(完整word版)第六章 同步电机综合习题
同步电机简答题计算题
第六章 同步电机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响？答 因空载电势0E 和转速成正比,如果转速降为195.0n ,则0E 也降低到额定转速下的95.0倍。
同步电抗与频率成正比,也降低到95.0倍,所以短路电流d k X E I 0 不变。
2. 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不用电枢旋转式？答 由于励磁绕组电流相对较小,电压低,放在转子上引出较方便。
电枢绕组电压高、容量大,放在转子上使结构复杂、引出不方便。
故大容量电机将电枢绕组作为定子,磁极作为转子,为旋转磁极式。
3. 为什么同步电机的气隙要比容量相同的感应电机的大？答 感应电机的励磁电流由电源供给,需要从电网吸取感性无功功率,如果气隙大,则励磁电流大,电机的功率因数低,因此在机械允许的条件下,气隙要尽量小一些。
同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励,从同步电机运行稳定性考虑,气隙大,同步电抗小,短路比大,运行稳定性高。
但气隙大,转子用铜量增大,制造成本增加。
气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成本这两方面的要求。
4. 同步发电机电枢反应性质由什么决定?答 电枢磁动势的基波与励磁磁动势同转速、同转向,在空间上始终保持相对静止的关系,但电枢反应的性质取决于这两个磁动势幅值的相对位置,而这一位置与励磁电动势0E 和电枢电流I 之间的相位差,即角度ψ有关,角ψ由决定于负载的性质。
当0E 与I 同相时, 0=ψ,电枢反应为交轴电枢反应,交轴电枢反应使气隙合成磁场幅值增加,而其轴线从主极轴线逆转子转向后移一个锐角。
当I 滞后0E 90时,电枢反应为直轴电枢反应,其性质完全是去磁的。
当I 超前0E 90时,,也为直轴电枢反应,其性质完全是助磁的。
一般情况下, 900<<ψ,此时的电枢反应兼有直轴去磁作用和交磁作用。
5. 试述直轴和交轴同步电抗的意义？如何用试验方法来测定？答 在凸极同步电机中,由于气隙不均匀为了计算方便,将电枢磁动势a F 分解为ad F 和aq F ,分别除以直轴磁阻和交轴磁阻,可得到ad Φ和aq Φ,它们分别在定子绕组感应电动势ad E 和aq E ,写成电抗压降形式,即ad d ad X I j E -= , aqq aq X I j E -= 和分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗,它们分别反映出上述直轴和记者电枢反应磁通的强弱。
同步电机练习题及答案
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 dq 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 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =ϕ，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 C3. 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 B4. ★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 >>>>。
电机及拖动第六章习题
（3）在原额定运行状态下，将励磁电流增大10%（不计饱和）时，δ、Pem、cosφ及I将为多大？ 6.21 某工厂从6000V的电网上吸收cosφ=0.6的电功率为2000kW，今装一台同步发电机，容量为720kW，效率为0.9，Y联结，求功率因数提高到0.8时，同步电动机的额定电流和cosφ。 6.22 有一水泵站原有四台PN=200kW，cos φN=0.75（滞后）的异步电动机，如将其中两台换为PN=200kW，cos φN=0.8（超前）的同步电动机，假设电动机均处于额定运行情况。试问： （1）换机前，水泵站需从电网吸收的视在功率和功率因数为多少？ （2）换机后，水泵站需从电网吸收的视在功率和功率因数又为多少？ （3）如不更换电动机，而装机一台同步调相机，欲使水泵站的功率因数提高到0.9（滞后），则调相机的容量应为多大？（设两种电动机的额定功率均为0.9）。
6.15 已知一台三相隐极同步发电机与大容量电网并联运行，已知UN=400V，Xt=1.2Ω，Y联结，当发电机输出功率为80kW时，cosφ=1，若保持励磁电流不变，减少输出功率到20kW，不计电阻，试求：（1）功角δ；（2）功率因数cosφ；（3）电枢电流I；（4）输出无功功率Q及其性质。 6.16 一台50MW，13.8kV，Y联结，cosφ= 0.8（滞后）的水轮发电机并联于一无穷大电网上，其参数Ra≈0，Xd*=1.15， Xq*=0.7，不计饱和的影响，试求：当输出功率为10000kW， cosφ= 1.0时发电机的励磁电动势E0*及功角δ；（2）若保持此输入有功功率不变，当发电机失去励磁时的δ，此时发电机还能稳定运行吗？ 6.17 从同步发电机过渡到同步电动机时，功角δ，电流I，电磁转矩Tem的大小和方向有何变化？ 6.18 一台汽轮发电机并入无穷大电网，额定负载时的功角δ=20o，现因外线发生故障，电网电压降为0.6UN，问欲使δ角保持在25o范围内，应使E0上升为原来的多少倍？ 6.19 一台汽轮发电机，额定功率因数cos φN=0.8（滞后），同步电抗Xt*=1.0，与无穷大容量电网并联运行，忽略电枢绕组电阻不计，试问： （1）当发电机供给90%额定电流，cos φN=0.8（滞后）时，发电机输出的有功功率和无功功率是多少？这时的空载电动势Et*及功角δ为多大？ （2）在上述运行情况下，调节原动机使发电机输出的有功功率为额定值的110%，且励磁电流保持不变，这时功角δ为多大？发电机输出的无功功率变为多大？若欲使无功功率输出不变，此时的空载电动势E0*及功角δ又为多少？（3）在第（1）种情况下保持来自原动机的输入功率不变，调节发电机励磁电流，使它输出的感性无功功率为额定值的110%（不计磁路饱和），此时空载电动势E0*及功角δ又为多？ 6.20 一台与无穷大容量电网并联运行的汽轮发电机，其SN=31250kV·A，UN=10.5kV，Y接线，cos φN=0.8（φN >0o），Xt=7Ω（Ra=0），试问： （1）发电机在额定状态运行时的功角δN，电磁功率Pem，比整步功率Psyn及静态过载能力λ各为多少？（2）若维持上述励磁电流不变，但输出有功功率减半时，δ、Pem、Psyn及cosφ将为6.1 什么是同步电机？试问150r/min，50Hz的同步电机是几极的？该机应是隐极结构，还是凸极结构？ 6.2 为什么大容量同步电机都采用旋转磁极式结构？ 6.3 试比较汽轮发电机和水轮发电机的结构特点。 6.4 试比较同步电机几种常用励磁方式的优缺点。 6.5 一台旋转电枢式三相同步发电机，电枢以转速n逆时针方向旋转，电枢磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的相对转速又是多少？ 6.6 一台同步电机，定子绕组施以三相对称低电压，并保持不变，试比较抽出转子与使转子在同步速沿电枢旋转磁场方向旋转这两种情况下定子电流的大小。 6.7 何谓同步发电机的电枢反应？电枢反应与机—电能量转换有何关系？ 6.8 为什么要把同步发电机的电枢电流分解为它的直轴分量和交轴分量？如何分解？有什么物理意义？ 6.9 有一台PN=300MW，UN=18kV,星形联结，cos φN=0.85（滞后）的汽轮发电机，Xt*=2.18（不饱和值），电枢电阻略去不计，当发电机运行在额定情况下，试求：不饱和的励磁电动势E0；（2）功角δN；（3）电磁功率Pem；（4）过载能力λ 。 6.10 一台三相水轮发电机，PN=1500MW，UN=6300V，Y联结，cos φN=0.8（滞后），Xd=21.2Ω，Xq=13.7Ω，电枢电阻略去不计。（1）绘出该发电机额定状态下的电动势相量图；（2）计算不计饱和时发电机的电压调整率?U；（3）额定运行时的电磁功率PemN。 6.11 为什么Xd在正常运行时应采用饱和值，而在短路时却采用不饱和值？ 6.12 测定同步发电机空载特性和短路特性时，如果转速降为0.95nN，对实验结果有什么影响？ 6.13 为什么同步发电机带感性负载时其外特性是下降的？ 6.14 试简述三相同步发电机投入并联的条件。为什么通常不采用自同期法并车？为什么在采用自同期法并车时，励磁绕组需串电阻短路？
电机学答案第6章《同步电机》
第六章 同步电机6．1 同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？同步电机：转子直流励磁，产生主磁场，包括隐极和凸极异步电机：转子隐极，是对称绕组，短路，绕组是闭合的，定子两者都一样。
6．2 什么叫同步电机？怎样由其极数决定它的转速？试问75r/min 、50Hz 的电机是几极的？同步电机：频率与电机转速之比为恒定的交流电机601f pn =，16060507540f n P ⨯===（极）6．3 为什么现代的大容量同步电机都做成旋转磁极式？∵励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便，而电枢绕组电压高 ，电流大，放在转子上使结构复杂，引出不方便，故大容量电机将电枢绕组作为定子，磁极作为转子，称为旋转磁极式。
6．4汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么？为什么有这样的特点？气轮发电机：转速高，一般为一对极，min 3000r n =，考虑到转子受离心力的作用，为很好的固定励磁绕组，转子作成细而长的圆柱形，且为隐极式结构。
转子铁心一般由高机械强度和磁导率较高的合金钢锻成器与转轴做成一个整体，铁心上开槽，放同心式励磁绕组。
水轮发电机：n 低，2P 较多，直径大，扁平形，且为立式结构，为使转子结构和加工工艺简单，转子为凸极式，励磁绕组是集中绕组，套在磁极上，磁极的极靴行装有阻尼绕组。
6．6 为什么水轮发电机要用阻尼绕组，而汽轮发电机却可以不用？水轮发电机一般为凸极结构，为使转子产生异步转矩，即能异步起动，加阻尼绕组。
汽轮发电机一般为隐极结构，它起动时的原理与异步机相同，∴不必加起动绕组。
6．7 一台转枢式三相同步发电机，电枢以转速n 逆时针方向旋转，对称负载运行时，电枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的转速又是多少？对电枢的转速为n ，为定子的转速为0，方向为顺时针。
原因是：要想产生平均转矩，励磁磁势与电枢反应磁势必然相对静止，而现在励磁磁势不变。
∴电枢反应磁势对定子也是相对静止的，而转子逆时针转，∴它必须顺时针转，方能在空间静止。
电工学课后习题第6章电动机习题及答案
6.2.4 某三相异步电动机，定子电压为 380 V，三角形联
结。当负载转矩为 51.6 N · m 时，转子转速为 740 r/min，效率为 80
％功率因数为 0.8。求：（1）输出功率；（2）输入功率；（3）定子 线流和相电流
返回第主一页页，共三十一页。
下一页
第6章 电 动 机
6.3.1 某三相异步电动机，PN＝30 kW，nN＝ 980 r/min， KM＝ 2.2，KS＝2.0，求: （1）U1l＝UN 时的 TM 和 TS；（2） U1l＝0.8 UN 时的 TM 和 TS。
频率 f2 。
【解】
第七页, 共三十一页。
返 回练习题题集
下一题
第6章 电 动 机
6.2.2 某三相异步电动机, p＝1, f1＝50 Hz, s＝0.02,
P2＝30 kW，T0 = 0.51N · m 。求: （1）同步转速；（2）转子转 速；（3 ）输出转矩；（4）电磁转矩。
【解】 （1）
（2）
【解】 （1） 由于TN<TL，故不能带此负载长期运行。 （2） 由于 ,故可以带此负载短时运行。 （3）
第十八页, 共返三十回一页练。习题题集
上一题
下一页
下一题
第6章 电 动 机
虽然
, 但由于
, 故不可带此负载直接起动。
第十九页, 共三返十回一回页练。习 题题集
上一题
上一页
下一题
第6章 电 动 机
（2） （3）
第九页, 共三十一页。 返 回练习题题集
上一题
下一页
下一题
（4）
第6章 电 动 机
第十页, 共三十一页返。 回练习题题集
上一题
同步电机的习题-25页word资料
说明：打“*”的题目有一定的难度。
1． 一台三相星形联结的隐极同步发电机，空载时使端电压为220V 所需的励磁电流为3A ，当发电机接上每相5Ω的星形联结纯电阻负载时，要使端电压仍为220V ，所需的励磁电流为3.8A 。
不计电枢电阻，试求该发电机的同步电抗（不饱和值）是多大？ 解：空载时，励磁电流为3A ，每相励磁电动势为 )(12732200V E ==则负载时，每相励磁电动势为 )(87.16012738.3'0V E =⨯=接上每相5Ω的对称电阻后，每相电流为 4.255127==I （A ） 根据相量图中的几何关系，有222'0)(s IX U E += 所以，有 Ω=-=-=887.34.2512787.1602222'0IU E X s2．一台三相星形联结、1500kW 的水轮发电机，额定电压6300V ，额定功率因数8.0cos =N φ（滞后），已知它的参数7.13,3.21==q d X X ，忽略电枢电阻，试求：（1）X d 和X q 的标幺值； （2）画出相量图；（3）计算额定负载时的电动势E 0。
解：（1）先求阻抗基值。
NNN N N N N S U I U I U z 23/===ΦΦ 而 )(18758.01500cos kVA P S N N N ===φ所以)(168.21101875630032Ω=⨯=N z 故006.1168.213.21*===N d dz X X ，647.0168.217.13*===N q q z X X（2）额定负载时的相量图如图其中 ο32.578.016.01647.01cos sin arctan=⨯⨯+⨯=+=****nNq U U X I φφψο87.368.0arccos ==N φ（3）8417.032.57sin 1sin **=⨯==οψI I d7838.1)87.3632.57cos(1006.18417.0)cos(****0=-⨯+⨯=-+=οοN d d U X I E φψ相电动势为)(2.6488363007838.13*0V U E E N =⨯==3*．一台三相汽轮发电机，Y 联结，额定数据如下：功率kW P N 25000=，电压UN=6300，功率因数8.0cos =N φ（滞后），电枢绕组漏电抗Ω=0917.0σX ，忽略电枢绕组电阻，空载特性如下表：在额定负载下，电枢反应磁动势折合值a a F k 用转子励磁电流表示为250.9A ，试作出时空相量图并求额定负载下的励磁电流及电动势的大小。
第六章 同步电机习题
第六章 同步电机一、填空1. 同步发电机的定子铁心槽中嵌入着 绕组，转子励磁绕组通入的是 电流。
2. 两极同步发电机就以 r/min 旋转，才能发出50Hz 的交流电，当它以 旋转时，将发出60Hz 的交流电。
3. 汽轮同步发电机的转子采用 结构，水轮同步发电机的转子采用 结构。
4. 同步发电机输出三相电压的相序由 决定，如果改变原动机的旋转方向，则三相电压的相序将 。
5. 按结构形式分，同步电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两种，大型同步发电机采用结构形式，小容量同步电机采用 结构形式。
6. 同步发电机的“同步”含义是指 与 同步。
7. 同步发电机运行时，气隙中有两个旋转磁场，分别是 和 。
8. 同步发电机励磁电动势与电枢电流的相位差角Ψ，称为 ；端电压与电枢电流的相位差角Φ，称为 。
9. 同步发电机额定运行，若带感性负载，E 0比U ；若带容性负载，则E 0比U 。
10. 同步发电机，当0<Ψ<90o 时，电枢反应性质为 ；当-90o <Ψ<0时，电枢反应性质为 。
11. 电枢电抗是反映 的等效电抗，同步电抗是反映 的等效电抗。
12. 同步发电机带感性负载时端电压将下降，这是由于 和 引起的。
13. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3） 。
14. ★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。
二、选择1. 改变同步发电机的相序，需要（ ）A 改变励磁绕组所接直流电压的极性B 增大励磁电流C 互换定子绕组任意两相的出线端标志D 改变发电机的转向2. 将同步发电机的电枢置于转子，定子为磁极固定不动，则通过转子上的三个滑环可获得 （ ）A 直流电压B 三相交流电压C 直流磁动势D 交流磁动势3. 在同步发电机中，电枢反应的性质由（ ）决定。
A Ψ角B Φ角C δ角D Fa 的大小4. 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。
电机及拖动 第六章 习题
第六章同步电机思考题与习题6.1 什么是同步电机？试问150r/min，50Hz的同步电机是几极的？该机应是隐极结构，还是凸极结构？6.2 为什么大容量同步电机都采用旋转磁极式结构？6.3 试比较汽轮发电机和水轮发电机的结构特点。
6.4 试比较同步电机几种常用励磁方式的优缺点。
6.5 一台旋转电枢式三相同步发电机，电枢以转速n逆时针方向旋转，电枢磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的相对转速又是多少？6.6 一台同步电机，定子绕组施以三相对称低电压，并保持不变，试比较抽出转子与使转子在同步速沿电枢旋转磁场方向旋转这两种情况下定子电流的大小。
6.7 何谓同步发电机的电枢反应？电枢反应与机—电能量转换有何关系？6.8 为什么要把同步发电机的电枢电流分解为它的直轴分量和交轴分量？如何分解？有什么物理意义？6.9 有一台PN=300MW，UN=18kV,星形联结，cos φN=0.85（滞后）的汽轮发电机，Xt*=2.18（不饱和值），电枢电阻略去不计，当发电机运行在额定情况下，试求：不饱和的励磁电动势E0；（2）功角δN；（3）电磁功率P em；（4）过载能力λ。
6.10 一台三相水轮发电机，P N=1500MW，U N=6300V，Y联结，cos φN=0.8（滞后），Xd=21.2Ω，Xq=13.7Ω，电枢电阻略去不计。
（1）绘出该发电机额定状态下的电动势相量图；（2）计算不计饱和时发电机的电压调整率∆U；（3）额定运行时的电磁功率PemN。
6.11 为什么Xd在正常运行时应采用饱和值，而在短路时却采用不饱和值？6.12 测定同步发电机空载特性和短路特性时，如果转速降为0.95nN，对实验结果有什么影响？6.13 为什么同步发电机带感性负载时其外特性是下降的？6.14 试简述三相同步发电机投入并联的条件。
为什么通常不采用自同期法并车？为什么在采用自同期法并车时，励磁绕组需串电阻短路？6.15 已知一台三相隐极同步发电机与大容量电网并联运行，已知UN=400V，Xt=1.2Ω，Y联结，当发电机输出功率为80kW时，cosφ=1，若保持励磁电流不变，减少输出功率到20kW，不计电阻，试求：（1）功角δ；（2）功率因数cosφ；（3）电枢电流I；（4）输出无功功率Q及其性质。
同步电机习题
电机学第6章答案
由式6-12可得凸极同步发电机的等效电路，如图6-21所 示。
说明：
E0、 ψ0 的公式同样适用于隐极电机，只要令
Xd = Xq = Xt 公式中 U、I、E 均为相值； φ 性质：滞后φ >0 、超前φ <0； 公式可直接改为标幺值的形式。其基值选定如下：
容量基值 Sb = mU N Φ I N Φ
空载： I=0 ，If≠0 , n=nN 电磁关系 If Ff=NfIf Bf Φf Φ0 Φfσ E0
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
一、空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋 转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）
空载特性是同步电机的一条基本特性。如图6—11所示
6-9
不计磁饱和时
E ad 和 E aq 可以用相应的负电抗压降来表示
6-10 将式(6-10)代入式(6-9)，并考虑 I I I ， d q 可得
式中，Xd 和Xq 分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗， 它们是表征对称稳态运行时电枢漏磁和直轴或交轴电枢反 应的一个综合参数。上式就是凸极同步发电机的电压方程。 图6-19表示与上式相对应的相量图。 引入虚拟电动势 ，使 可得 6-12 由式6-12相量图如图6-20所示。由图6-20不难确定
0
1
Fad
0
Fa
I
E0
返回
3. 隐极同步电机的电枢反应特点
其结构特点是气隙均匀，故同一电枢磁势作用在圆周气隙上 的任何位置所产生的气隙磁场和每极磁通量都是相同的，没 必要象凸极转子一样分解成交、直两个分量，可以整体考虑 电枢反应的影响，具体过程如下： 当磁路不饱和时，采用叠加原理求解，即： Φδ= Φ0+ Φa ; E δ=E0+Ea
同步电机综合例题
同步电机综合例题：题目：一台kVA 31250的汽轮同步发电机与无穷大电网并联运行，Y 接线，80.cos N =ϕ（滞后），同步电抗Ω=537.X S ，额定运行时的空载相电动势kV .E 2170=，不考虑磁路饱和和电枢回路电阻。
（1）发电机在额定运行时，端电压U （相值）、电磁功率em P 、功角N δ、输出的无功功率Q 和过载能力λ各为多少？（2）维持额定励磁电流不变，减小汽轮机的输出，使发电机的有功功率减少一半，此时电磁功率em P 、功角δ、输出的无功功率2Q 、功率因数ϕcos 、定子电枢电流I 各为多少？（3）若维持发电机的有功功率为额定时的有功功率不变，减少发电机的励磁电流，使空载电动势为kV E 130='，此时发电机的功角δ、无功功率3Q 、功率因数ϕcos 各为多少？解：（1）⎩⎨⎧++==22203)IX sin U ()cos U (E UI S s N N N ϕϕ 即：⎩⎨⎧⨯+⨯+⨯==222537608021732531).I .U ().U (.UI. 得⎩⎨⎧==kA.I kV .U 707116 kW .cos S P P N N N em 250008031250=⨯===ϕ93880165377071601611.......tan cos U IX sin U tan N N S N N N =-⨯⨯+⨯=-+=-=--ϕϕϕϕψδ var M .)/..cos .(/.)U cos E (X U mQ S 91243510041737167351030=-⨯=-=δ 448091245125122222....Q P P cos em em=+=+''=ϕ A ..cos U P I N N em153444805103125003=⨯⨯='=ϕ591938110..sin sin k N p ===δ N S em sin X U E m P δ0= δsin X U E m P P Sem em 021==' 二式相比δδδsin .sin sin sin N 09352== 00417.=δ （2分） MW .MW P P N em 50012252121=⨯==' （1分） var M .)/..cos .(/.)U cos E (X U m Q S 91243510041737167351030=-⨯=-=δ （2 分）448091245125122222....Q P P cos em em =+=+''=ϕ（1 分） A ..cos U P I N N em153444805103125003=⨯⨯='=ϕ（1 分）。
第六章 同步电机综合习题
1. ★有一台三相汽轮发电机，PN=25000kW，UN=10.5kV，Y接法， （滞后），作单机运行。由试验测得它的同步电抗标么值为。电枢 电阻忽略不计。每相励磁电动势为7520V，试求分下列几种情况接 上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质： (1) 每相是纯电阻； (2) 每相是纯电感； (3) 每相是电阻电容性负载。 解 阻抗基值
子转向后移一个锐角。当滞后时，电枢反应为直轴电枢反应，其性质完
全是去磁的。当超前时，，也为直轴电枢反应，其性质完全是助磁的。
一般情况下，，此时的电枢反应兼有直轴去磁作用和交磁作用。
5. 试述直轴和交轴同步电抗的意义？如何用试验方法来测定？ 答 在凸极同步电机中，由于气隙不均匀为了计算方便，将电枢磁 动势分解为和，分别除以直轴磁阻和交轴磁阻，可得到和，它们分别在 定子绕组感应电动势和，写成电抗压降形式，即 ， 和分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，它们分别反映出上 述直轴和记者电枢反应磁通的强弱。 直轴同步电抗为 交轴同步电抗为 和表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为时，三相总磁场在电枢 绕组中每相感应的电动势。 利用空载和短路特性可测定的不饱和值；利用空载和零功率因数负载特 性可测定的饱和值；利用转差法可测定和的不饱和值。 6. ★凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗大于交轴电枢反
12. ★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 空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是由转子绕组中的直 流电流激励的。负载后，定子三相电流产生旋转磁动势，其基波以同步 速度旋转，与转子相对静止。气隙磁场是由转子绕组中直流电流和定子 绕组中三相交流电流共同激励产生的。
13. ★同步电机转子表面气隙磁通密度分布的波形是怎样的?转子表 面某一点的气隙磁通密度大小随时间变化吗?定子表面某一点的 气隙磁通密度随时间变化吗?
同步电机练习题及答案
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 dq 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 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =ϕ，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 C3. 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 B4. ★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 >>>>。
第6章 同步电机《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
习题解答 6-1 同步电机有哪几种运行状态，如何区分？ 答：同步电机有三种运行状态，分别是发电机运行状态、电动机运行状态和补偿 机运行状态。发电机运行状时，电机的功率角大于 0°，电机把机械能转化为电 能；电动机运行状态时，功率角小于 0°，电机把电能转化为机械能；补偿机运 行状态时功率角等于 0°，电机只发出无功功率，实质上补偿机就是空载运行的 同步电动机。 6-2 何谓同步电机的电枢反应？电枢反应的性质取决于什么？ 答：电枢磁动势的基波对气隙基波磁场的影响称为电枢反应。电枢反应的性质取 决于内功率因数角，也就是电枢电流滞后于励磁电动势的角度。当内功率因数角 等于 0°时，只产生交轴电枢反应；当内功率因数角大于 0°且小于 90°时，除产生 交轴电枢反应外，还产生去磁的直轴电枢反应；当内功率因数角小于 0°且大于 -90°时，除产生交轴电枢反应外，还产生助磁的直轴电枢反应。 6-3 试述交轴和直轴电枢反应对同步发电机中能量转换和运行性能的影响。 答：同步发电机并网运行时，直轴电枢反应影响着电机输出的无功功率，交轴电 枢反应影响电机输出的有功功率。同步发电机单机运行时，直轴电枢反应影响发 电机的输出电压，交轴电枢反应影响发电机的有功输出。 6-4 试述电枢反应电抗 X a 的意义。
X s(饱和）
E0 I
6300 / 887
3 4.10Ω
饱和同步电抗标幺值
X
s ( 饱1和）
4.10 2.645
1.55Ω
（2）
短路比 KC
X
1
* s（饱和）
1 1.55
0.645
KC
If0 I fk
102 158
0.646
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 。
7. 答 减小8. ★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 δs i n 2)X 1X 1(mU dq 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 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =ϕ，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 C3. 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 B4. ★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 D5. 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 对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0E 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响？答 因空载电势0E 和转速成正比，如果转速降为195.0n ，则0E 也降低到额定转速下的95.0倍。
同步电抗与频率成正比，也降低到95.0倍，所以短路电流d k X E I 0=不变。
2. ★为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不用电枢旋转式？答 由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较方便。
电枢绕组电压高、容量大，放在转子上使结构复杂、引出不方便。
故大容量电机将电枢绕组作为定子，磁极作为转子，为旋转磁极式。
3. ★为什么同步电机的气隙要比容量相同的感应电机的大？答 感应电机的励磁电流由电源供给，需要从电网吸取感性无功功率，如果气隙大，则励磁电流大，电机的功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽量小一些。
同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，从同步电机运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。
但气隙大，转子用铜量增大，制造成本增加。
气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成本这两方面的要求。
4. ★同步发电机电枢反应性质由什么决定?答 电枢磁动势的基波与励磁磁动势同转速、同转向，在空间上始终保持相对静止的关系，但电枢反应的性质取决于这两个磁动势幅值的相对位置，而这一位置与励磁电动势0E 和电枢电流I 之间的相位差，即角度ψ有关，角ψ由决定于负载的性质。
当0E 与I 同相时， 0=ψ，电枢反应为交轴电枢反应，交轴电枢反应使气隙合成磁场幅值增加，而其轴线从主极轴线逆转子转向后移一个锐角。
当I 滞后0E90时，电枢反应为直轴电枢反应，其性质完全是去磁的。
当I 超前0E90时，，也为直轴电枢反应，其性质完全是助磁的。
一般情况下， 900<<ψ，此时的电枢反应兼有直轴去磁作用和交磁作用。
5. 试述直轴和交轴同步电抗的意义？如何用试验方法来测定？答 在凸极同步电机中，由于气隙不均匀为了计算方便，将电枢磁动势a F 分解为ad F 和aq F ，分别除以直轴磁阻和交轴磁阻，可得到ad Φ和aq Φ，它们分别在定子绕组感应电动势ad E 和aq E ，写成电抗压降形式，即ad d ad X I j E -= ， aqq aq X I j E -= 和分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，它们分别反映出上述直轴和记者电枢反应磁通的强弱。
直轴同步电抗为 σX X X ad d +=交轴同步电抗为 σX X X ad d +=d X 和q X 表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为A 1时，三相总磁场在电枢绕组中每相感应的电动势。
利用空载和短路特性可测定的d X 不饱和值；利用空载和零功率因数负载特性可测定d X 的饱和值；利用转差法可测定d X 和q X 的不饱和值。
6. ★凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗ad X 大于交轴电枢反应电抗aq X ？答 在凸极电机中沿电枢圆周的气隙是很不均匀的，分析其电枢反应时，要用双反应理论，即 把 电枢反应磁动势分解成垂直和平行于电动势0E 的两个分量ad F 和aq F ，它们分别产生直轴电枢反应磁通ad Φ和交轴电枢反应磁通aq Φ，相应的电流也分解成两个分量。
因此 ad ad ad d E F I ∝Φ∝∝ 或 ad d ad X I E =，d ad d I E X =ad ad ad d E F I ∝Φ∝∝ 或 aq q aq X I E =，q aq q I E X =由于直轴磁路的磁导比交轴磁路的磁导要大得多，同样大小的电流产生的磁通和相应的电动势也大德多，所以电抗aq ad X X > 。
7. ★为什么同步发电机的短路特性是一条直线？答 同步发电机稳态短路时，电枢磁动势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁动势，气隙合成磁动势为ad f F F F '-='δ，合成电动势为σδX I j E ≈，即合成电动势只等于漏抗压降。
所以其对应的气隙合成磁通很小，电机的磁路处于不饱和状态，由于气隙合成磁动势I E F ∝∝'δδ，而I F k F ad ad ad∝='，所以励磁磁动势ad f F F F '+'=δ必然正比于I ，故短路特性)(f k I f I =是一条直线。
8. ★为什么从空载特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？为什么从空载特性和短路特性不能准确测定直轴同步电抗？答 凸极同步发电机的电动势方程式为qq d d a X I j X I j R I U E +++=0 三相短路时0=U ，由于发电机的电枢电阻远小于同步电抗，短路电流可认为是纯感性的，即 90=ψ，0=q I ，d I I =，d d d X I j X I j E ==0，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d X 。
由于短路情况下电枢磁动势基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d X 的不饱和值。
由于0=q I ，不能从空载和短路特性求出q X 。
9. ★在直流电机中，U E >还是U E <是判断电机作为发电机运行还是电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？答 在同步电机中，励磁电动势0E 和电机端电压U 都是电压相量，不能根据它们的大小来判断电机的运行状态，而应该根据气隙合成磁场轴线与主磁极轴线的相对位置来决定。
当主磁极场轴线超前合成磁场轴线时，为发电机状态；重合时为调相机状态；滞后时为电动机状态。
10. ★什么是同步电机的功角特性？θ角有什么意义？答 当电网电压U 和频率f 恒定，参数d X 和q X 为常数、励磁电动势0E 不变时，同步电机的电磁功率只决定于0E 与U 的夹角θ，θ称为功率角，)(θf P em =为同步电机的功角特性。
由于电机的漏阻抗远小于同步电抗，从空间上看，功率角θ可近似认为时主磁极轴线与气隙合成磁场轴线之间的夹角；从时间上，功率角θ励磁电动势0E 与电压U 之间的夹角。
11. ★一般同步发电机三相稳定短路，当N k I I =时的励磁电流fk I 和额定负载时的励磁电流fN I 都已达到空载特性的饱和段，为什么前者d X 取未饱和值而后者取饱和值？为什么q X 一般总是采用不饱和值？答 短路时由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通很小，电机磁路处于不饱和状态，此时对应的是d X 的不饱和值。
额定负载运行时，气隙磁通较大，直轴磁路处于饱和状态，此时对应的是d X 的饱和值。
交轴磁路的气隙大磁阻大，磁路不饱和，故q X 一般取不饱和值。
12. ★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 空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是由转子绕组中的直流电流激励的。
负载后，定子三相电流产生旋转磁动势，其基波以同步速度旋转，与转子相对静止。
气隙磁场是由转子绕组中直流电流和定子绕组中三相交流电流共同激励产生的。
13. ★同步电机转子表面气隙磁通密度分布的波形是怎样的?转子表面某一点的气隙磁通密度大小随时间变化吗?定子表面某一点的气隙磁通密度随时间变化吗?答：凸极同步电机转子表面气隙磁通密度分布的波形接近于正弦波，其中含有一系列 奇数次谐波；隐极同步电机转子表面气隙磁通密度分布的波形是接近正弦的阶梯状波，其 中也含有一系列奇数次谐波．转子表面某一点的气隙磁通密度大小不随时间变化(电枢电流为零时)，但由于转子 是旋转的，因此定子表面某一点的气隙磁通密度是随时间变化的．五、计算1. ★有一台三相汽轮发电机，P N =25000kW ，U N =10.5kV ，Y 接法，8.0cos =N ϕ（滞后），作单机运行。