跳闸。
2.5 2.6投入保护 开启液晶屏的背光电源，在人机界面的主画面中观察此保护是否已投入。（注：该保护投入时其运行指示灯是亮的。）如果该保护的运行指示灯是暗的，在“投退保护”的子画面点击投入该保护。 2.7参数监视 点击进入发电机转子接地保护监视界面，可监视保护整定值，开/合电流，接地电阻计算值等信息。 三、保护动作整定值测试 3.1 动作值校正曲线的测定 在保护装置端子排接转子电压负极端子与接大轴的端子之间接一电阻箱，使电阻箱的电阻分别为5KΩ、10 KΩ，观察并记录界面上显示的测量电阻值。要求：显示电阻值清晰稳定，显示电阻与外加电阻之差应小于10%。 模范现场运行工况，接入专用转子一点接地测试装置，在此模拟测试装置的正极和负极之间加入一直流电压，设置接地电阻0KΩ、5KΩ、10 KΩ，设置接地方式负极接地、正极接地，观察界面显示的测量电阻值，要求：显示电阻值清晰稳定，显示电阻与外加电阻之差应小于10%。 如果测量精度不满足，需检查调整硬件，重新测试。 电阻小于整定值时，保护动作，记录动作电阻。 注：该保护在现场接入后需重新测试。在整定值那点，利用漏电流补偿，可以调整测量电阻的精度。 3.2动作时间定值测试 注：一点接地保护时间整定误差为±1秒 保护逻辑是否正确（打“√”表示）：正确□错误□ 保护出口方式是否正确（打“√”表示）：正确□错误□ 保护信号方式是否正确（打“√”表示）：正确□错误□
第六章 同步电机 一、填空 1. ★在同步电机中，只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。 答 交轴 2. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3） 。 答 发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致 3. ★同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出 ，产生 电枢反应。 答 超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁 4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；二是 和 空间夹角。 答 主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压 5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。 答 增加 6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。 答 减小 7. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为 。 答 δsin2)X 1X 1( mU d q 2 - 二、选择 1. 同步发电机的额定功率指（ ）。 A 转轴上输入的机械功率； B 转轴上输出的机械功率； C 电枢端口输入的电功率； D 电枢端口输出的电功率。 答 D 2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =?，则其电枢反应的性质为（ ）。 A 交轴电枢反应； B 直轴去磁电枢反应； C 直轴去磁与交轴电枢反应； D 直轴增磁与交轴电枢反应。 答 C 3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。 A 漏阻抗较大； B 短路电流产生去磁作用较强； C 电枢反应产生增磁作用； D 同步电抗较大。 答 B
4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ ）。 A q aq d ad X X X X X >>>>σ； B σX X X X X q aq d ad >>>>； C σX X X X X ad d aq q >>>>； D σX X X X X aq q ad d >>>>。 答 D 5. 同步补偿机的作用是（ ）。 A 补偿电网电力不足； B 改善电网功率因数； C 作为用户的备用电源； D 作为同步发电机的励磁电源。 答 B 三、判断 1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零 。 （ ） 答 错 2. 同步发电机的功率因数总是滞后的 。 （ ） 答 错 3. 一并联在无穷大电网上的同步电机，要想增加发电机的输出功率，必须增加原动机的输入功率，因此原动机输入功率越大越好 。 （ ） 答 错 4. 改变同步发电机的励磁电流，只能调节无功功率。 （ ） 答 错 5. ★同步发电机静态过载能力与短路比成正比，因此短路比越大，静态稳定性越好。（ ） 答 错 6. ★同步发电机电枢反应的性质取决于负载的性质。 （ ） 答 错 7. ★同步发电机的短路特性曲线与其空载特性曲线相似。 （ ） 答 错 8. 同步发电机的稳态短路电流很大。 （ ） 答 错 9. 利用空载特性和短路特性可以测定同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。（ ） 答 错 10. ★凸极同步电机中直轴电枢反应电抗大于交轴电枢反应电抗。 （ ） 答 对 11. 与直流电机相同，在同步电机中，U E >还是U E <是判断电机作为发电机还是电动机运行的依据之一。 （ ） 答 错 12. ★在同步发电机中，当励磁电动势0 E &与I &电枢电流同相时，其电枢反应的性质为直轴电枢反应 。 （ ） 答 错 四、简答 1. ★测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降至0.951n ，对试验结果有什么影
中图分类号:T M 36+1 文献标志码:A 文章编号:1001-6848(2009)11-0052-08 永磁无刷直流电机电枢反应综述与分析 谭建成 (中国电器科学研究院,广州 510300) 摘 要:就电枢反应对永磁无刷直流电动机性能的影响进行归纳和分析,指出一些值得商榷的地方,如采用基于电枢反应磁势分布图方法分析电枢反应对气隙磁场的影响,与将基于电枢反应磁势分解为直轴和交轴分量的传统分析方法相比,可得到更直观的理解和更准确的认识。电枢反应影响程度大小的关键是转子磁路结构。最后讨论了分数槽集中绕组无刷电机电枢反应的特殊问题。 关键词:无刷直流电动机;电枢反应;去磁效应;磁势谐波;转子涡流损耗 S u mm a r y a n dA n a l y s i s o n t h e A r m a t u r e R e a c t i o n o f P e r m a n e n t Ma g n e t B r u s h l e s s D Cm o t o r T A NJ i a n -c h e n g (C h i n a E l e c t r i c a l A p p a r a t u s R e s e a r c h I n s t i t u t e ,G u a n g z h o u 510300,C h i n a ) A b s t r a c t :S u m m a r i z e d a n d a n a l y s e d o n t h e a r m a t u r e r e a c t i o n o f t h e p e r m a n e n t m a g n e t b r u s h l e s s D C m o -t o r ,a n d d i s c u s e d s o m e q u e s t i o n s a b o u t a r m a t u r e r e a c f i o n o f P e r m a r e n t m a g n e t b r u s h l e s s D Cm o t o r .K e y Wo r d s : B r u s h l e s s D Cm o t o r ;A r m a t u r e r e a c t i o n ;M M Fh a r m o n i c ;D e m a g n e t i z i n g e f f e c t ;E d d y -c u r r e n t l o s s 收稿日期:2009-09-290 引 言 永磁电机气隙磁场是由永磁磁势和电枢绕组磁势共同作用产生的。电机负载运行时电枢电流产生的磁势对气隙磁场的影响称为电枢反应。对有刷直流电机,其电枢反应磁场与主磁极磁场是正交的。电枢磁场使主磁极磁场发生歪扭。电动机状态时的电机极前端磁场加强,极后端磁场消弱,并且消弱和加强的磁动势基本相等。由于磁路饱和的影响,结果使主磁极总磁通有所消弱,并且负载越大,磁路越饱和,去磁作用越明显。电枢反应不仅对主磁极磁场有去磁作用,还引起主磁极磁通歪扭,使磁极物理中性面处磁场不再为零,给换向带来不利因素。而对永磁无刷直流电动机,毕竟其运行机理和结构不同,其电枢反应除与磁路结构及饱和程度有关外,还与电枢绕组形式、导通方式和状态角的大小等因素有关。而且,如下面分析可以看到,在一个状态角不同时刻电枢反应磁场和永磁磁场空间相对关系不是固定的,也和有刷直流电动机情况不同,所以无 刷直流电动机的电枢反应同有刷直流电动机的有区别。无刷直流电动机磁路设计时,如果还按有刷直流电动机那样考虑电枢反应来确定永磁体负载工作点,将会引起较大误差。有相当数量的文献就永磁无刷直流电动机的电枢反应对气隙磁通、感应电势、电磁转矩波动和正常换相的影响进行了研究。本文对此进行归纳和分析,并指出一些值得商榷的地方。 1 电枢反应磁势分解为直轴和交轴分量的分析方法 不少文献采用将电枢反应磁势分解为直轴分量和交轴分量的传统方法分析无刷直流电动机电枢反应的影响。为分析方便,先观察采用星形接法、整数槽绕组、三相六状态换相方式的两极内转子结构电机,如图1所示。这种接法的特点是每一工作周期有6个状态,每个状态占60°电角度。当电机转子逆时针方向旋转时,图1分别为一个状态的初始点、中间点和最终点时刻永磁转子的位置和电枢反应磁势的分解图。图中,F r 表示永磁磁势;每一状态有两相绕组串联导通(这里是A 相和B 相导通),电流I 产生的电枢反应磁势以F a 表 · 52·
发电机转子一点接地处 理 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
转子一点接地现象、原因及处理？现象： 转子一点接地报警，光字牌亮，表计无异常 转子绝缘监视电压表正、负对地指示值明显升高，转子正、负极对地电压之和接近或等于转子电压 原因： 1检修人员在励磁回路上工作时，因不慎误碰或其他原因造成转子接地； 2转子滑环，槽及槽口、端部、引线等部位绝缘损坏； 3长期运行绝缘老化，因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片位移，将转子通风孔局部堵塞，使转子绕组绝缘局部过热老化引起转子接地； 4鼠类等小动物或杂物窜入励磁回路； 5定子进出水支路绝缘引水管破裂漏水； 6励磁回路脏污等引起转子接地。 处理： （1）查何报警，复归音响 （2）切换转子绝缘装置，测量转子正负对地电压，判断转子接地靠近哪一侧，判断接地性质，是否。 （3）检查励磁回路是否有人工作，如系工作人员引起，应予以纠正。 （4）检查励磁回路各部位有无明显损伤或因脏污接地，若因脏污接地应进行吹扫。 （5）对有关回路进行详细外观检查，必要时轮流停用整流柜，以判明是否由于整流柜直流回路接地引起。（励磁回路检查） （6）检查励磁回路各表计，保护装置有否接地。（测量保护回路检查）
（7）检查转子线圈是否漏水。 （8）若备励磁具备运行条件，可倒备励运行。 （9）将自动励磁改为手动励磁运行，退出强励压板。 （10）寻找转子一点接地过程中，如发现机组有欠励或失磁情况下，一般可认为转子已由一点接地发展成两点接地或伴随着发电机漏水，则发电机应立即停机。 （11）若转子接地为一点稳定金属性接地，且无法查明故障点，除加强监视机组运行外，在取得调度同意后，将转子两点接地作用于跳闸，并申请尽快停机处理。 （12）当转子绝缘处理恢复后，一点接地信号复归，立即退出转子两点接地保护，改投转子一点接地保护。 转子回路一点接地时，因一点接地不形成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，故不影响机组的正常运行。此时，应检查“转子一点接地”光字牌信号是否能够复归。若能复归，则为瞬时接地；若不能复归，应检查转子一点接地保护是否正常，若正常，则可利用转子电压表通过切换开关测量正、负极对地电压，鉴定是否发生了接地。若发现某极对地电压降到零，另一极对地电压升至全电压（正、负极之间的电压值），说明确实发生了一点接地。 发电机励磁回路两点接地时的现象：励磁电流不正常，励磁电压降低或接近于零，无功指示降低，功率因数提高甚至进相，“转子一点接地”光字牌亮，警铃响，机组发生强烈振动，严重时，可能发生发电机失步或失磁保护动作跳闸，两点接地保护投入时，发变组跳闸。 1、发电机励磁回路两点接地时的处理，根据现象判断是发电机两点接地故障，保护未动作跳闸，应立即解列发电机。 2、当转子绝缘处理恢复后，一点接地信号复归，立即退出转子两点接地保护，改投转子一点接地保护。
电机与拖动测试题A 一、填空题（40分） 1、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_相反_____，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向__相同_____。 2、直流电动机的励磁方式有____他励________、___并励_______、___串励_______、_____复励_______四种。 3、并励直流发电机自励建压的条件是_______；_______；_______。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻) 4、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。（E a〈U；E a〉U） 5、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。（叠绕组；波绕组；叠） 6、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。（相反；相同） 7、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。（2p；2） 8、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（每极气隙磁通量；电枢电流） 9、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用） 10、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。（U=UN、φ=ΦN，电枢回路不串电阻；n；Tem 11、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 12、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的 _______倍。（2） 13、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 14、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 直流电机定子主磁极的作用是___产生磁场__________。 15、直流电动机的电磁制动有___能耗制动________、_反接制动_________ 、___回馈制动_______三种。 16、串励直流电动机的特点是：负载变化时励磁电流及主磁通同时该变，故负载变化时 ________转速________________变化很大，电磁转距则近似正比于电流的平方 变化。 17、直流电动机的静差度越小，表明电动机转速的相对稳定性越__高____，也表明机械特性越__硬_____。 18、可用下列关系来判断直流电机的运行状态：当___U>E____时为电动机状态，当__E>U____时为发电机状态。 I_______共同作用产19、直流电机的电磁转矩是由__每极气隙磁通 ______和__电枢电流 a 生的。