同步电机习题与答案知识讲解
电机第liu章习题答案
2. 根据获得旋转磁场方式不同，单相异步电动机可 分为分相电动机和罩极电动机两大类。
3.
直线异步电动机转差率的定义式为
s v1 v v1
，其中v1
为行波磁场的移动速度，v为次级的移动速度。
4. 磁滞式同步电动机的磁滞转矩大小与转速无关。
5. 影响永磁式同步电动机不能自行起动的因素主要有（1） 转子本身存在惯性；（2）定、转子磁场之间转速相差过大。
答：调大气门开度的同时，相应增大励磁电流。变化前后 的电动势相量图如图6.13所示。
第六章 同步电机
2. 按电动机惯例画出隐极同步电动机工作于过励状态时的 电动势相量图。
答：如图6.14所示。
E02E01j X 来自 I1j X t I2
I2
U
2 1
I1
图6.13 作图题1图
IM
M
M
U j X t IM
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 。 （答案）
6.10 一台三相水轮发电机，PN=1500MW，UN=6300V，Y
4. 交流伺服电机的转子电阻一般都做得较大，其目 的是使转子在转动时产生制动转矩，使它在控制绕组不 加电压时，能及时制动，防止自转。（ √ ）
5. 单相罩极式异步电动机中，只要改变电源两个端点 的接线，就能改变它的转向。（ × ）
（三）选择题：
1. 下列电机中哪些不需要装设笼型绕组：（ ③ ）
第七章 驱动和控制微电机
8. 当同步电机作发电机运行时，在相位上，E0 超前于U； 作电动机运行时，E0 滞后于U。
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
同步电机课后习题参考答案
同步电机课后习题参考答案同步电机课后练习的参考答案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为什么同步发电机的转速必须恒定？以150 R/min的速度连接到50 Hz电网的水轮发电机的极数是多少？14-5一台三相同步发电机sn=10kva，cosφn=0.8（滞后），un=400v，试求其额定电流in和额定运行时的发出的有功功率pn和无功功率qn。
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的匝链匹配？它是否在励磁绕组中感应电势？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什么影响？答案：14-32p=4014-4in=14.43a，pn=8kw，qn=6kvar1/9同步电机课后练习的参考答案15-1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分析了以下条件对同步电抗的影响：（1）铁芯饱和程度增加；（2）气隙增大；（3）电枢绕组匝数增加；（4）励磁绕组的匝数增加。
?15-9(1)e0=2.236，(2)i?=0.78（补充条件：ｘ*s非=1.8）??15-10(1)e0=1.771,e0=10.74kv，??18.4?15-11e0?2.2846,e0?13.85kv，??32.6315-12e0？12534.88v？？57.42，身份证？387.61a，智商？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0.5n1则短路特性，测量结果有何变化？16-2什么是短路率？与之相关的因素有哪些？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。
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。
同步电机习题一 .二
同步电机复习题一一、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 2q dmU 11()sin22X X δ-Ω 二、选择1. 同步发电机的额定功率指（ D ）。
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。
2. 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（ C ）。
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。
3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ B ）。
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。
4. 对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ D ）。
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。
同步发电机习题二-(有答案)
同步发电机习题二一、填空题1、我国生产的72500千瓦的水轮发电机，其转速为125转／分，那么，极对数p=__________________（24)2、三相同步发电机带有纯电感负载时，如不计电枢电阻的作用,则电枢反应作用是_________________(直轴去磁)3、装在用户附近的一台调相机，在负载比较小的夜间为改善长线末端的电压应使调相机处于 状态.（欠励）4、调节同步发电机励磁电流就能改变发电机输出的________ 。
（无功功率）5、同步发电机用暗灯法并联合闸，当频率不等时所出现的现象___________ 。
（三相灯出现同时暗，同时亮的交替变化现象）9．同步发电机内功率因数角ψ=90时的电枢反应为________________。
_（直轴去磁)10、同步发电机用暗灯法并联合闸，当电压不等时所出现的现象___________ 。
（一个相灯没有绝对熄灭的时侯，在最亮和最暗范围内闪烁)11．同步发电机处于“欠励磁"状态时发出无功的性质为___________。
（容性）12．并联于无限大电网的运行的同步发电机，要改变有功功率输出，只需调节______________________。
（原动机的转速）13．同步发电机气隙增大,其同步电抗将 。
（减小)14．同步发电机内功率因数角ψ=0时的电枢反应为________ .（交轴电枢反应）15、同步发电机在过励时从电网吸收 容性无功功率 ，产生 直轴去磁的电枢反应 电枢反应16、同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；是 和 空间夹角.(电动势和电压；励磁磁动势和气隙磁动势）17．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 2q dmU 11()sin22X X δ-Ω 18、一台并网运行的同步发电机，按发电机惯例，已知原运行点的功率因数是超前的，则电机运行在______励状态，此时电机从电网吸收_____性质的无功功率；若不调节原动机输出而将励磁电流单方向调大，则电机可变化到_____励状态，此时电机向电网发出_______无功功率。
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。
电机习题与解答（同步电机）
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。
同步电机练习题及答案讲解
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) _____________________ o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&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X?和X,将 _____________ 。
答增加6.凸极同步电机气隙增加使Xq和£将______________ o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---- )sin25Xq Xd—、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cos0=O.8,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( )oA X°>XQX“X 肿Xq ；B 乂宀小小，八C Xq> X aq > X d > X ad > X Q； D Xd>XQX(f >X 肿 X 。
P155同步电机题 解
同步电机习题4-1.什么叫同步电机？1500r/min，50Hz的同步电机是几级？该电机应是隐藏极结构还是凸极结构？“同步电机，和感应电机（即异步电机）一样是一种常用的交流电机。
同步电机是电力系统的心脏，它是一种集旋转与静止、电磁变化与机械运动于一体，实现电能与机械能变换的元件，其动态性能十分复杂，而且其动态性能又对全电力系统的动态性能有极大影响。
特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p，其中f为电网频率，p为电机的极对数，ns称为同步转速。
若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。
同步电机分为同步发电机和同步电动机。
现代发电厂中的交流机以同步发电机为主。
同步1500r/min属4极（称2个对极）因为是异步，跟不上同步出现du转差率，通常是zhi3-5%，那么4极异步电动机转速应在1450r/min 附近。
目前全国地区内正弦交流电的频率是50Hz，单位是秒，转速单位为分钟，1分钟为60s，60*50=3000，当2对极的电动机是3000/2=1500。
2级电机，转速为3000R/min；4级电机，转速为1500R/min;6级电机，转速为1000R/min;8级电机，转速为750R/min;10级电机，转速为600R/min;12级电机，转速为500R/min;一般电机就这些极数应该是凸极的可能性大？4-2.为什么大容量同步电机都采用旋转磁极式结构？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。
4-3.一台汽轮发电机的额定功率100 000KW,额定电压 10.5 KV,额定功率因数0.85 ，求其额定电流？答：P=10万kW，额定线电压U=10.5kV，功率因数cosφ=0.85，因为P=S * [cosφ]，所以视在S=P/cosφ=10/0.85=11.8万千伏安线电流I=S/[1.732U]=11.8万千伏安/[1.732*10.5KV]=6469 安培4-4.简述同步电机与异步电机在结构上的不同之处？同步电机和异步电机的bai定子绕组是相同的，主要区别在于转子的结构。
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
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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：（1）每相是7.52Ω的纯电阻；（2）每相是7.52Ω的纯感抗；（3）每相是15.04Ω的纯容抗；（4）每相是(7.52－j7.52)Ω的电阻电容性负载。
[答案见后]6.16 有一台P N＝25000kW，U N＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后）的汽轮发电机，X*t＝2.13，电枢电阻略去不计。
试求额定负载下励磁电动势E0及E*0与I*的夹角ψ。
[答案见后]6.17 一台隐极同步发电机，在额定电压下运行，X*t＝2，R a≈0，试求：（1）调节励磁电流使定子电流为额定电流时，cosφN＝1，空载电动势E*0是多少？（2）保持上述E*0不变，当cosφN＝0.866（滞后）时，I*是多少？[答案见后]6.18 试验某台S N＝30000kVA，线电压U N＝11000V，I N＝1570A，功率因数cosφ＝0.8（滞后），n N＝3000r/min，f N＝50Hz，Y接法三相汽轮发电机，得到下列数据：（1）空载特性（线值）E0=kI f，k=100V/A ；（2）短路特性I k=24I f；（3）电机额定运行时漏磁电动势，电枢电阻R a=0，试求：（1）运行在额定状态时的励磁电流为多少？（2）求额定负载下的电压变化率。
[答案见后]6.19 一台三相隐极发电机与大电网并联运行，电网电压为380V，Y接法，忽略定子电阻，同步电抗X t=1.2Ω，定子电流I=69.51A，相电势E0=278V，cosφ=0.8（滞后）。
试求：（1）发电机输出的有功功率和无功功率；（2）功率角。
[答案见后]6.20 一台汽轮发电机额定功率因数为cosφ=0.8（滞后），同步电抗X*t＝0.8，该机并联于大电网，如励磁不变，输出有功功率减半，求电枢电流及功率因数。
[答案见后]6.21 一台三相Y接隐极同步发电机与无穷大电网并联运行，已知电网电压U ＝400V，发电机的同步电抗X t=1.2Ω ，当cosφ=1时，发电机输出有功功率为80kW。
若保持励磁电流不变，减少原动机的输出，使发电机输出有功功率为20kW，忽略电枢电阻，求功率角、功率因数、定子电流、输出的无功功率及其性质。
[答案见后]6.22 试推导凸极同步电机无功功率的功角特性。
[答案见后]6.23 一台隐极发电机，S N＝7500kVA，cosφN=0.8（滞后），U N＝3150V，Y接，同步电抗为1.6Ω。
不计定子阻抗，试求：（1）当发电机额定负载时，发电机的电磁功率P em、功角θ、比整步功率P syn及静态过载能力。
（2）在不调整励磁情况下，当发电机输出功率减到一半时，发电机的电磁功率P em、功角θ、比整步功率P syn及负载功率因数cosφ。
[答案见后]6.24 三相隐极同步发电机，Y接法，S N＝60kVA，U N＝380V，同步电抗X t＝1.55 ，电枢电阻略去不计。
试求：（1）当S＝37.5kVA、cosφ=0.8（滞后）时的E0和θ；（2）拆除原动机，不计损耗，求电枢电流。
[答案见后]6.25 三相凸极同步电动机X q＝0.6X d，电枢绕组电阻不计，接在电压为额定值的大电网上运行。
已知该电机自电网吸取功率因数为0.80（超前）的额定电流。
在失去励磁时，尚能输出的最大电磁功率为电机的输入容量（视在功率）的37％，求该电机在额定功率因数为0.8（超前）时的励磁电动势E0（标么值）和功率角θ。
[答案见后]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：X d=1.45Ω, X q=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。
6.2 答：由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便。
电枢绕组电压高、电流大、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，为磁极旋转式。
6.3 答：在凸极同步电机中，采用双反应理论，即当电枢磁动势的轴线既不和直轴也不和交轴重合时，可以将它分解为直轴分量F ad和交轴分量F aq两部分，然后分别求出直轴电枢反应磁通Φad和交轴电枢反应磁通Φaq，再由Φad和Φaq分别求出直轴电枢反应电动势E ad和交轴电枢反应电动势E aq，最后再将它们叠加。
6.4 答：在凸极同步电机中沿电枢圆周的气隙不是很均匀的，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E0的两个分量F ad和F aq，它们分别产生直轴电枢反应磁通Φad和交轴电枢反应磁通Φaq，相应的电流也分解成两个分量。
因此，或，，或，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都大得多，所以电抗X ad > X aq。
6.5 答：因空载电势和转速成正比，如果转速降为0.95 n N, 则空载电势也降到额定转速下的0.95n N。
同步电抗与频率成正比，也降低到0.95倍，所以短路电流I k=E0/X d不变。
但当转速再降低时，由于E0和X d都与转速成正比的减小，而电枢电阻R a与转速无关，因此IR a在电动势方程式所占分量已较大，不能忽略不计，随着转速的降低，短路电流减小。
6.6 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X d是不饱和值。
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X d是饱和值。
交轴磁路气隙大，磁路不饱和，故X q一般取不饱和值。
6.7 答：同步发电机三相突然短路瞬间，各绕组均要保持磁链不变。
电枢反应磁通的突然变化。
将在转子绕组感应出电流来抵制电枢反应磁通，迫使电枢反应磁通只能从转子绕组外的漏磁通闭合，磁阻增加使电抗减小，短路电流受超瞬态电抗X"d限制。
稳态短路时，电枢反应磁通穿过转子绕组磁路，磁阻小电抗大，短路电流受同步电抗X d限制。
因为X"d<<X d，故突然短路电流比稳态短路电流大得多。
转子各个绕组有电阻，所以短路电流会衰减，阻尼绕组的电抗与电阻的比值比励磁绕组的电抗与电阻的比值小得多，阻尼绕组电流衰减完毕，短路电流受瞬态电抗X´d限制。
励磁绕组电流衰减完毕，短路电流受同步电抗限制，即为稳态短路电流，突然短路电流可达额定电流的10～20倍。
突然短路电流与合闸瞬间有关，考虑一下两种情况：（1）合闸瞬间，短路绕组中磁链ψ0=0，此时绕组感应电动势最大；短路电流为感性电流，滞后电动势90°，此时短路电流中只有交流分量而没有直流分量。
短路电流起始之受X"d限制，幅值为I"m，如无阻尼绕组，则短路电流起始值受X´d限制，幅值为I´m，稳定短路电流幅值为I m。
突然短路电流的表达式为i k=E om[(1/X"d-1/X´d)exp(-(t/T"d))+(1/X´d-1/X d)exp(-(t/T´d)+1/X d]sinωt（2）合闸瞬间，短路绕组中磁链最大，ψ0=ψmax，此时绕组感应电动势为零，短路电流滞后电动势90°，为负的最大值。
为了保证磁链守恒，短路电流中除交流分量外还有直流分流，直流分量的初始值和交流分量的初始值相等，使总的瞬间电流为零。
突然短路电流表达式为i k=E om[(1/X"d-1/X´d)exp(-(t/T"d))+(1/X´d-1/X d)exp(-(t/T´d)+1/X d]sin(ωt-90o)+(E om /X"d)exp(-(t/T a)由此可见，直流分量与短路初瞬间该绕组中磁链的大小有关，即与合闸瞬间有关，短路电流应为交流分量（周期性分量）和直流分量（非周期性分量）之和。
6.8 答：在同步电机中，励磁电动势和电机端电压都是向量，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与主磁极轴线的相对位置来决定。
当主磁极场轴线超前气隙合成磁场轴线时，为发电机状态；重合时为调相机状态；滞后时为电动机状态。