许晓峰《电机拖动》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。

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将为多大？

（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）。