电机学考试资料真题3(同步电机含答案)
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1．凸极同步发电机的电抗大小排列顺序为 D 。 A． X σ > X ad > X d > X aq > X q ； B． X ad > X d > X aq > X q > X σ ； C． X q > X aq > X d > X ad > X σ ； D． X d > X ad > X q > X aq > X σ 。 2．当同步发电机的负载减少时，其转速和功率角的变化情况是 C 。 A．转速不变，功率角增加； B．转速下降，功率角下降； C．转速不变，功率角下降； D．转速增加，功率角增加。 3．三相同步发电机稳定运行，外接纯电阻性负载，则该电机的电枢反应性 质为 D 。 A．交轴电枢反应； B．直轴去磁电枢反应； C．直轴增磁与交轴电枢反应； D．直轴去磁与交轴电枢反应。 4．保持同步发电机的激磁电流不变，增加其有功功率的输出，则激磁电动 势将 B 。 A．变大； B．不变； C．变小； D．无法确定。 5．凸极同步发电机带感性负载运行，电枢绕组感应的电动势由 D 产生。 A．转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同； B．转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同； C．交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同； D．转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同。 6．一台并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变，减小励磁电 流，发现其电枢电流减小，则发动机原来的运行状态为 A 。 A．过励； B．正常励磁； C．欠励； D．无法确定。
(2)保持励磁电流不变，则激磁电动势E 0 大小不变，即E 0 轨迹应在一个圆上。 增加有功功率，功率角增加，从而画出下图：
三相总磁场在 X d 和 X q 表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为 1A 时， 电枢绕组中每相感应的电动势。 2．并联于无穷大电网的汽轮发电机，忽略定子电阻，在正常励磁时得到的 相量图如下所示。(1)保持有功功率不变，试画出发动机在欠励情况下的 相量图；(2)保持励磁电流不变，试画出增加有功功率时的相量图。 （16 分）
（I）
* * * 另解： PeN = P2*N = U N I N cos ϕ N = 1×1× 0.8 = 0.8 ∗ ∗ E0 U sin δ ，取最大值时 sin δ m = 1 ，δ m =900。 X s∗ ∗ ∗ E0 U = 1.789 X s∗
(5) Pe∗ =
（II）
∗ 则 PeN (max) =
年级
封
电气工程学院
专业、班
线
学院
重庆大学试卷
同步电机
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三、 简答题（共 24 分）
1．试述直轴同步电抗和交轴同步电抗的意义。 （8 分） 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 Fa 分 解为 Fad 和 Faq ，分别除以直轴磁阻和交轴磁阻，可得到 Φ ad 和 Φ aq ，它们分 别在定子绕组感应电动势 E ad 和 E aq ，写成电抗压降形式，即 = − jI X ， E ad d ad = − jI X E aq q aq
E0N
j
•
•
∗ ∗ E0 U sin δ 不变、 P2∗ = U ∗ I ∗ cos ϕ 不变。 ∗ Xs
当电网电压为U*=0.7 时，为确保δ不大于 300，则有：
δ ψ0
IN
j IN X s
•
∗ ∗ ∗ E0 U E0 U sin δ = N N sin δ N = C P = Xs Xs ∗ e ∗ E0 1.789 ×1× sin 26.560 N U N sin δ N 所以：E = = = 2.285 U ∗ sin δ 0.7 × sin 300 ∗ 0 ∗
j
δ N = ψ 0 N − ϕ N = 63.430 − 36.87 0 = 26.560
(3)
* * * * E0 N = U N cos δ N + I N × X s sin ψ 0 N
(4 分)
δ
I
•
j
U
•
= 1× cos 26.56 + 1×1× sin 63.43 = 1.789
0 0 * (4) PeN =
7．同步补偿机的作用是 B 。 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。 8．已知一台隐极同步发电机额定运行时的功率因数为 0.8(滞后)，定子电流 直轴分量与交轴分量之比为 2.8，则该发电机的过载能力最接近于 C 。 A．1.6； B．1.7； C．1.8； D．1.9。 9．一台同步发电机在额定负载时增加励磁电流，则 A 。 A．电磁功率不变，功率角下降； B．电磁功率下降，功率角下降； C．电磁功率增加，功率角增加； D．电磁功率不变，功率角增加。 10．同步电动机带某一负载运行时功率因数为 1，在不改变励磁电流的情况 下撤去负载，则此时该电机的电枢电流为 B 。 A．0； B．容性电流； C．感性电流； D．纯有功电流。
∗ PN
1 1 = = = 2.236 sin δ N sin 26.56°
(4 分)
I
•
'' E0
•
•
j I '' X s
E0
•
•
j I Xs
I ''
U
•
•
E0
j I Xs
•
•
四、 计算题（共 36 分）
一台隐极同步发动机， X* s =1， R* a =0， 接在U* N =1 的电网上， 运行工况为I* N =1、 cosφ N =0.8(滞后)。试求额定情况下：(1)内功率因数角ψ 0N (4 分)；(2)功率角 δ N (4 分)；(3)激磁电动势E* 0N (4 分)；(4)电磁功率P* eN (4 分)；(5)最大电磁功 率P* eN(max) (4 分)；(6)过载能力k p (4 分)。当电网电压下降为U*=0.7 时，为了 维持有功功率不变，并使功率角保持在不大于 300的范围内，试求：(7)激磁 电动势E* 0 (4 分)；(8)电枢电流I*(4 分)；(9)功率因数cosφ(4 分)。
重庆大学试卷
同步电机
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重庆大学
姓名
电机学（1） 课堂测验五
2011~2012 学年 第一学期
测验时间： 45 分钟 八 九 十 总分 测验日期：2011.12.30 四 五 六 七
考试方式： 题 号 百度文库 二
闭卷 三
学号
密
得 分
公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊
一、 单项选择题（每小题 2 分，共 20 分）
I
•
U
•
答：(1)保持有功功率不变，则P e 、P 2 不变。要保持 Pe = m
E0 U sin δ 不变； Xs
P2 = mUI cos ϕ 不变；由于相数m、X s 与U不变，则E 0 sinδ与 I cos ϕ 不变。在
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解： (7)保持有功功率不变，则 Pe∗ =
∗
UN
(4 分)
•
(4 分)
(8)-(9)两问
(1)ψ 0 N
* * sin ϕ N + I N X s* UN 1× 0.6 + 1×1 = arctan = arctan = 63.430 * 1× 0.8 U N cos ϕ N
E0
j I Xs
•
•
(2) ϕ N = arccos 0.8 = 36.87 0
二、 填空题（每空 1 分，共 20 分）
1．同步发电机并网的条件是：(1) 发电机的相序与电网的相序要一致 ； (2) 发电机的频率应与电网相同 ；(3) 发电机的激磁电动势应与电网电 压大小相等、相位相同、波形相同 。 2．同步发电机在过励时向电网发出 滞后 无功功率，产生 直轴去磁 电枢 反应； 同步电动机在过励时从电网吸收 超前 无功功率， 产生直轴增磁电 枢反应。(超前或滞后；直轴去磁或增磁) 3．同步电机功率角的物理意义在时间上为 励磁电动势与电压夹角 ； 在空间上为 主极轴线与气隙合成磁场轴线夹角 。 4． 在不考虑磁路饱和的情况下， 如增加转速， 则同步发电机空载电压 增大 ； 如增加励磁电流，则空载电压 增大 。如励磁电流增加 10%，而速度 减小 10%，则同步发电机的空载电压 不变 。(减小、不变或增加) 5．一台同步电动机拖动一恒转矩负载，额定运行时的功率因数为 0.8(超前)， 在其他条件不变的情况下增大励磁电流，则带来以下变化：电机的电枢 电流 增大 ，电磁转矩 不变 ，激磁电动势 增大 ，功率因数 减 小 。(减小、不变或增加) 6．某公司电力设备的总功率为 6000kW，cosφ=0.75(滞后)。由于发展需要 增添一台 1500kW的同步电动机，并使系统的功率因数提高到 0.8(滞后)， 则该同步电动机 吸收 (吸收或发出)的无功功率为 333.5 kVar ；功 率因数为 0.9798 ；容量为 1531 kVA。
欠励情况下，励磁电流减小，E 0 减小，从而画出下图：
' E0
•
E0
•
j I' Xs
•
j I Xs
•
I'
•
I
•
U
•
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 轴和交轴电枢反应磁通的强弱。 直轴同步电抗为 交轴同步电抗为 X d = X ad + X σ X d = X ad + X σ
(4 分)
由上述（I） 、 （II）两式可得： tan ϕ = 所以：功率因数 cosφ=0.6663 1.1429 I∗ = = 1.7153 0.6663
I ∗ sin ϕ 1.2789 = = 1.119 I ∗ cos ϕ 1.1429 (4 分) (4 分)
(6) k p =
Pe∗(max)
（4 分）
E U 1.789 ×1 sin δ N = sin 26.560 = 0.8 * Xs 1
* N
* 0N
∗ 由向量图知： E0 cos δ = U ∗ + I ∗ × X s∗ sin ϕ
(4 分)
∗ 则： I ∗ sin ϕ = E0 cos δ − U ∗ = 2.285 × cos 300 − 0.7 = 1.2789 ∗ ∗ 又由于： P2∗ = U ∗ I ∗ cos ϕ = U N I N cos ϕ N = C ∗ ∗ UN I N cos ϕ N 1×1× 0.8 则： I cos ϕ = = = 1.1429 0.7 U∗ ∗
(2)保持励磁电流不变，则激磁电动势E 0 大小不变，即E 0 轨迹应在一个圆上。 增加有功功率，功率角增加，从而画出下图：
三相总磁场在 X d 和 X q 表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为 1A 时， 电枢绕组中每相感应的电动势。 2．并联于无穷大电网的汽轮发电机，忽略定子电阻，在正常励磁时得到的 相量图如下所示。(1)保持有功功率不变，试画出发动机在欠励情况下的 相量图；(2)保持励磁电流不变，试画出增加有功功率时的相量图。 （16 分）
（I）
* * * 另解： PeN = P2*N = U N I N cos ϕ N = 1×1× 0.8 = 0.8 ∗ ∗ E0 U sin δ ，取最大值时 sin δ m = 1 ，δ m =900。 X s∗ ∗ ∗ E0 U = 1.789 X s∗
(5) Pe∗ =
（II）
∗ 则 PeN (max) =
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封
电气工程学院
专业、班
线
学院
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三、 简答题（共 24 分）
1．试述直轴同步电抗和交轴同步电抗的意义。 （8 分） 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 Fa 分 解为 Fad 和 Faq ，分别除以直轴磁阻和交轴磁阻，可得到 Φ ad 和 Φ aq ，它们分 别在定子绕组感应电动势 E ad 和 E aq ，写成电抗压降形式，即 = − jI X ， E ad d ad = − jI X E aq q aq
E0N
j
•
•
∗ ∗ E0 U sin δ 不变、 P2∗ = U ∗ I ∗ cos ϕ 不变。 ∗ Xs
当电网电压为U*=0.7 时，为确保δ不大于 300，则有：
δ ψ0
IN
j IN X s
•
∗ ∗ ∗ E0 U E0 U sin δ = N N sin δ N = C P = Xs Xs ∗ e ∗ E0 1.789 ×1× sin 26.560 N U N sin δ N 所以：E = = = 2.285 U ∗ sin δ 0.7 × sin 300 ∗ 0 ∗
j
δ N = ψ 0 N − ϕ N = 63.430 − 36.87 0 = 26.560
(3)
* * * * E0 N = U N cos δ N + I N × X s sin ψ 0 N
(4 分)
δ
I
•
j
U
•
= 1× cos 26.56 + 1×1× sin 63.43 = 1.789
0 0 * (4) PeN =
7．同步补偿机的作用是 B 。 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。 8．已知一台隐极同步发电机额定运行时的功率因数为 0.8(滞后)，定子电流 直轴分量与交轴分量之比为 2.8，则该发电机的过载能力最接近于 C 。 A．1.6； B．1.7； C．1.8； D．1.9。 9．一台同步发电机在额定负载时增加励磁电流，则 A 。 A．电磁功率不变，功率角下降； B．电磁功率下降，功率角下降； C．电磁功率增加，功率角增加； D．电磁功率不变，功率角增加。 10．同步电动机带某一负载运行时功率因数为 1，在不改变励磁电流的情况 下撤去负载，则此时该电机的电枢电流为 B 。 A．0； B．容性电流； C．感性电流； D．纯有功电流。
∗ PN
1 1 = = = 2.236 sin δ N sin 26.56°
(4 分)
I
•
'' E0
•
•
j I '' X s
E0
•
•
j I Xs
I ''
U
•
•
E0
j I Xs
•
•
四、 计算题（共 36 分）
一台隐极同步发动机， X* s =1， R* a =0， 接在U* N =1 的电网上， 运行工况为I* N =1、 cosφ N =0.8(滞后)。试求额定情况下：(1)内功率因数角ψ 0N (4 分)；(2)功率角 δ N (4 分)；(3)激磁电动势E* 0N (4 分)；(4)电磁功率P* eN (4 分)；(5)最大电磁功 率P* eN(max) (4 分)；(6)过载能力k p (4 分)。当电网电压下降为U*=0.7 时，为了 维持有功功率不变，并使功率角保持在不大于 300的范围内，试求：(7)激磁 电动势E* 0 (4 分)；(8)电枢电流I*(4 分)；(9)功率因数cosφ(4 分)。
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2011~2012 学年 第一学期
测验时间： 45 分钟 八 九 十 总分 测验日期：2011.12.30 四 五 六 七
考试方式： 题 号 百度文库 二
闭卷 三
学号
密
得 分
公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊
一、 单项选择题（每小题 2 分，共 20 分）
I
•
U
•
答：(1)保持有功功率不变，则P e 、P 2 不变。要保持 Pe = m
E0 U sin δ 不变； Xs
P2 = mUI cos ϕ 不变；由于相数m、X s 与U不变，则E 0 sinδ与 I cos ϕ 不变。在
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解： (7)保持有功功率不变，则 Pe∗ =
∗
UN
(4 分)
•
(4 分)
(8)-(9)两问
(1)ψ 0 N
* * sin ϕ N + I N X s* UN 1× 0.6 + 1×1 = arctan = arctan = 63.430 * 1× 0.8 U N cos ϕ N
E0
j I Xs
•
•
(2) ϕ N = arccos 0.8 = 36.87 0
二、 填空题（每空 1 分，共 20 分）
1．同步发电机并网的条件是：(1) 发电机的相序与电网的相序要一致 ； (2) 发电机的频率应与电网相同 ；(3) 发电机的激磁电动势应与电网电 压大小相等、相位相同、波形相同 。 2．同步发电机在过励时向电网发出 滞后 无功功率，产生 直轴去磁 电枢 反应； 同步电动机在过励时从电网吸收 超前 无功功率， 产生直轴增磁电 枢反应。(超前或滞后；直轴去磁或增磁) 3．同步电机功率角的物理意义在时间上为 励磁电动势与电压夹角 ； 在空间上为 主极轴线与气隙合成磁场轴线夹角 。 4． 在不考虑磁路饱和的情况下， 如增加转速， 则同步发电机空载电压 增大 ； 如增加励磁电流，则空载电压 增大 。如励磁电流增加 10%，而速度 减小 10%，则同步发电机的空载电压 不变 。(减小、不变或增加) 5．一台同步电动机拖动一恒转矩负载，额定运行时的功率因数为 0.8(超前)， 在其他条件不变的情况下增大励磁电流，则带来以下变化：电机的电枢 电流 增大 ，电磁转矩 不变 ，激磁电动势 增大 ，功率因数 减 小 。(减小、不变或增加) 6．某公司电力设备的总功率为 6000kW，cosφ=0.75(滞后)。由于发展需要 增添一台 1500kW的同步电动机，并使系统的功率因数提高到 0.8(滞后)， 则该同步电动机 吸收 (吸收或发出)的无功功率为 333.5 kVar ；功 率因数为 0.9798 ；容量为 1531 kVA。
欠励情况下，励磁电流减小，E 0 减小，从而画出下图：
' E0
•
E0
•
j I' Xs
•
j I Xs
•
I'
•
I
•
U
•
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 轴和交轴电枢反应磁通的强弱。 直轴同步电抗为 交轴同步电抗为 X d = X ad + X σ X d = X ad + X σ
(4 分)
由上述（I） 、 （II）两式可得： tan ϕ = 所以：功率因数 cosφ=0.6663 1.1429 I∗ = = 1.7153 0.6663
I ∗ sin ϕ 1.2789 = = 1.119 I ∗ cos ϕ 1.1429 (4 分) (4 分)
(6) k p =
Pe∗(max)
（4 分）
E U 1.789 ×1 sin δ N = sin 26.560 = 0.8 * Xs 1
* N
* 0N
∗ 由向量图知： E0 cos δ = U ∗ + I ∗ × X s∗ sin ϕ
(4 分)
∗ 则： I ∗ sin ϕ = E0 cos δ − U ∗ = 2.285 × cos 300 − 0.7 = 1.2789 ∗ ∗ 又由于： P2∗ = U ∗ I ∗ cos ϕ = U N I N cos ϕ N = C ∗ ∗ UN I N cos ϕ N 1×1× 0.8 则： I cos ϕ = = = 1.1429 0.7 U∗ ∗