同步电机课后习题参考答案
电机习题与解答(同步电机)
6.1 三相同步发电机基本工作原理和结构6-1-1 同步发电机是怎样发出三相对称正弦交流电的？答： 同步发电机的转子上绕有励磁绕组，通以直流电励磁，产生磁场，并由原动机带动旋转，使定子三相对称绕组不断切割转子磁场而感应出三相交流电动势。
（1）波形：由于感应电动势的波形主要取决于转子磁场在气隙空间分布的波形，制造时使转子磁极的磁场在气隙空间尽可能按正弦波分布，三相绕组的Y 形连接和采用短距、分布绕组，便得到正弦波形的感应电动势；（2）大小：由于定子三相绕组对称，它们切割同一个转子磁场，三相感应电动势也对称，大小均为01144.4Φ=W K fN E（3）相位差和相序：由于定子绕组在空间位置上互差1200电角度，转子旋转磁场切割定子三相绕组在时间上有先后顺序，定子的三相感应电动势在时间相位上就互差1200电角度，如果将先切割的一相定义为A 相，则后切割的那两相就为B 相和C 相，因此三相电动势的相序与转子转向一致，其由转子转向决定； （4）频率：转子转过一对磁极，感应电动势就经历一个周期的变化，若电机有p 对磁极，转子以每分钟n 转旋转，则每分钟内电动势变化pn 个周期，即频率为：60pn f =也就是当电机的磁极对数p 一定时，频率f 和转速n 有严格不变的关系。
6-1-2 什么叫同步电机？其感应电动势频率和转速有何关系？怎样由其极数决定它的转速？答： 转子的转速恒等于定子旋转磁场的转速的电机称为同步电机，其感应电动势的频率与转速之间的关系是：60pnf =，当电机的磁极对数p 一定时，f ∝n ，即：频率f 与转速n 之间保持严格不变的关系。
6-1-3 说明汽轮发电机的基本结构，为什么汽轮发电机的转子采用隐极式，而水轮发电机的转子采用凸极式？答：汽轮发电机的基本结构由定子、转子两部分组成，定子由定子铁心、电枢绕组、机座及端盖等部件组成；转子由转子铁心、励磁绕组、护环、集电环、中心环、阻尼绕组和风扇等组成。
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
同步电机练习题与答案
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一样，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 >>>>。
电机学作业及答案(同步电机)
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 ϕ，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 NN N N 6.46489.0108.13310100cos 336=⨯⨯⨯⨯==ϕ（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 =⨯==ϕ （3）转速 min /15020506060r 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。
同步电机课后习题参考答案
14-1水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？14-2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz电网上，转速为150r/min的水轮发电机的极数为多少？14-5 一台三相同步发电机S N=10kV A，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N和额定运行时的发出的有功功率P N和无功功率Q N。
14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？答案：14-3 2p=4014-4 I N=14.43A，P N=8kW，Q N=6 kvar15-1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每相的值？15-2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响：（1）铁心饱和程度增加；（2）气隙增大；（3）电枢绕组匝数增加；（4）励磁绕组匝数增加。
15-9 (1) *0E =2.236， (2) *I =0.78（补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) *0E =1.771, 0E =10.74kV ，4.18=θ 15-11 0 2.2846E *=, 013.85kv E =，32.63θ=15-12 012534.88v E =，57.42ψ=，387.61A d I =，247.7A q I =16-1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降到0.5n 1则短路特性，测量结果有何变化？16-2 什么叫短路比，它与什么因素有关？16-3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘd 非和Kc 的方法。
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 >>>>。
同步电机习题和答案解析
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Xad大于交轴电枢反应电抗Xaq？[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0.95nN，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Ik =IN时的励磁电流Ifk和额定负载时的励磁电流IfN 都已达到空载特性的饱和段，为什么前者Xd取不饱和值而后者取饱和值？为什么Xq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Xd 、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，PN ＝25000kW，UN＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后），作单机运行。
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。
第四篇同步电机习题解答
第四篇 同步电机习题解答15-1 一台三相隐极同步发电机，25000kW N P =,10.5kV N U =,Y 接，cos 0.8N ϕ=滞后，已知7.52, 0t a x R =Ω≈，每相励磁电动势07520V E =。
求下列几种情况下的电枢电流，并说明其电枢反应的性质：（1）每相接7.52Ω的三相对称纯电阻负载；（2）每相接7.52Ω的三相对称纯电感负载；（3）每相接15.04Ω的三相对称纯电容负载；（4）每相接7.547.54j -Ω的三相对称电阻电容负载。
解：0a t L a t L t E U IR jIx IZ IR jIx IZ jIx =++=++≈+ 0L tE IZ jx =+ , 令0075200V E =∠ （1）7.52L Z =Ω00075200701.145(A)7.527.52L t E I Z jx j ∠===∠++ 为直轴和交轴电枢反应；（2）7.52L Z j =Ω0007520050090(A)7.527.52L t E I Z jx j j ∠===∠-++ 为直轴去磁电枢反应；（3）15.04L Z j =-Ω00075200100090(A)15.047.52L t E IZ jx j j ∠===∠+-+ 为直轴增磁电枢反应；（4）7.527.52L Z j =-Ω0007520010000(A)7.527.527.52L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为交轴电枢反应。
15-2 一台凸极同步发电机，72500kW N P =,10.5kV N U =，Y 接，c o s 0.8N ϕ=滞后，1, 0.554, 0d q a x x R**==≈。
试求额定负载下运行时发电机的0, , d q I I E ψ及。
解：Y 接，0cos 0.8, 36.87N N ϕϕ==34983(A)pNN I I ====36062(V)pNU ===0sin 1110.655.27cos 10.8q I x U arctgarctgU ϕψϕ****+⨯+⨯===⨯0sin 4983sin55.294095.3(A)d pN I I ψ==⨯= 0cos 4983cos55.292838.9(A)q pN I I ψ==⨯=0cos()sin d E U I x ψϕψ****=-+0001.0cos(55.2936.87)11sin55.29 1.771=⨯-+⨯⨯=300 1.77110.51018.58(kV)N E E U *=⨯=⨯⨯=(线电动势)。
12章 同步发电机的基本理论 课后答案
动势，电枢绕组匝数不可能太少，为了减小励磁安匝数，气隙应尽可能小，所以同步电抗不可能做得较 小。 （1）电枢绕组匝数增加，同步电抗增大； （2）铁心饱和程度提高，铁心磁导率降低，同步电抗减小； （3）气隙加大，同步电抗减小； （4）励磁绕组匝数增加，同步电抗不变。 12.9 同步发电机带上 0 的对称负载后，端电压为什么会下降，试从电路和磁路两方面来分析。
*
的相位关系，或者说取决于负载的性质。 与励磁电动势 E 答：电枢反应的性质取决于负载电流 I 0
（1）带电阻负载时，由于同步电抗的存在，负载性质呈阻感性，故电枢反应起交磁和直轴去磁作用；
* （2）带电容负载 X s 0.8 时，由于它小于同步电抗（ X s ，总电抗仍为感抗，电枢电阻很小，因 1.0 ）
或者说，因为发电机的直轴同步电抗较大，起限制短路电流的作用，所以短路电流不大。 12.11 列出隐极和凸极同步发电机在纯电容性负载下的电势方程式，并绘出其相量图。
U jI X E s 0 答： 隐极发电机的电势方程式和相量图： U jIX C
（ X C X s 时）
Xd
12.13 有一台三相隐极汽轮发电机，定子绕组 Y 接法，额定功率 PN 25000kW ，额定电压
U N 10.5kV ，额定电流 I N 1720A ，同步电抗 X s 2.3 ，不计电阻压降，用作图法求：
（1） I a I N ， cos 0.8 （滞后）时的 E0 ； （2） I a I N ， cos 0.8 （超前）时的 E0 。 解： （1） X s
由于凸极同步电机的气隙不均匀直轴处气隙小磁阻小交轴处气隙大磁阻大同样的电枢磁动势作用在不同位置时遇到的磁阻不同产生的电枢反应磁通不同对应的电枢反应电抗也不同即电枢磁动势电枢电流与电枢反应磁通电枢电动势之间不是单值函数关系因此分析凸极同步电机时要采用双反应理论
同步电机习题答案
同步电机习题答案一、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。
；励磁磁动势F；等效合成磁动势F；电压U励磁电动势E0f17.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=dT0，90d8.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。
同步电机习题和答案解析讲课教案
6.26设有一台三相、Y接法凸极同步发电机，测得各种参数如下：Xd=1.45Ω, Xq=1.05Ω,X-=0.599Ω, X0=0.20Ω。电机每相空载电势E0=220V时，试求：
(1)三相稳态短路电流；
(2)两相稳态短路电流；
(3)单相对中点稳态短路电流；
[答案见后]
参考答案见后
6.1答：空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是转子绕组中直流电流激励的。负载以后，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的。
[答案见后]
6.14试述直流同步电抗Xd、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，PN＝25000kW，UN＝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。电枢电阻忽略不计。每相励磁电动势为7520V，试分析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：
[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0.95nN，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Ik=IN时的励磁电流Ifk和额定负载时的励磁电流IfN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者Xd取不饱和值而后者取饱和值？为什么Xq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？
第6章 同步电机《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
交轴电枢电流 Iq IN cos 0 45.82cos 60 22.91A
直轴同步电抗 X d
E0 U cos Id
102.2Ω
交轴同步电抗 X q
U sin Iq
62.36Ω
6-10 有一台 70000kVA、60000kW、13.8kV(星形联结)的三相水轮发电机，交、
* p
Xp Zb
3.05 12.7
0.24
源程序
% Exercises 6-13
% Calculate voltage regulatinon & rated field current
clc;
clear;
EE0=[0 0.251 0.452 0.791 0.979 1.117 1.199 1.255 1.299];%pu volue IIf=[0 45 80 150 200 250 300 350 400];%A U=1.0;% pu volue Pf=0.8; Xp=0.24;% pu volue Ifk=158;% A IN=1.0;% pu volue Ra=0.0;% pu volue fai=acos(0.8); pufai=atan((U*sin(fai)+IN*Xp)/(U*cos(fai)+IN*Ra)); E=sqrt((U*cos(fai)+IN*Ra)^2+(U*sin(fai)+IN*Xp)^2); F=interp1(EE0,IIf,E); KadFa=135; FfN=sqrt(F^2+KadFa^2-2*F*KadFa*cos(pi/2+pufai)); E0=interp1(IIf,EE0,FfN); deltaU=(E0-U)/U*100; disp(['Voltage regulation(%)= ',num2str(deltaU)]); disp(['Rated field current= ',num2str(FfN)]); 运行结果：Voltage regulation(%)= 28.6146
电机学第11章同步发电机的基本工作原理和结构思考题与习题参考答案
20 1第11章同步发电机的基本工作原理和结构思考题与习题参考答案11.1同步发电机感应电动势的频率和转速有什么关系？在频率为50H z 时，极数和转速有什么关 系？答:频率与转速的关系为： f 二凹 当频率为50Hz 时，pn = 60 50 = 3000 。
6011.2为什么汽轮发电机采用隐极式转子，水轮发电机采用凸极式转子？答：汽轮发电机磁极对数少（通常 p=1），转速高，为了提高转子机械强度，降低转子离心力，所以采用细而长的隐极式转子；水轮发电机磁极对数多，转速低，所以采用短而粗的凸极式转子。
11.3试比较同步发电机与异步电动机结构上的主要异同点。
答：同步发电机和异步电动机的定子结构相同，都由定子铁心、定子三相对称绕组、机座和端盖等 主要部件组成。
但这两种电机的转子结构却不同，同步发电机的转子由磁极铁心和励磁绕组组成， 励磁 绕组外加直流电流产生恒定的转子磁场。
转子铁心又分为隐极式和凸极式两种不同结构。
异步电动机的 转子分为笼型和绕线型两种结构形式，转子绕组中的电流及转子磁场是依靠定子磁场感应而产生的， 故 也称为感应电动机。
11.4 一台汽轮发电机，极数 2p =2 , P N = 300MW ,U N =18kV , cos :N =0.85, f N =50Hz ， 试求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率(2) P N -300MW S N =P N /COS N =300/0.85 = 352.94MVAQ N 二 S N sin N 二 352.94 0.527 二 186M var11.5 一台水轮发电机，极数 2p =40，P N =100MW ,U N =13.8kV , cos = =0.9 , f N =50Hz ， 求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率；（3）发电机的转速 S N =P N /cos N =100/0.9 = 111.11MVAQ N 二 S N sin N =111.11 0.436 = 48.44M var(3) 60f N n = p 60 50 =150r / min解:( 1)I N 二 3U N COS \ 300汇106 、3 18 103 0.85 = 11320.6A解:（ 1） _ _ P N N J3U N cosh100"063 13.8 103 0.9 二 4648.553A(2) P N -100MW。
同步电机课后习题(2003)
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同步电机
6-5：试说明隐极同步发电机带上纯电阻负载时，电枢反应的性 质？ 答：当发电机的负载为纯电阻负载时，电枢电流I与电压U 同相位，由于U滞后于 E 0 一个δ角度( E = U IR jI X )，故I也将 滞后于 E 0 一个δ角，即内功率因数角 等于δ，故有0 9 0 ， 所以此时电枢反应的性质为既存在交轴电枢反应，也存在直轴 电枢反应，且直轴电枢反应为去磁作用。
内功率因数角：
0
a rc ta n
U U
s in I X
q
cos I Ra
a rc ta n
1 0 .6 1 0 .9 7
功率角：
0
53 . 97
cos I d X
d
cos N
N
SN
70000
0 .8 5 7 1 4
N 31
内功率因数角
0
a rc ta n
U s in I X U
q
cos I Ra
a rc ta n
1 s in 3 1 1 0 .7 1 cos 31
5 4 .7 9 8
同步电机
由Ｘ∝ fN Λ知： 2 Xd 正比于频率f，电枢相绕组的串联匝数的平方N 以及直轴气隙 磁导Λd ； Xq 正比于频率f，电枢相绕组的串联匝数的平方N2以及直轴气隙 磁导Λq。 注：因为d轴气隙小于q轴气隙，所以：Λd＞Λq 从而：Xd > Xad > Xq > Xaq > Xσ
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14- 1 水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？14- 2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz 电网上，转速为150r/min 的水轮发电机的极数为多少？14-5 一台三相同步发电机S N=10kVA，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N 和额定运行时的发出的有功功率P N 和无功功率Q N。
14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？答案：14-3 2p=4014-4 I N =14.43A ，P N =8kW ，Q N=6 kvar1 / 92 / 915- 1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每 相的值？15- 2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响： （1）铁心饱和程度增加； （2）气隙增大； （3） 电枢绕组匝数增加； （ 4）励磁绕组匝数增加。
15-9 (1) E 0 =2.236 ， (2) I =0.78 ( 补充条件： Ｘ*S 非=1.8）15-10(1) E 0 =1.771,E 0 =10.74kV ， 18.415-11 E 0 2.2846 , E 0 13.85kv， 32.6315-12 E 0 12534.88v ， 57.42， I d 387.61A ， I q 247.7A16- 1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降 到 0.5n 1 则短路特性，测量结果有何变化？16- 2 什么叫短路比，它与什么因素有关？16-3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘd 非和 Kc 的方法。
16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组 Y 接法，额定容量 S N =7500kV A ，额定 电压 UNN 短路实验测得 k N 时， fk ，零功率因数实验 I=I N ，U=U N 时测得 fN0 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出 X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性 求出 X σ和 I fa ；（3）额定运行情况下的 I fN 和 u 。
16-5 一台 15000kVA 的 2 极三相 Y 联接汽轮发电机， U N 10.5kV ，cos N 0.8（滞**d p a 1（2）额定负载时的励磁电流标么值。
同步电机课后习题参考答案16- 6 一台汽轮发电机ＳＮ＝１５０００ＫＶＡ，ＵＮ＝６. ３ＫＶ，ＩＮ＝１３７５Ａ，星形接线cos φＮ＝０. ８(滞后)，由空载试验求得对应额定线电压６３００Ｖ下的励磁电流为１０２安，由短路试验求得对应ＩＫ＝ＩＮ＝１３７５Ａ下的气隙线上的ＥＯＫ＝１２３９０Ｖ，此时的励磁电流为１５８Ａ。
试求：Ｘd*和Kc。
16- 7 三相汽轮发电机, 已知空载特性:短路特性ＩK* ＝ 1.0 ，Ｉf* ＝1.43 及零功率因数负载点Ｉ=ＩN ，Ｕ＝ＵN ，COSΦ=0 时Ｉf*＝2.8 试求:(1) 该电机的保梯电抗X p；(2)X d的非饱和值。
16- 8 用标么值画出同步发电机空载及零功率因数负载特性曲线，说明求取I f a的方法。
参考答案：16-4 ① x d非5.87 , K C 0.96 ；② 作图, x 1.018 ，I fa 165A ；③ 作图, I fN 377.5A ，u% 27%16-5 ① I*fk 1.833；②作图，I *fN 2.516-6 x*d非1.97; K C 0.6516-7 ① x*p0.17; ② x*d非1.7163 / 9同步电机课后习题参考答案17- 1 三相同步发电机投入并联时应满足哪些条件？怎样检查发电机是否已经满足并网条件？如不满足某一条件，并网时会发生什么现象？17- 2 同步发电机与电网并联瞬间，其它并联条件均已满足，仅发电机的电压比电网电压略高一点，此时如果合闸，发电机会产生什么性质的电流？17- 3 功角在时间及空间上各表示什么含义？功角改变时，有功功率如何变化？无功功率会不会变化？为什么？17- 4 有一台三相汽轮发电机，额定功率P N=12000kW ，额定电压U N=6300V ，电枢绕组Y 接法，cosφN （滞后），x s=4.5Ω，发电机并网在额定状态下运行，额定频率f N=50Hz 时，不计电阻影响，试求（1）每相空载电势E0；（2）额定运行时的功角θ；（3）最大电磁功率P max；（4）过载能力K M17- 5 一台凸极三相同步发电机，U N=400V ，每相空载电势E0=370V ，电枢绕组Y 接，每相直轴同步电抗x d=3.5Ω，交轴同步电抗x q=2.4 Ω，该发电机并网运行，不计电阻影响，试求（1）额定功角θN=24°时，输向电网的有功功率是多少？（2）能向电网输送的最大电磁功率是多少？（3）过载能力为多少？17- 6 一台隐极三相同步发电机并联于无穷大电网运行，额定运行时功角θN=30 °，若因故障电网电压降为0.8 U N，假定电网频率仍不变，试求：（1）若保持输出有功功率及励磁不变，此时发电机能否继续稳定运行，功角θ为多少？（2）在（1）的情况下，若采用加大励磁的办法，使E0增大到原来的 1.6 倍，这时的功角θ为多大？17- 7 一台隐极三相同步发电机并网运行，额定数据为：S N=125000kVA，U N=10.5kV ，电枢绕组Y 接法，cosφN=0.8（滞后），每相同步电抗x s=1.6Ω，不计电阻影响，试求：（1）额定运行状态时，发电机的电磁功率P em 和功角θ；（2）此时如使原动机输入功率为零，不计损耗，求电枢电流为多少？17- 8 一台凸极同步发电机并网运行，额定数4 / 9据为：S N=8750kVA，U N=11kV，电枢绕组Y接法，cosφN=0.8（滞后），每相同步电抗x d=18.2Ω，x q=9.6Ω，不计电阻影响，试求：（1）当输出功率为2000kW ，cosφN=0.8（滞后）时，发电机的功角θ和每相空载电势E0;（2）若保持输出功率不变，发电机失去励磁，此时的功角θ为多少？能否稳定运行。
5 / 917-9 一台汽轮发电机数据如下：S N 31250kVA ，U N 10.5kV ，Y 接，cos N 0.8 （滞后），x s 7 ，定子电阻忽略不计，发电机与无穷大电网并联运行，试求：（1）在额定状态下运行时，功角、电磁功率各为多少；（2）若维持上述励磁电流不变，但输出有功减半，功角、电磁功率、cos 将变为多少；（3）发电机原来在额定状态下运行，现仅将励磁电流加大10%，此时功角、电磁功率、cos 及I 将变为多少？（不考虑磁路饱和的影响）17- 10 某并联于无穷大电网的隐极同步发电机原带额定负载运行（Φ＞０），现使有功减少一半，功率因数保持不变，试定性的画相量图说明调节前后的情况。
17-11 一台两极汽轮同步发电机ＳＮ＝353MVA，ＵＮ＝20KV，cosφＮ＝0.85 （滞后）Ｘs＊＝１.８６，此发电机并联于无穷大电网，已知：额定状态时的Ｅ０＊＝２. ５２，θＮ＝３８. ３４°。
试求：在额定状态的基础上将有功减半，维持励磁电流不变，此时功率角θ′为多大，Ｐem′和Ｅ０′为多大。
17-12 某并联于无穷大电网的隐极同步发电机原带额定负载运行（Φ ＞０），现使有功减少一半，但无功功率保持不变，试定性的画相量图说明调节前后的情况。
参考答案：17-4 （1）E0=8859.7 （2）δ=33.96 °（3）21483.6 kW（4）1.7917-5 （1）P M=37575W （2）δ=75.52 °，P Mmax =75987W （3）K M =2.0217-6 （1）38.68 （°2）23°17-7 （1）100000kW ，34.7 °（2）5847A17-8 （1）8.07 °，7975V 。
2）42.19 ，°能稳定运行。
17-9 （1） 35.93 。
,25000kW;（2）17.06 。
,12500Kw,0.448;（3）32.25 。
,25000kW,0.723,1.106 （1903A）17-11 （1）18.07 °，150MW ， 2.5217-10 题图17-12 题图18- 1 异步转矩和同步转矩有何不同？同步电动机在运行过程中是否存在异步转矩？在启动过程中存在什么转矩？18- 2 比较同步发电机和同步电动机的方程式、等效电路和向量图有什么不同。
18- 3 用同步补偿机改善电网的功率因数，将补偿机装设在用户端和装设在发电厂里，其作用是否相同？18- 4 如何判断一台同步电机是运行在发电机状态还是电动机状态？18- 5 什么是同步调相机，有何运行特点？18- 6 同步电动机带额定负载运行时，如cosφ= 1.0,若保持此励磁电流不变而空载运行，功率因数是否会发生改变？18- 7 一台凸极三相同步电动机，Y 接法，U N=6000V ，f N=50Hz ，n N=300r/min ，I N=57.8A ，额定功率因数cosφN=0.8（超前），同步电抗x d=64.2 Ω，x q=40.8 Ω，不计电阻，试求：（1）额定负载时的空载电势E0（2）额定负载时的电磁功率P emN 和电磁转矩T em；18- 8 某企业电源电压为6000V ，内部使用多台异步电动机，其总输出功率为1500kW ，平均效率是70% ，功率因数cosφN=0.8（滞后），企业新增一台400kW 设备计划，采用运行于过励状态的同步电动机拖动，补偿企业的功率因数到1（不计电机本身损耗）。
试求：（1）同步电动机的容量为多大？（2）同步电动机的功率因数为多少？18- 9 一台隐极三相同步电动机，电枢绕组Y 接法，同步电抗x s=5.8Ω，额定电压U N=380V ，额定电流I N=23.6A ，不计电阻，当输入功率为15kW 时，试求：（1）功率因数cosφN=1 时的功角θ；（2）每相电势E0=250V 时的功角θ和功率因数cosφ。
18-10 某厂变电所的容量为2000kVA ，变电所本身的负荷为1200kW ，功率因数cosφN=0.65 （滞后）。