第四篇同步电机习题解答
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。
第四章 思考题参考答案.docx
第四章同步电机思考参考答案1、直流电机是旋转电枢式，是为了要进行机械换向。
同步发电机是因电枢功率大，不宜置于旋转体上，滑动接触导出大电流，不但工艺困难，还会引起滑动接触电阻的铜耗，导致滑动接触因高温而损坏，所以将相对功率较小的励磁回路放在转子上。
2、汽轮机高速，所以发电机p=l,机体相对细长，直径相对小些可降低转子高速旋转引起的离心力，有利于转子材料的选用，汽轮发电机都是卧式的。
水轮机转速低，所以发电机的极数多达几十对，转子直径必需大，才能安置大量的磁极。
水轮机是立式的，故水轮发电机组都是立式的，相应要求配置结构复杂的推力轴承。
3、直流发电机励磁，要受直流发电机（高速）容量的限制，只能应用于中等容量的同步发电机，且直流励磁发电机需要维护。
静止半导体励磁，克服了直流励磁机受容量限制的缺点，主励磁机为交流，避免了直流机换向火花问题，并可减少维护工作量，担任有滑动接触，且要求有可靠性高的整流装置。
旋转半导体励磁，取消了滑动接触。
因为交流主励磁机与同步发电机转子同轴。
励磁机和同步机励磁绕组直接连接。
所以这种方式亦称为无刷励磁，在解决了半导体装置的可靠性问题后，此乃最佳方案。
4、平均每极每相绕组占的槽数不是整数的绕组称为分数槽绕组。
当电机的极对数很多时，采用整数槽绕组会使整个绕组的槽数过多，使设计大受限制。
分数槽绕组和短距、分布一样有利于获得较好的电动势波形。
因为总槽数必须是整数，极数必须是偶数，所以当q=l|时，该绕组至少要有10个极，p=5o5、分布绕组实现了槽与槽的分布，对比一下集中绕组就显而易见了。
短距绕组槽中上层绕组的分布与下层导体的分布是相同的，但两层间错过了一个位置，故绕组实现了层与层的分布。
参看图3-6b。
分数槽绕组各个极面下的槽分布不相同，如将一个单元绕组的各个极对重叠起来, 可见极面下的导体（槽）是分布的，故称之实现了极对间的分布。
参看图4-10bo6、增大发电机容量不外于增大其额定电流和电压，相应地其体积必然增大。
同步电机的习题
因磁路线性，所以励磁电流为5.5A时的空载电动势标幺值为
同步电抗的标幺值为
同步电抗的实际值为
7．同步发电机与电网并联运行的条件是什么？当四个并联条件中的某一个不符合时，会产生什么后果？应采取什么措施使之满足并联条件？
解：同步发电机与电网并联运行的条件是
相序相同；频率相同；电压幅值相同；电压初相角相同。
解：
，
则电压调整率为
6．一台星形联结的同步发电机，额定容量S =50kVA，额定电压U =440V，频率f=50Hz。该发电机以同步速被驱动，测得当定子绕组开路，端电压为440V（线电压）时，励磁电流为7A。做短路实验，当定子电流为额定时，励磁电流为5.5A。设磁路线性，求每相同步电抗的实际值和标幺值。
解：（1）先求阻抗基值。
而
所以
故
，
（2）额定负载时的相量图如图
其中
（3）
相电动势为
3 ．一台三相汽轮发电机，Y联结，额定数据如下：功率 ，电压U =6300，功率因数 （滞后），电枢绕组漏电抗 ，忽略电枢绕组电阻，空载特性如下表：
E /V
0
2182
3637
4219
4547
4801
4983
i /A
0
82
既不等于0 又不等于90 ，问电枢磁场的基波与电枢磁动势的基波在空间是否同相
（不计磁饱和）？为什么？
解：双反应理论：把同步电机的电枢磁势分解为交轴磁势和直轴磁势，分别考虑它们
单独作用时对电机的影响。
凸极同步发电机的交、直轴磁路不对称，同样大小的交轴磁势和直轴磁势作用在
电机上，产生的磁场大小不相等，所以分析凸极同步发电机要用双反应理论。
10 ．两台相同的隐极同步发电机并联运行，定子均为星形联结，同步电抗均为X =1，忽略定子电阻。两机共同供电给一个功率因数为 （滞后）的负载。运行时要求系统维持额定电压 ，额定频率f=50Hz，负载电流I =1，并要求其中第一台电机担负负载所需的有功功率，第二台担负其无功功率。设磁路线性，求：
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。
电机(重大版)9-18章课后习题
第9章转子静止与转动时，转子边的电量和参数有何变化 答 当转子转动时，转子电流的有效值为σσ2222222jsx r E s jx r E I s s s+=+=转子电流的频率s f n nn pn n n p pn f 11111226060)(60=-=-==相应的转子绕组中的电动势为 22sE E s =，转子漏抗为σσ22sX s X =，和静止时相比，转子转动时的参数和转差率成正比。
感应电动机转速变化时，为什么定、转子磁势之间没有相对运动答 设定子旋转磁动势1F 相对于定子绕组的转速为1n ，因为转子旋转磁动势2F相对于转子绕组的转速为12sn n =。
由于转子本身相对于定子绕组有一转速n ，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势2F的转速为n n +2。
而111112n n n n nn n sn n n =+-=+=+，所以，感应电动机转速变化时，定、转子磁势之间没有相对运动。
当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动，试证 明之．答 设定子旋转磁动势1F 相对于定子绕组的转速为1n ，因为转子旋转磁动势2F相对于转子绕组的转速为12sn n =。
由于转子本身相对于定子绕组有一转速n，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势2F的转速为n n +2。
而111112n n n n nn n sn n n =+-=+=+，该式不论转差率为何值时均成立。
只不过当感应电机在发电状态运行时1n n >时，11n nn s -=为负，2F 的转向与定子旋转磁动势1F的转向相反；当感应电机在制动状态运行时，电动机转子的转向与的与定子旋转磁动势1F转向相反，s ＞1。
所以，当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动。
用等效静止的转子来代替实际旋转的转子，为什么不会影响定子边的各种量数定子边的电磁过程和功率传递关系会改变吗答 我们知道异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似。
同步电机习题与解答
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。
电机学第四篇同步电机
电机学第四篇同步电机第四章同步电机一、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Xq和Xd将。
答增加6. 凸极同步电机气隙增加使Xq和Xd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mU(211?)sin?2 XqXd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cos??0.8，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（）。
A X??Xad?Xd?Xaq?Xq；B Xad?Xd?Xaq?Xq?X?；C Xq?Xaq?Xd?Xad?X?；D Xd?Xad?Xq?Xaq?X?。
答 D5. 同步补偿机的作用是（）。
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。
答 B三、判断1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零。
第四篇-同步发电机(空载负载 分析)-2017-wh
E0
F
E
I
Fa
a
Ff
0
Ea
=0时的时—空相量图 （二）、当E0超前I 90º（=90º）时的电枢反应
当=90º 时，在图示瞬间，此时A相励磁电动势为最 大值，但定子A相电流为零。 就是说A相电流达到最大值时，转子已向前转过90º。
A
A Y Z
Z
n
N
F N Ff
C B X n
Y
若保证电压不变，即气隙的合成磁场不变，必须减 少直流励磁，这种电机叫做欠激状态的同步电机。 （四）、一般情况下（0<<90º）时的电枢反应
此时I滞后E0一个锐角 图示瞬间，A相的励磁电动势恰好达到最大值，但由 于电枢电流I滞后励磁电动势E0角，所示A相电流必 须过了一段时间，等转子转过空间电角度时，才能 达到最大值。
当A相电流达到最大值时，转子已向前转过角;
A
A
Z
Ff N
n Y
Z
n
B
Fad
C
X
此时电枢磁动势Fa滞后励磁磁动势Ff(90º＋)空间电 角度。这时的电枢反应既非交磁性质也非纯去磁性 质，而是兼有两种性质。
电枢磁动势Fa分解成直轴和交轴两个分量，即
Fa Fad Faq Fad Fa sin
因该磁场是交流励磁的，故称为交流励磁的旋转磁场， 同步电机的定子绕组又称为电枢绕组，因此又称为电 枢磁场。 如果在转子上装有由直流励磁的磁极，且用原动机把 转子带到同步转速，就像同步电机那样，则在气隙中 同样出现一个圆形旋转磁场，这样获得的旋转磁场又 称直流励磁的旋转磁场或称机械旋转磁场。 同步发电机空载时，定子绕组中的电流为零，在气隙 中只有直流励磁的旋转磁场，在负载的情况下，两种 旋转磁场均存在。
《船舶电气》 课后习题参考答案
1-1、铁磁材料具有哪三种性质？答：铁磁材料具有“高导磁率”、“磁饱和”以及“磁滞和剩磁”等三种性质。
1-2、为什么通电线圈套在铁心上，它所产生的磁通会显著增加？答：通电线圈未套在铁心上时，其产生的磁通所经过的磁路主要是空气隙，磁阻很大，因此磁通一般较小。
当通电线圈套在铁心上时，磁通所经过的磁路有很大的一段是由铁磁材料组成的，磁路的磁阻显著下降，所以它所产生的磁通会显著增加。
1-3、铁磁材料在交变磁化时，为什么会产生磁滞和涡流损耗？直流电磁铁的铁心为什么是由整块铸铁制成的？答：①由于铁磁材料有磁滞和剩磁的性质，需要一定的外界提供一定的能量来克服磁滞和剩磁的作用实现交变磁化，因此交变磁化时会产生磁滞损耗。
交变磁化的磁通将在铁心中感应电动势，而由于铁磁材料本身具有一定的导电能力，感应的电动势将在铁心中形成涡流（以铁心中心轴线为圆心的同心环形电流），涡流在导体上产生的损耗就是涡流损耗。
②直流电磁铁产生的磁通是大小和方向都恒定不变的直流磁通，直流磁通不会产生涡流损耗，因此没有必要象交流电磁铁那样采用硅钢片制造，为了使制造工艺简化，直流电磁铁的铁心就常常采用整块铸铁制成。
1-7、交、直流接触器有什么不同点？（注：本题主要指交、直流接触器的电磁机构）答：交、直流接触器的不同点基本上体现在交、直流电磁铁的不同点上，即，它们的电磁机构的不同点上。
交、直流接触器电磁机构的主要不同点有：①铁心构造不同，②线圈结构不同，③工作原理方面存在差异。
1-9、交流接触器为什么要用短路环？答：为了避免衔铁的振动。
交流接触器的线圈通过的是交流电流，在铁心中产生的是交变磁通。
在一个周期内，交流电流和交变磁通都有两个瞬时值为零的“过零点”。
在“过零点”瞬间，铁心产生的电磁吸力为零。
而交流接触器的衔铁是靠反力弹簧释放的，工作时衔铁是靠电磁吸力克服反力弹簧作用力而吸合的，因此若不采用短路环，在“过零点”衔铁就会出现振动。
短路环是用良导体焊接成的，将铁心的一部分套住。
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)。
同步电机习题答案
同步电机一、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ψ2. 同步发电机当ϕ=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θ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。
励磁电动势0E ；电压U ；励磁磁动势1f F ；等效合成磁动势F δ'7. 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θ= 。
0dT d θ>，90︒ 8. 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。
电机学习题解答10
第四 同步电机同步电机是将机械能与交流电能相互转换成的设备，可用作发电机或电动机。
由于其中涉及机械能，它的结构上需要运动部件，所以同步电机通常是一种旋转电机，本书介绍磁极旋转旋转的同步电机。
下面通过习题解答来讲授本部分内容。
本篇习题主要围绕同步电机的工作原理、结构、稳态运行过程分析、参数与性能的计算、并联运行、不对称运行、突然短路等内容。
第10章习题解答（Page 201~202）本章内容包括同步电机的工作原理、分类、主要结构部件、额定值、电枢反应、电压方程与相量图等。
10-1 试比较隐极式和凸极式同步电机转子构造上各有什么特点？据此特点，在应用场合上有何区别？在性能和分析方法上又有何不同？【解】两者共同之处都是通过在励磁绕组中通入直流来建立主磁场；通入直流的方法也相同，即通过电刷与集电环（俗称滑环），此即有刷励磁，或者直流电源与转子一道旋转，此即无刷励磁。
区别是：隐极式同步电机的转子铁心是整体锻压件，兼备导磁和承载功能，铁心的外表对称的铣有槽，其中留出两个大齿各约占六分之一圆周，大齿中心连线就是磁极轴线（称为直轴或纵轴），可见隐极机一般都做成2极机；励磁绕组是分布绕组，它分布在铁心槽中。
凸极式同步电机的转子由磁轭和磁极两部分构成，其中，磁轭是合金钢整体锻压件，兼备导磁和承载功能；主磁极铁心由1~3mm 的厚钢板冲片叠压而成，励磁绕组是集中绕组，它套在磁极铁心柱上，二者共同构成主磁极，主磁极对称地固定在磁轭上。
由于隐极机的原动机汽轮机是一种高速原动机，故其转子直径相对较小；凸极机的原动机水轮机是一种低速原动机，需要做成多个磁极才能满足频率要求，故其直径相对较大。
10-2 已制成的同步发电机转速为何要求是其原动机转速？如果原动机转速改变，该发电机能否运行？若原动机转向改变，会有什么影响？【解】同步发电机用来把机械能转换成交流电能，需要原动机拖动以输入机械能，所以原动机的转速就是其转速。
原动机转速改变时，同步发电机照常工作，但是频率将发生变化。
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？
同步电机课后习题参考答案
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=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。
电机学 课后答案 第四章
4-13 短距系数和分布系数的物理意义是什么？试说明绕组系数在电动势和磁 动势方面的统一性。 答：短距系数：线圈短距后比整距时应打的折扣。
分布系数：由于绕组分布在不同的槽内所引起的折扣（与集中绕组相比）。 电动势是时间正弦量，磁动势是空间正弦量。 相邻线圈电动势的时间相位差和磁动势的空间相位差相同。因此，线圈组 电动势的几何和与算术和之比自然等于线圈组磁动势的几何和与算术和之比，这 是分布系数的统一性。 线圈两有效边的电动势几何和与算术和之比是电动势的短距系数。从一个 短距线圈磁动势的谐波分析中得出的短距系数电动势短距系数相同。 在计算电动势和磁动势时，绕组系数的表达式是相同的。
20
k N1
ky1kq1
sin(
y1
)
sin
q1 2
2 q sin 1
sin 80 sin 30 3sin 10
0.9452
2
k N3
k y3kq3
sin(
3 y1
2
)
sin 3q1 2
q sin 31
sin 240 sin 90 3sin 30
4-4 试比较单层绕组和双层绕组的优缺点及它们的应用范围？ 答：双层绕组的主要优点：可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，以改 善电动势和磁动势的波形；所有线圈具有同样的尺寸，便于制造；端部形状排列 整齐，有利于散热和增强机械强度。
现代 10KW 以上的三相交流电机一般都采用双层绕组。 单层绕组的主要优点：嵌线比较方便，且没有层间绝缘，槽的利用率较高。 单层绕组一般都是整距绕组，不易采用短距来削弱谐波，电机的电磁噪音
答：高次谐波磁动势的极对数：p 。
高次谐波磁动势的转向：6k-1 次谐波磁动势与基波磁动势转向相反；6k+1
《电机学》复习(重点)[1]
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《电机学》复习（重点）第一篇变压器第一章概述3、S N＝√3U1N I1N=√3U2N I2N式中：额定容量S N——指变压器的视在功率，单位为KV A或V A；额定电压U1N/U2N——指线值，单位为V或KV。
U1N是电源加到原绕组上的额定电压，U2N是原边加上额定电压后，副边开路即空载运行时副绕组的端电压；额定电压I1N/I2N——指线值，单位为A；Y接：U线＝√3 U相△接：U线＝U相I线＝I相I线＝√3I相习题1-2 一台三相变压器的额定容量为S N＝3200千伏安，电压为U1N／U2N＝35/10.5千伏，Y，d接法，求：⑴这台变压器原、副边的额定线电压、相电压及额定线电流、相电流。
⑵若副边负载的功率因数为0.85（感性），则这台变压器额定运行时能输出多少千瓦的有功功率，输出的无功功率又是多少？解：（1）额定电压及电流原边额定线电压U1N＝35 KV原边额定相电压U1＝35/√3＝20.208 KV副边额定线电压U2N＝10.5 KV副边额定相电压U2＝10.5 KV原边额定线电流I1N＝S N／（√3 U1N）＝3200×103／（√3 ×35×103）＝52.79 A原边额定相电流I1＝52.79 A副边额定线电流I2N＝S N／（√3 U2N）＝3200×103／（√3 ×10.5×103）＝175.96 A副边额定相电流I2＝I2N /√3＝101.59 A（2）若cosψ2＝0.85（感性）额定运行时，ψ2＝35.320，sinψ2＝0.527输出有功功率P2＝S N cosψ2＝3200×0.85＝2720 KVA输出无功功率Q2＝S N sinψ2＝200×0.527＝1685.7 Kvar第二章变压器的运行分析3、[P28 式（2-7））采用折合算法后，变压器原变量仍为实际值，而副边量都为折合值，其基本方程为：（1）U1＝－E1＋I1 z1（2）U2’＝－E2’＋I2’ z2’（3）E1＝－E2’（4）I1＋I2’＝I0（5）I0＝－E1／z m（6）U2’＝I2’ z L’4、折算后副边的电压、电流、阻抗的关系如何？U2’＝I2’ z L’5、变压器的T型等效电路（图2-9）17、变压器参数的测定：如何对变压器进行空载实验、短路实验？其目的如何？如何求其参数：r m，x m；r K，x K。
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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)。
15-3 一台汽轮发电机，31250kVA N S =,6300V N U =，Y 接，cos 0.8N ϕ=滞后，已知 2.0t x *=，0a R *≈。
试求额定负载下运行时的0E 。
解：cos 0.8N ϕ=，sin 0.6N ϕ=32863.9(A)N I ===3637.4(V)pN U ===0E *=2.72==00 2.723637.49.9(kV)pN E E U *==⨯=(相电动势) 或00 2.72630017.14(kV)N E E U *==⨯=（线电动势）。
15-4 三相水轮发电机，72500kW N P =,10.5kV N U =，Y 接，cos 0.8N ϕ=滞后。
已测得电机的空载、短路和零功率因数负载特性如下：空载特性短路特性 零功率因数特性（N I I =）试求：（1）d x *（不饱和值）；（2）短路比c k ；（3）p x *；（4）d x *（饱和值）。
解：（1）短路特性为直线，110.965k k f I I I ***==110.95k kfI I I ***==，11.04f kI I **==气隙线为一条直线，000.551.00.52f E E I ***''==,011.06f I E **='=1.06 1.021.04dk E x I ***'===34983(A)N I === Y 接的阻抗基值：31.22()b Z ==Ω1.02 1.22 1.24()d d b x x Z *=⨯=⨯=Ω（不饱和值）（2）000(1)11.036(1)0.965f k c N fk k I U I k I I I ****======（3）（4）由零功率特性U *=1，f I *=2.115气隙线为一条直线，000.552.1150.52f E E I ***''==，0 2.237E *'=16-1 一台汽轮发电机，cos 0.8ϕ=滞后， 1.0t x *=，0a R *≈，并联运行于额定电压的大电网上 。
试求：（1）保持额定运行时的励磁电流fN I 不变，当输出有功功率减半时，定子电流I *和cos ϕ将变为多少？（2）有功输出仍为额定功率的一半，减少励磁电流使0E 为额定运行时的一半，发电机能否静态稳定运行？为什么？此时I *和cos ϕ变为多少？解：隐极式同步发电机电动势方程和相量图()0 0t aE U jI x R ****=+= 令：01.00U *=∠ ，则cos sin 0.80.6N NI j j ϕϕ*=-=- ()00110.80.6 1.7926.57E j j *=+⨯⨯-=∠ 026.57N θ=（1）f I 不变则0E 不变0sin em t mE U P x θ=，由题知12em emN P P = 所以，01sin sin 0.224, 12.922N θθθ===0000 1.7612.92100.84461.761.0t E U I jx j ***-∠-∠===∠-⨯ 0.844I *=， 0cos cos61.760.473ϕ==（滞后）（2）12em emN P P =，0012E E '= 所以，sin sin N θθ=，026.57N θθ==090θ<，所以发电机能静态稳定运行 000126.570.80.42E E j *'=∠=+ 000.80.410.44726.571.0t E U j I jx j ***-+-===∠⨯ 0.447I *=， cos cos26.570.894ϕ==（超前）16-2 一台汽轮发电机并联于大电网，额定负载时功率角025N θ=，现因输电线路故障使电网电压降为70%N U ，如想使θ保持在030，应加大励磁使0E 上升为原来的多少倍？解：额定负载不变，则发电机输出功率（电磁功率）保持不变。
设当电网电压降为70%N U （发电机端电压也降为70%N U ），此时发电机功率角变为θ；加大励磁后，0E 变为0E ' 00sin sin N em N t tmE U mE U P x x θθ'== 0000sin sin 25 1.21sin 0.7sin30N N E U E U θθ'===16-3 一台水轮发电机并联于大电网，已知50000kW, 13800V N N P U ==，Y 接，cos 0.8N ϕ=滞后， 1.15, 0.7, 0d q a x x R**==≈，并假设其空载特性为一直线。
试求：（1）当输出功率为10000kW ，cos 1.0ϕ=时发电机的f I *及θ角；（2）若保持上问的输入有功功率不变，逐渐减少励磁电流直至零时，θ应为多少？发电机还能否稳定运行？此时I 和cos ϕ各为多少？解：额定电流332.61510(A)N I ===⨯（1）当210000kW P =，cos 1.0ϕ=，0ϕ=时3418.4(A)I ==418.40.162615N I I I *=== 0sin 0.160.76.39cos 1 1.0q I x U arctgarctgU ϕψϕ****+⨯===⨯06.39θψϕ=-=000cos()sin 1.0cos6.390.16 1.15sin6.39 1.014d E U I x ψϕψ****'=-+=+⨯=通常取空载电势等于额定电压时的励磁电流作为转子励磁电流的基值，又假设其空载特性为一直线，即0E 与f I 成正比0001.014 1.0141Nf E fN fNE U I kE I kU I *'**='==== （2）20211sin ()sin 22emd q dmE U U P P x x x θθ********≈=+- 当0f I =时，00E =5000062500(kVA)cos 0.8N N N P S ϕ===，22100000.1662500N P P S *=== 2211()sin 22q dU P x x θ****=-21.0110.16()sin 220.7 1.15θ=-sin 20.5724θ=，017.46θ=090θ<，所以发电机能静态稳定运行0d d q qU jI x jI x *****++= cos d dI x U θ***= cos 1cos17.460.8301.15dd U I x θ***⨯=== sin q qI x U θ***= sin 1sin17.460.4290.7qq U I x θ***⨯===0.934I *=0.93426152443(A)N I I I *=⨯=⨯=00.83062.670.429d q I arctg arctg I ψ**===00062.6717.4680.13ϕψθ=+=+=cos 0.171ϕ=（超前）16-4 一台隐极同步发电机并联于大电网，已知7500kVA N S =，3150V N U =，Y 接，cos 0.8N ϕ=滞后， 1.6x =Ω，0a R ≈，试求：（1）该机运行在额定状态时的电磁功率emN P ，功率角N θ，过载能力M k ；（2）fN I 不变，输出有功功率减半时的em P ，θ及cos ϕ。
解：0a R ≈2cos 75000.86000(kW)emN N N N P P S ϕ≈==⨯= cos 0.8N ϕ=，036.87N ϕ=1818.65(V)pN U ===31374.6(A)N I ===sin 1374.6 1.61818.650.6() 2.262sin 1818.650.8t pN NN N pN NIx U tg U ϕθϕϕ+⨯+⨯+===⨯066.15N N θϕ+=00066.1536.8729.3N θ=-=12.04sin M Nk θ== （2）13000(kW)2em emN P P ==fN I 不变，则0E 不变，由sin em tmEUP x θ=，可得 011sin sin sin29.30.244722N θθ===014.16θ=令01818.650(V)U =∠ 00cos 1818.650.83598.2(V)cos()cos66.15N N N U E ϕθϕ⨯===+或03598.2(V)E =00003598.214.161818.650118862.23(A)1.6t E U I jx j -∠-∠===∠- 1188(A)I =0cos cos62.230.466ϕ==（滞后）17-1 一台同步电动机在额定电压下运行，从电网吸收cos 0.8ϕ=超前的额定电流，已知该机的参数为：0.8, 0.5, 0d q a x x R **==≈，试求（1）励磁电动势0E *及功率角θ；（2）该机运行在什么励磁状态？解：方法一cos 0.8ϕ=超前，036.87ϕ=0sin 10.610.553.97cos 10.8q I x U arctgarctgU ϕψϕ****+⨯+⨯===⨯00053.9736.8717.1θψϕ=-=-=000cos sin 1cos17.110.8sin53.97 1.6d E U I x θψ****=+=⨯+⨯=00θ>，U超前E ，电动机运行于过激状态。