电机学 第六章 同步电 习题
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。
电机学 第6章 同步电机 - 2
转子装上阻尼绕组后，A相电流的表达式为：
iA
1 2E0[ X d
( 1 Xd
1 Xd
t
)e Td
( 1 X d
1 Xd
t
)e Td ]cos(t
0 )
2E0 X d
t
cos0e Ta
由于阻尼绕组的“屏蔽作用”，励磁绕组中直流感应电流的 初始幅值和峰值，将比无阻尼绕组时稍小。
5.同步补偿机
同步补偿机: 实质是一台不带任何机械负载 、专门用以改 善功率因数的同步电动机。
工作原理(按电动机惯例叙述) 正常励磁时，电枢电流很小，接近0 过励磁时，电流超前电压，即补偿机从电网 吸收超前的无功 欠励磁时，电流滞后电压，即补偿机从电网 吸收滞后的无功
过励补偿的工作原理
电力系统中大部分复杂为感性的，从电网吸收 一定的滞后无功，使电网功率因数很低。传输 一定功率时，电流偏大，线路损耗增加。
2E0
sin
t
e Ta
Xd
2. 无阻尼绕组时突然短路电流的表达式
突然短路时，电枢的短路电流中有交流分量和直流分量两部 分，即：
i i i
2E0[
1 Xd
( 1 Xd
1 Xd
t
)e Td ]sin(t )
2E0
sin
t
e Ta
Xd
突然短路时，定、转子电流的对应关系：
➢ 励磁电流的稳态分量If0将产生稳态短路电流；励磁电流的直 流瞬态分量△if=，与定子的瞬态交流分量相对应，两者均以 瞬态时间常数Td＇衰减；励磁电流中的交流分量，则与定子 电流中的直流自由分量相对应，两者均以电枢时间常数Ta衰 减。
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。
06第六章 同步电机
= U cosψ 0 cosϕ + U sinψ 0 sin ϕ + IRa cosψ 0 + IX d sinψ 0
cosψ 0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX q )2
E0 =
U cosϕ + IRa
sinψ 0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sinϕ + IX q )2
得证第一式
U sin ϕ + IX q
代入前式得
(U cosϕ + IRa )2 + (U sinϕ + IX d )(U sinϕ + IX q ) (U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX q )2
IR IX cosϕ + a + sin ϕ + d U U
∗ 2 a 2 ∗ d ∗ q ∗ 2 a ∗ d ∗ 2 q ∗ a ∗2 a ∗ q ∗ d ∗ q ∗ 2 a ∗ 2 q
2 IX q IR sin ϕ + cosϕ + a + U U
∗ ∗ d Xq
)
得证第二式
∗ ∗ ∗ = Xq = Xs ，所以上两式简化为 对于隐极同步发电机，由于 X d = X q = X s 、 X d
E0 =
∗ E0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX s )2
(U
∗
∗ cosϕ + Ra
) + (U
电机学习题集+答案
电 机 学 习 题 集备注：作业时抄写题目，题与题之间空一行。
绪论和第一章：磁路1-1：简述右手螺旋法则，左手定则和右手定则，以及电磁感应定律。
1-2：简述什么是磁路、磁动势、磁路的基尔霍夫第二定律。
假定作用在某段磁路上的磁动势为HL ，该段磁路磁阻为Rm ，则通过该段磁路的磁通量是多少？1-3：电机中为什么要使用铁磁材料，直流磁路和交流磁路有什么区别？1-4：有一闭合磁路，由铁心和气隙组成。
铁心截面积24109m S -⨯=，磁路平均长度m l 3.0=，铁心磁导率05000μμ=Fe ；气隙长度m 0005.0=δ，气隙截面积按1.1S 计算。
套装在铁心上的励磁绕组500匝，问电流0.5A 时，磁路中磁通为多少？作用在铁心磁路和气隙上的磁动势分别为多少？70104-⨯=πμH/m 。
第二章：变压器2-1：简述变压器的组成。
变压器的最基本组成是什么？2-2：什么是变压器的额定容量、额定电压和额定电流？2-3：什么是变压器的主磁通？什么是变压器的漏磁通？主磁通的大小主要取决于哪些因素？2-4：单相变压器计算1）一台单相变压器，S N =20000kVA,U 1N /U 2N =127kV/11kV ，50Hz ，高压侧开路，在低压侧施加额定电压并进行测量，测得电流45.5A ，损耗47kW ，不计环境温度影响，计算变压器归算到高压侧的激磁阻抗参数(实际值)。
(k=11.5455,Rm=3026Ω,Xm=32083Ω)2）上述变压器，低压侧短路，在高压侧施加一电压使电流达到额定电流，进行测量，测得电压9.24kV ，损耗129kW ，不计环境温度影响，计算变压器归算到高压侧的短路阻抗参数(实际值)。
(I1N=157.48A,Rk= 5.202Ω,Xk=58.44Ω)3）上述变压器，利用简化等效电路计算该变压器满负荷时的负载阻抗大小，额定功率因数cos φ=0.8（按负载电流滞后电源电压计算）。
(Z 总=645.08Ω+j483.81Ω，Z L =639.8Ω+j425.4Ω)2-5：什么是时钟表示法，组号表达了变压器的什么性能？说明联结组别Yd11的含义。
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。
电机学第6章同步电机1
(6—6)
将式(6—6)代人式(6—5)，可得 (6—7) 式中，Xs称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+Xσ，它 是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一 个综合参数。不计饱和时，Xs是一个常值。 图6—15a和b表示与式(6—5)和式(6—7)相对应的相量 图，图6—15c表示与式(6—7)相应的等效电路。从图6—15c 可以看出，隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步 阻抗Ra+jXs串联组成，其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电 枢反应和电枢漏磁场的作用。
Ff
B0 ( 0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
I
E0
E0与I同相时
d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
A
Te
B
Y
Z
ns
N
B
S
C
X
Fa
E0与I不同相时
a) I 滞后于 E 0时的空间矢量图
Ff
A
Z
B
N
ns
A相轴线
ns
S
Fad
Faq
C
Fa
X
E0与I不同相时
由式6-12可得凸极同步发电机的等效电路，如图6-21所 示。
三、直轴和交轴同步电抗的意义
由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路 的磁导成正比，所以 所示。对于凸极电机，由于直轴下的气 隙较交轴下小， ad > aq ，所以Xad>Xaq，因 此在凸极同步电机中，Xd>Xq。 对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故 Xd≈Xq≈Xs
按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴 油发电机等。 汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速 为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。 同步电动机、柴油发电机和补偿机一般作成凸极式。
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
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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
华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)概要
汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工
5
凸极同步电机
凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的 基本相同，所不同的只是转子结构。
凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕 组等部分构成。
6
凸极同步电机结构实物图
带阻尼绕组的凸极同步电机转子 水轮发电机定子分段铁心
7
三、 同步电机的励磁方式
21
双反应理论：
当 处于任意位置且不计饱和时：
分解
I Fa
E Fad ad ad
E Faq aq aq
或
I
分解
I d Fad ad Ead
I q Faq aq Eaq
气隙合成磁场：
B
E E E E ad aq 0
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变， 特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响 电枢反应影响 电压调整率：
34
五、同步发电机稳态参数的计算与测定方法
1. 由空载和零功率因数特性确定定子Xδ,Ifa(Ffa)
由空载与零功率因数特性两特性之间存 在特性三角形的关系，确定Xσ, Ifa (Ffa)
IX σ Ffa
UN
磁路不饱和时， I X σ在线性段： 1）作直线OB； 2）过UN作直线平行于x轴，交零功 率因素曲线于A'，取A'O'=AO 3）过O'作OB的平行线O'B'， 三角形A' B' C'为所求的特性三角形。
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。
电机学课后习题与答案
第二章 直流电机2．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？ 换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。
2．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质 （1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
(1)交流 ∵电刷与电枢间相对静止，∴电刷两端的电压性质与电枢的相同。
（2）直流 电刷与磁极相对静止，∴电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 ∴是直流。
2．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到N 极下，还是S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩2．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？ 有7个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记2．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，∴线圈太多，无处嵌放。
2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。
漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换，δΦ与饱和系数有关。
2．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势设计在低于“膝点”，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。
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
华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)
对电动机是轴上输出的额定机械功率
PN 3U N I N cos N N
额定转速nN：电机额定运行时的转速
额定频率f (Hz) 额定励磁电流IfN(A) 额定励磁电压UfN(V)
10
6.2 同步电机的运行原理
同步发电机空载运行 同步电机的电枢反应 隐极同步发电机的负载运行
凸极同步发电机的负载运行
Ra I
E
U
由 得到：
Xd=Xσ+Xad Xq=Xσ+Xaq
27
四、凸极同步发电机的负载运行
2. 考虑饱和
计及饱和后，叠加原理不能应用，气隙合成磁场由合成磁动 势来决定，即交、直轴各自的合成磁动势及感应电动势可分别根 据实际饱和情况由空载特性求取。 ' E If Fd Ff d d ' F I d ad E I ' F E I q aq aq aq
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变， 特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响 电枢反应影响 电压调整率：
1. 定义
If Ff 随转子旋转 转速为 n
基波
E0（
）
接三相对称负载
三相对称电流 iabc(f)
旋转磁势基波 (电枢磁势)
与
在空间相对静止，联合建立气隙磁场 Bδ 电枢绕组感应电动势 E δ
Фδ
电枢反应：电枢电流产生的磁动势对励磁磁场的影响
第6章 同步电机
即
1.功率方程和电磁功率
由图6—27可见 故同步电机的电磁功率亦可写成
上式的第一部分与感应电机的电磁功率 表达式相同，第二部分则是同步电机常用的。 对于隐极同步电机，由于EQ＝E0，故有
图6-27 从相量图导出 Ecosψ=Ucosφ+IRa
2.转矩方程
把功率方程(6—18)除以同步角速度，可得转矩方程
和 E 可以用相应的负电抗压降来表示 E ad aq
（6-15） 式中，Xad和Xaq分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，将 I I ，可得 式(6-15)代入式(6-13)，并考虑I
d q
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6-20表示与上式相对应的相量图。
1.不考虑磁饱和
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，电枢的电压 方程为 (6—6) 因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa，不计磁饱和时，Φa 又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即
与I 滞后于 Φ 以90°电角度，若不计定子铁耗,Φ 在时间相位上， E a a a 以90°电角度，于是亦可写成负电抗压降的 同相位，则 E 将滞后于 I a 形式，即
1.双反应理论
图6-19 凸极同步电机的气隙比磁导和直轴、交轴电枢反应 a)电枢表面不同位置处的气隙比磁导 b)直轴电枢磁动势所产生的直轴 电枢反应 c)交轴电枢磁动势所产生的交轴电枢反应
2.不考虑磁饱和时凸极同步发电机的电压方程和相 量图
不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：
If
电机学答案第6章
电机学答案第6章第六章 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601fpn =，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，min3000r 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。
电机学 课后答案 第六章
6-1一台三相同步发电机，P N ＝6600kW，U N ＝6.3kV。
Y 接、cns ψN ＝0.8滞后、2p ＝2，Z ＝36，双层短距绕组，y l ＝15，N c ＝6，a ＝1试求额定电流时：(1)线圈磁动势基波幅值；(2)一相磁动势基波幅值；(3)三相合成磁动势基波的幅值、转速及转向。
解：(1)I N =P/u n cosφn =6600/*6.3*0.8=757A33每个元件I a =I N /a=I N /1=757Aτ=z/2p=36/2=18q=z/2pm=36/2*3=6α=60°/q=10°K y1=sin90°*y 1/τ=sin90°*15/18=0.9659K q1=sin(q*α/2)/[q*sin(α/2)]=sin(6*10°/2)/[6*sin(10°/2)]=0.9561K w1=K q1*K y1=0.9561*0.9659=0.9235W=2pq*W y /α=2*6*6/1=72F c1=0.9*I a *W y *K y1/p=0.9*757*6*0.9659/1=3948(2)F Φ1=0.9*I N *W*K w1/p=0.9*757*72*0.9235=45.3*103(3)F 1=3/2F Φ1=1.5*45.3*103=68.0*103正向旋转，圆形趋势n 1=60f/p=60*5/1=3000r/min 6-2三相汽轮发电机，2500kVA,6.3kV,Y 接法，同步电抗x s =10.4欧，电枢电阻r a =0.071欧。
试求额定负载且功率因数为0.81滞后时的感应电动势，功角及电压变化率。
解:额定电流I N =s N /U N =6300/=3627(V)33利用电压方程式可求孔在电动势E0和功角。
θ电势E 0=UN+IN(r a +jx s )=3637+229.4-36.8。
同步机电磁关系练习题及答案
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。
2.★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性 ，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。
3.★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（）。
A ；B ；
C ；D 。
三、判断
1.一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。（）
2.改变同步发电机的励磁电流，只能调节无功功率。（）
3.★同步发电机电枢反应的性质取决于负载的性质。（）
4.★同步发电机的短路特性曲线与其空载特性曲线相似。（）
5.同步发电机的稳态短路电流很大。（）
6.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。（）
7.★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。（）
8.★在同步发电机中，当励磁电动势 与 电枢电流同相时，其电枢反应的性质为直轴电枢反应。（）
第六章同步电机答案
一、填空
7.★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
8.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
9.★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。
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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
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C
3. 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B
4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（
电动机运行的依据之一。
（）
答错
12. ★在同步发电机中，当励磁电动势与电枢电流同相时，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0.95， 对试验结果有什么影响？
答 因空载电势和转速成正比，如果转速降为，则也降低到额定转
速下的倍。同步电抗与频率成正比，也降低到倍，所以短路电流不变。
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
电机学
第六章 同步电机
一、填空
1. ★在同步电机中，只有存在 转换。
电枢反应才能实现机电能量
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；
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?
同步电抗 （1） 纯电阻负载时
电枢电流 电流滞后于的角度为 ,故电枢反应是直轴去磁兼交磁作用。
（2） 纯电感负载时 电枢电流 此时为 ,故电枢反应是直轴去磁作用。
（3） 阻容性负载且时，电枢电流
此时为 ,故电枢反应是交磁作用。 2. ★有一台，，联接，（滞后）的汽轮发电机，，电枢电阻略去不 计。试求额定负载下励磁电动势及与的夹角。
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，这时求出的是的不饱和值。由于，不能从空载和 短路特性求出。
9. ★在直流电机中，还是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，励磁电动势和电机端电压都是电压相量，不能
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．
（滞后），定子每相同步电抗，而定子电阻忽略不计，此发电 机并联运行于无穷大电网。试求： （1） 当发电机在额定状态下运行时，功率角，电磁功率。 （2） 若维持上述励磁电流不变，但输入有功功率减半时，，
电磁功率， 将变为多少？ （3） 发电机原来在额定运行时，现仅将其励磁电流加大
10％，，，，I将变为多少？ 解：（1）
（
）
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。（ ）
答错
6. ★同步发电机电枢反应的性质取决于负载的性质。 （）
11. ★一般同步发电机三相稳定短路，当时的励磁电流和额定负载时的 励磁电流都已达到空载特性的饱和段，为什么前者取未饱和值而后 者取饱和值？为什么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，此时对应的是的饱和值。交轴磁路的气 隙大磁阻大，磁路不饱和，故一般取不饱和值。
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，还是是判断电机作为发电机还是
则 将参考向量改为，则有 则 故
5. ★★有一台凸极同步发电机，其直轴和交轴同步电抗标幺值分 别等于，电枢电阻可以忽略不计。试计算发电机的额定电压， 额定容量，（滞后）时发电机励磁电动势。
解：（方法一） 令 计算电动势 直轴电枢电流 励磁电动势 （方法二） 直轴电枢电流 励磁电动势
6. ★有一台，，Y接法，（滞后）的汽论发电机，其同步电抗标么 值为，。试求额定负载下发电机的励磁电势，与的夹角以及与 的夹角。
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。
角： 解：（1）直轴同步电抗为 交轴同步电抗为
（2）先求功角 ，
直轴电流 交轴电流
励磁电势 10. ★★一台隐极同步发电机，在额定电压下运行，，，试求：
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和电枢电流之间的相位差，即角度
有关，角由决定于负载的性质。当与同相时，，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
五、计算
1. ★有一台三相汽轮发电机，，，接法，（滞后），作单机运行。由 试验测得它的同步电抗标幺值为。电枢电阻忽略不计。每相励磁电 动势为，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
。
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
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D
2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性，则其电枢反应 的性质为（ ）。
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？角有什么意义？ 答 当电网电压和频率恒定，参数和为常数、励磁电动势不变时，同 步电机的电磁功率只决定于与的夹角，称为功率角，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，功率角励 磁电动势与电压之间的夹角。
由于不计，所以 因为 所以每相 故；km＝倍 （2）若If不变，输入有功减半时， 因为 所以
因为 所以 故
（滞后） （3）仅将If加大10％时， kV
不考虑饱和影响时， （kV） 因为
＝1 所以 因为 故 因为 所以
A 9. ★★一台Y接法水轮发电机进行转差率试验，数据如
下：，，，，阻抗基值为。试求： （1） 直轴同步电抗和交轴同步电抗的标幺值； （2） 额定负载且功率因数为0.8（滞后）时的励磁电动势和功
）。
A；